1、1第六章 高层建筑结构荷载作用与结构设计原则广东工业大学建设学院 韦爱凤23.1基本假定基本假定v弹性变形假定弹性变形假定 只对某些构件（框架梁及连只对某些构件（框架梁及连梁）考虑局部塑性变形（内力调幅）梁）考虑局部塑性变形（内力调幅）v刚性楼板假设刚性楼板假设 各层水平位移相等各层水平位移相等v平面抗侧力假设平面抗侧力假设 任何一片抗侧力结构只能承任何一片抗侧力结构只能承受其平面内的侧向力，其平面外的刚度为零受其平面内的侧向力，其平面外的刚度为零33.2荷载效应及地震作用效应组合荷载效应及地震作用效应组合v1.1.无地震作用效应组合时，荷载效应组合的设计无地震作用效应组合时，荷载效应组合的设
2、计值应按下式确定：值应按下式确定：v （3.1)3.1)wkwwQkQQGkGSSSS楼面活荷载组合值系数和风荷楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数载组合值系数QQww当可变荷载效应起控制作用当可变荷载效应起控制作用时时1.0 0.7（0.9)0.6 1.0当永久荷载效应起控制作当永久荷载效应起控制作用时用时0.7（0.9)0.00.04荷载分项系数应按下列规定采用：荷载分项系数应按下列规定采用：v 其效应对结其效应对结构不利时构不利时其效应对结其效应对结构有利时构有利时承载承载力计力计算时算时当可变荷载效应当可变荷载效应起控制作用时起控制作用时 1.2 1.0 1.4 1.4当永久荷载效应
3、当永久荷载效应起控制作用时起控制作用时 1.35 位移计算时位移计算时1.01.01.05v2.2.有地震作用效应组合时，荷载效应和地震有地震作用效应组合时，荷载效应和地震作用效应组合的设计值应按下式确定：作用效应组合的设计值应按下式确定：v v v （3.2)3.2)wkwwEvkEvEhkEhGEGSSSSS6v(1)承载力计算时承载力计算时:v（）位移计算时，（）位移计算时，各分项系数均应取各分项系数均应取1.01.0 73.3构件承载力计算、结构稳定验算和抗倾构件承载力计算、结构稳定验算和抗倾覆验算覆验算v3.3.1构件承载力计算构件承载力计算v无地震作用组合：无地震作用组合：v （3
4、.3)v有地震作用组合：有地震作用组合：（3.4)v00结构重要性系数，结构重要性系数，vRERE构件承载力抗震调整系数。构件承载力抗震调整系数。RS 0SRRE/8RERE构件承载力抗震调整系数构件承载力抗震调整系数v当仅考虑竖向地震作用组合时，各类结构构件当仅考虑竖向地震作用组合时，各类结构构件的承载力抗震调整系数均应取为的承载力抗震调整系数均应取为1.01.0 构件类构件类别别 梁梁轴压比轴压比小于小于0.150.15的的柱柱轴压比轴压比不小于不小于0.150.15柱柱 剪力墙剪力墙 各类各类 构件构件节点节点受力受力状态状态受弯受弯偏压偏压偏压偏压偏压偏压局部局部承压承压受剪、受剪、偏
5、拉偏拉受剪受剪RERE 0.750.750.750.750.800.800.850.851.01.00.850.850.850.8593.3.2结构稳定验算结构稳定验算 （刚重比）（刚重比）v1 1 剪力墙结构、框架剪力墙结构、框架-剪力墙结构、简体结构剪力墙结构、简体结构应符合下式要求：应符合下式要求：v v （3.5)3.5)v2 2 框架结构应符合下式要求：框架结构应符合下式要求：v （3.6)niidGHEI124.1).3,2,1(10nihGDnijiji10结构抗倾覆验算结构抗倾覆验算v （3.7)v稳定力矩，计算时，恒载取稳定力矩，计算时，恒载取90%，楼面，楼面活荷载取活荷载
6、取50；v倾覆力矩，按风荷载或水平地震作用计倾覆力矩，按风荷载或水平地震作用计算其设计值算其设计值0.10MMs113.4高层建筑结构水平位移限值高层建筑结构水平位移限值v1.1.高度不大于高度不大于150150m m的高层建筑，其楼层层间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比最大位移与层高之比u/hu/h不宜大于表不宜大于表3.53.5的限的限值值v 表表3.5 3.5 楼层层间最大位移与层高之比的限值楼层层间最大位移与层高之比的限值 结构类型结构类型u/hu/h限值限值框架框架1/5501/550框架框架-剪力墙、框架剪力墙、框架-核心筒、板核心筒、板柱、剪力墙柱、剪力墙1/8001/8
7、00筒中筒、剪力墙筒中筒、剪力墙1/1000 1/1000 框支层框支层1/10001/100012 v2.2.高度等于或大于高度等于或大于250250m m的高层建筑，其楼层的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比层间最大位移与层高之比u/hu/h不宜大于不宜大于1 1500;500;v3.3.高度在高度在150150250250m m之间的高层建筑，其楼层之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比层间最大位移与层高之比u/hu/h的的限值按本条限值按本条第第1 1款和第款和第2 2款的限值线性插入取用。款的限值线性插入取用。133.5罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算罕遇地震作用下薄弱层
8、弹塑性变形验算v1 1 下列结构下列结构应应进行弹塑性变形验算：进行弹塑性变形验算：v 1)8 1)8度度、类场地和类场地和9 9度时，高大的单层钢度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；筋混凝土柱厂房的横向排架；v 2)7 2)79 9度时楼层屈服强度系数小于度时楼层屈服强度系数小于0.50.5的钢的钢筋混凝土框架结构；筋混凝土框架结构；v 3)3)高度大于高度大于150150m m的钢结构；的钢结构；v 4)4)甲类建筑和甲类建筑和9 9度时乙类建筑中的钢筋混凝土度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；结构和钢结构；v 5)5)采用隔震和消能减震设计的结构。采用隔震和消能减震设计的结构
9、。14楼层屈服强度系数楼层屈服强度系数力计算的楼层弹性地震剪按罕遇地震作用标准值受剪承载力强度标准值计算的楼层按构件实际配筋和材料y15v2 2 下列结构下列结构宜宜进行弹塑性变形验算：进行弹塑性变形验算：v 1)1)采用时程分析的房屋和竖向不规则类型的采用时程分析的房屋和竖向不规则类型的高层建筑结构；高层建筑结构；v 2)7 2)7度度、类场地和类场地和8 8度时乙类建筑中的钢度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；筋混凝土结构和钢结构；v 3)3)板柱板柱-抗震墙结构和底部框架砖房；抗震墙结构和底部框架砖房；v 4)4)高度不大于高度不大于150150m m的其它高层钢结构。的其它高层钢结
10、构。16 结构薄弱层结构薄弱层(部位部位)的位置：的位置：v 1)楼层屈服强度系数楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层；v 2)楼层屈服强度系数楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取该系数最小的楼层(部位)和相对较小的楼层，一般不超过23处；17 结构薄弱层结构薄弱层(部位部位)弹塑性层间位移应符合：弹塑性层间位移应符合：v uhpp 结结 构构 类类 型型p单层钢筋混凝土柱排架单层钢筋混凝土柱排架1/30钢筋混凝土框架钢筋混凝土框架1/50底部框架砖房中的框架底部框架砖房中的框架-抗震墙抗震墙1/100钢筋混凝土框架钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱抗震墙、板柱-抗震墙、框架抗震墙
11、、框架-核心筒核心筒1/100钢筋混凝土抗震墙、筒中筒钢筋混凝土抗震墙、筒中筒1/120多、高层钢结构多、高层钢结构1/5018罕遇地震作用下薄弱层罕遇地震作用下薄弱层(部位部位)弹塑性变形计算弹塑性变形计算v1 不超过不超过12层且层侧向刚度无突变的钢筋混凝层且层侧向刚度无突变的钢筋混凝土框架结构可采用土框架结构可采用简化计算法简化计算法；v2 除除1款以外的建筑结构，可采用款以外的建筑结构，可采用静力弹塑性分静力弹塑性分析方法析方法或或弹塑性时程分析法弹塑性时程分析法等。等。v 3 规则结构可采用规则结构可采用弯剪层模型弯剪层模型或或平面杆系模型平面杆系模型，不规则结构应采用不规则结构应采
12、用空间结构模型空间结构模型。19弹塑性变形计算的弹塑性变形计算的简化计算法：简化计算法：v v 或uuppeuuupypyy表3.8 弹塑性层间位移增大系数0.50.40.31.82.02.220采用弹塑性时程分析法应符合：v应按建筑场地类别、所处地震动参数区划的特应按建筑场地类别、所处地震动参数区划的特征周期选用不少于两条实际地震波和一组人工征周期选用不少于两条实际地震波和一组人工模拟的地震波的加速度时程曲线；模拟的地震波的加速度时程曲线；v地震波延续时间不少于地震波延续时间不少于12，时间间距取时间间距取0.01或或0.02s；v输入地震波的最大加速度，按表输入地震波的最大加速度，按表3.
13、9采用；采用；表表3.9 弹塑性时程分析时输入地震波加速度的峰值弹塑性时程分析时输入地震波加速度的峰值抗震设防烈度抗震设防烈度7度度8度度9度度加速度峰值（加速度峰值（）220(310)400(510)620213.7设计要点及程序框图设计要点及程序框图v3.7.1结构设计方案的选取结构设计方案的选取v总原则：受力体系明确，传力简捷，力求平面和立面总原则：受力体系明确，传力简捷，力求平面和立面规则，并协调建筑、水、电、暖等相关专业的要求规则，并协调建筑、水、电、暖等相关专业的要求v具体有：结构形式的选用；具体有：结构形式的选用；v 材料的选用；材料的选用；v 结构单元体的划分；结构单元体的划分
14、；v “三缝三缝”的设置和处理；的设置和处理；v 抗侧力结构的不同布置方式和位置；抗侧力结构的不同布置方式和位置；v 主楼和群楼的关系；主楼和群楼的关系；v 转换层的布置及采用的形式转换层的布置及采用的形式223.7.2结构计算结构计算v1.计算模型的采用计算模型的采用 真实、简化真实、简化v可选择平面结构空间协同、空间杆系、空间杆可选择平面结构空间协同、空间杆系、空间杆-薄壁杆系、空间杆薄壁杆系、空间杆-墙板元及其他组合有限元墙板元及其他组合有限元等计算模型；等计算模型；v进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，相应地设计时应
15、在其自身平面内为无限刚性，相应地设计时应采取必要措施保证楼板平面内的整体刚度；采取必要措施保证楼板平面内的整体刚度；v体型复杂、结构布置复杂的结构应采用至少两体型复杂、结构布置复杂的结构应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算；个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算；v计算模型还应有相应的构造措施来保证；计算模型还应有相应的构造措施来保证；232.荷载的取值荷载的取值v一般按建筑结构荷载规范取用；一般按建筑结构荷载规范取用；v按楼面、屋面的实际做法计算取用；按楼面、屋面的实际做法计算取用；v高层建筑结构内力计算中，当楼面活荷载大于高层建筑结构内力计算中，当楼面活荷载大于4 4kN
16、/mkN/m2 2时，应考虑楼面活荷载不利布置引起的时，应考虑楼面活荷载不利布置引起的梁弯矩的增大。梁弯矩的增大。243.计算软件的选取计算软件的选取v注意软件的适用范围及通用性，输入数据间的注意软件的适用范围及通用性，输入数据间的相互协调；相互协调；v大多数程序忽略梁的轴向变形，某些梁实际受大多数程序忽略梁的轴向变形，某些梁实际受到的轴向拉力很大，不能忽略，如框支剪力墙到的轴向拉力很大，不能忽略，如框支剪力墙的托梁；的托梁；v进行结构时程分析时，地震波的选用非常关键，进行结构时程分析时，地震波的选用非常关键，尽量取与场地性能一致的地震波；尽量取与场地性能一致的地震波；v对结构分析软件的计算结
17、果，应进行分析判断，对结构分析软件的计算结果，应进行分析判断，确认其合理、有效后方可作为工程设计的依据确认其合理、有效后方可作为工程设计的依据；254.特殊构件的计算特殊构件的计算v特殊构件：中庭中的柱、框支剪力墙的托梁、特殊构件：中庭中的柱、框支剪力墙的托梁、大跨度梁的挠度和裂缝的宽度、不规则开洞的大跨度梁的挠度和裂缝的宽度、不规则开洞的剪力墙等；剪力墙等；v单独取出，模拟边界受力后用适当的程序计算；单独取出，模拟边界受力后用适当的程序计算；265.协同工作性能协同工作性能v框架框架剪力墙结构应按协同工作进行内力、位剪力墙结构应按协同工作进行内力、位移计算；移计算；v抗震设计的框架结构中，当
18、仅布置少量钢筋混抗震设计的框架结构中，当仅布置少量钢筋混凝土剪力墙时，结构分析计算应考虑该剪力墙凝土剪力墙时，结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作；与框架的协同工作；*273.7.3抗震措施抗震措施v1.抗震等级的划分抗震等级的划分高层建筑抗震设防标准高层建筑抗震设防标准地震作用地震作用抗震措施抗震措施甲甲类类高于本地区抗震设防烈度的要求，高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结其值应按批准的地震安全性评价结果确定果确定 6 68 8度时，提高一度考虑度时，提高一度考虑9 9度时，应符合比度时，应符合比9 9度抗震设防更度抗震设防更高的要求。高的要求。当建筑场地为当建
19、筑场地为类时，应允许不类时，应允许不提高提高乙乙类类应符合本地区抗震设防烈度的要求应符合本地区抗震设防烈度的要求 丙丙类类应符合本地区抗震设防烈度的要求应符合本地区抗震设防烈度的要求 应符合本地区抗震设防烈度的要应符合本地区抗震设防烈度的要求。当建筑场地为求。当建筑场地为类时，除类时，除6 6度度外，允许降低一度考虑外，允许降低一度考虑丁丁类类应符合本地区抗震设防烈度的要求应符合本地区抗震设防烈度的要求 7 79 9度时，降低一度考虑度时，降低一度考虑6度时不应降低度时不应降低 28表表3.11 A级高度的高层建筑结构抗震等级级高度的高层建筑结构抗震等级 29表表3.12 级高度的高层建筑结构
20、抗震等级级高度的高层建筑结构抗震等级30地下室的抗震等级地下室的抗震等级v当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级；或四级；v地下室地下室柱柱截面每侧的截面每侧的纵向钢筋面积纵向钢筋面积除应符合计除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的钢筋面积的1.11.1倍；倍；v地下室中超出上部主楼范围且无上部结构的部地下室中超出上部主楼范围且
21、无上部结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。级。v9 9度抗震设计时，地下室结构的抗震等级不应度抗震设计时，地下室结构的抗震等级不应低于二级低于二级。31裙楼的抗震等级裙楼的抗震等级v抗震设计时，与主楼连为整体的裙楼的抗震等抗震设计时，与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；级不应低于主楼的抗震等级；v主楼结构在裙房顶部上、下各一层应适当加强主楼结构在裙房顶部上、下各一层应适当加强抗震构造措施。抗震构造措施。322.多道抗震防线多道抗震防线v设多道防线的意义：设多道防线的意义：v一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系一个
22、抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作；组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作；v抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，吸收和消度，有意识地建立一系列分布的屈服区，吸收和消耗大量的地震能量；耗大量的地震能量；v尽量使承重构件与耗能构件分开；尽量使承重构件与耗能构件分开；333.7.4 延性延性v延性是结构屈服后变形能力大小的一种性质，是结构延性是结构屈服后变形能力大小的一种性质，是结构吸收能量能力的一种体现。用延性系数来表示：吸收能量能力的一种体现。用延性系
23、数来表示：v （3.17)v延性系数；延性系数；v结构最大变形；结构最大变形；v结构屈服变形；结构屈服变形；v延性结构延性结构结构在中震或大震作用下，能形成一定数结构在中震或大震作用下，能形成一定数量的塑性铰，结构能发生较大的变形而不倒塌。量的塑性铰，结构能发生较大的变形而不倒塌。yu 34改善结构延性的措施改善结构延性的措施v截面尺寸满足剪压比要求；截面尺寸满足剪压比要求；v控制柱子的轴压比、剪跨比；控制柱子的轴压比、剪跨比；v构件的纵向配筋在合理范围内，适当提高配箍率，采构件的纵向配筋在合理范围内，适当提高配箍率，采用高效配箍型式；用高效配箍型式；v设置多道防线；设置多道防线；v调整梁、柱
24、、节点强度的相互关系：调整梁、柱、节点强度的相互关系：v强柱弱梁强柱弱梁v强剪弱弯强剪弱弯v强节弱杆强节弱杆v强压弱拉强压弱拉0c25.0bhfVc剪压比2200hHVhMc剪跨比NbhfN0c轴压比353.7.5基础方案基础方案v基础设计应综合考虑基础设计应综合考虑建筑场地的地质状况建筑场地的地质状况、上部结构的类型上部结构的类型、施工条件施工条件、使用要求使用要求，确，确保建筑物不致发生过量沉降或倾斜，满足建保建筑物不致发生过量沉降或倾斜，满足建筑物正常使用要求。筑物正常使用要求。v注意与相邻建筑的相互影响，了解邻近地下注意与相邻建筑的相互影响，了解邻近地下构筑物及各项地下设施的位置和标高
25、，确保构筑物及各项地下设施的位置和标高，确保施工安全。施工安全。36v应采用整体性好、能满足地基的承载力和建应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。如础形式。如筏形基础、箱形基础筏形基础、箱形基础v当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础交叉梁基础或或其他基础形式；其他基础形式；v当地基承载力或变形不能满足设计要求时，当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可采用可采用桩基桩基或或复合地基复合地基。37基础平面形心宜与
26、上部结构竖向荷载重心重合：基础平面形心宜与上部结构竖向荷载重心重合：v在地基土比较均匀的条件下，箱形基础、及筏形基在地基土比较均匀的条件下，箱形基础、及筏形基础的基础平面形心宜与上部结构竖向永久荷载重心础的基础平面形心宜与上部结构竖向永久荷载重心重合。重合。v当不能重合时，偏心距当不能重合时，偏心距e e宜符合下式要求：宜符合下式要求：v e0.1W/Ae0.1W/Av式中式中e e 基底平面形心与上部结构在永久荷载与楼（屋）基底平面形心与上部结构在永久荷载与楼（屋）面可变荷载准永久组合下的重心的偏心距（面可变荷载准永久组合下的重心的偏心距（m m）；）；vw w与偏心方向一致的基础底面边缘抵
27、抗矩（与偏心方向一致的基础底面边缘抵抗矩（m m3 3）；）；vA A基础底面的面积（基础底面的面积（m m2 2）。）。v对低压缩性地基或端承桩基的基础，可适当放宽偏对低压缩性地基或端承桩基的基础，可适当放宽偏心距的限制。按上式计算时，裙房与主楼可分开考心距的限制。按上式计算时，裙房与主楼可分开考虑虑。38基础底面零应力区的规定：基础底面零应力区的规定：v高宽比大于高宽比大于4 4的高层建筑，基础底面不宜出现的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；零应力区；v高宽比不大于高宽比不大于4 4的高层建筑，基础底面与地基的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的之间零应力区面积
28、不应超过基础底面面积的1515，计算时，质量偏心较大的裙楼与主楼可分，计算时，质量偏心较大的裙楼与主楼可分开考虑。开考虑。39关于基础关于基础埋置深度的规定：埋置深度的规定：v基础应有一定的埋置深度；基础应有一定的埋置深度；v埋置深度取决于建筑物的高度、体型、地基土埋置深度取决于建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素；质、抗震设防烈度等因素；v埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并宜符埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并宜符合下列要求：合下列要求：v1 1 天然地基或复合地基，可取房屋高度的天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/151/15；v2 2 桩基础，可取房屋高度的桩基础，可取
29、房屋高度的1/181/18（桩长不计在内）。（桩长不计在内）。v3 3 当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定性要求及足地基承载力、稳定性要求及基础底面零应力区基础底面零应力区规定的规定的前提下，基础埋深可不受本条第前提下，基础埋深可不受本条第1 1、2 2两款的限制。两款的限制。v当地基可能产生滑移时，应采取有效的抗滑移当地基可能产生滑移时，应采取有效的抗滑移措施；措施；40关于主体基础与裙房基础的规定：关于主体基础与裙房基础的规定：v同一结构单元不宜采用两种不同类型的基础；同一结构单元不宜采用两种不同类型的基础；v高层建筑的基
30、础和与其相连的裙房的基础，高层建筑的基础和与其相连的裙房的基础，可通过计算确定是否设置沉降缝；可通过计算确定是否设置沉降缝；v当设置沉降缝时，应考虑高层主楼基础有可当设置沉降缝时，应考虑高层主楼基础有可靠的侧向约束及有效埋深，以保证主楼的稳靠的侧向约束及有效埋深，以保证主楼的稳定；定；v当不设沉降缝时，应采取有效措施减少差异当不设沉降缝时，应采取有效措施减少差异沉降及其影响；沉降及其影响；413.7.6 构造措施构造措施v保证构件的延性性能，强调保证构件的延性性能，强调“强柱弱梁、强剪强柱弱梁、强剪弱弯、强节弱杆、强压弱拉弱弯、强节弱杆、强压弱拉”的设计原则及相的设计原则及相应构造措施；应构造措施；v室内填充墙尽可能采用各种轻质隔墙，填充墙室内填充墙尽可能采用各种轻质隔墙，填充墙与主体结构采用柔性连接；与主体结构采用柔性连接；42本章完
