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超高建筑结构设计几个重要概念问题2
错层的抗震墙和框架--抗震墙
80
60
不应采用
混合
钢外框—钢筋混凝土筒
200
160
120
70
结构
型钢混凝土外框--钢筋混凝土筒
220
190
150
70
框架
110
110
90
50
钢结构
框架—支撑(抗震墙板)
220
220
200
140
路注漫:漫平其修面远兮和,竖向均不规则各(类筒部体分和框巨支型结结构构指框支层以30上0 的楼层不30规0 则),其高26度0 比表内数值180减少不少于10%
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结构构件合适含钢率
超高层建筑结构除必须满足各种工况受力需求外,尚需对各 类构件适当增加配置各种受力筋和非受力构造筋,确定各类结构构 件合适含钢率,是控制超高层建筑结构承载力、延性、刚度及裂缝 使之正常工作的一个重要的设计原则和手段,同时会带来较好的经 济效益。
平面凹凸尺寸大于相应边长30%等
见GB50011-3.4.2
2b 组合平面
细腰形或角部重叠形
见JGJ3-4.3.3
3 楼板不连续 有效宽度小于50%,开洞面积大于30%,错层大于梁高 见GB50011-3.4.2
4a 刚度突变
相邻层刚度变化大于70%或连续三层变化大于80%
见GB50011-3.4.2
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结构的抗震性能化设计
抗震性能化设计理念和方法,自20世纪90年代在美国兴起,并日 益得到工程界的关注。我国2010年发布的《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010和即将发布的《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ32011包括了此内容。
抗震性能化设计是建筑结构抗震设计的一个重要发展,它的特点是 :使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过度,业主(设 计者)可选择所需的性能目标;抗震设计中更强调实施性能目标的深入 分析和论证,有利于建筑结构的创新,经过论证(包括试验)可以采用 现行标准规范中还未规定的新的结构体系;有利于针对不同设防类别、 设防烈度、场地条件、结构类型和不规则性及建筑使用功能、投资大小 、震后损失和修复难易程度等,对建筑结构采用不同的性能目标和抗震 措施。
(4)D级性能目标是最低等级,要求结构在中震作用下满足 第4抗震性能水准,大震作用下满足第5抗震性能水准,结构有比 较严重的损坏,但不致倒塌发生危及生命的严重破坏。
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2、抗震性能水准 (1)第1抗震性能水准结构,应满足弹性设计要求。小震作用下,其 承载力和变形符合现行规范的规定;在中震或大震作用下,全部结构构 件的抗震承载力宜符合下式要求(简称中震或大震弹性);
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三、框架梁梁端剪力、弯矩是否放开调整
1、框架柱偏压、轴压比控制,其配筋一般由抗震构造控制, 柱剪力调整后,柱的实际配筋一般未能得到调整增大,实际框架柱承 载能力未能得到有效提高。而框架梁纯弯,梁端弯矩调整,配筋成比 例增大,实际框架梁承载能力得到明显提高。
2、计算分析表明,仅对相互正交的两个主轴x、y方向分别进 行内力分析及承载力设计,不能真实反应结构的空间强度;构件中最 不利受力状态随构件的不同和地震作用方向不同而不同。一些算例表 明,当地震作用方向与结构的主轴方向一致时,梁处于最不受力状态 ,而当地震作用方向与结构的主轴方向呈45°时,大多数柱处最不利 受力状态。
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四、剪力如何调整
1、小震作用下做钢筋混凝土框架—剪力墙(核心筒)结构柱剪力放 开调整十分必要。 2、不必过分强调地震作用下框架节点力系平衡,以利于解决框架梁 端超筋问题。 3、限制调整相连框架梁梁端弯矩、剪力,调整系数一般取1.5~2.0, 以利于框架梁先屈服发挥延性,以利于相对强化框架柱。
(2.1)
式中
——地震作用标准值的构件内力,不需乘与抗震等
级有关的增大系数,抗震等级按四级。
(2)第2性能水准结构,在中震或大震作用下,竖向构件及关键构件
的抗震承载力宜满足式(2.1)要求;耗能构件的受剪承载力宜满足式
(2.1)要求,其正载面承载力宜符合下式要求(简称中震或大震不屈
服);
(2.2) 式中 Rk——材料强度标准值计算的截面承载力。
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3、日本、美国及我国台湾、汶川等震害表明,楼盖整浇的钢 筋混凝土结构的竖向构件墙、柱破坏严重,而由于整浇楼盖对框架梁 的“增强”、“卸荷”效应,楼盖梁板一般不出现破坏。如果考虑框架梁 梁端剪力、弯矩放开调整,实际结构承载能力将向“强梁弱柱”方向发 展,不利于整体结构“强柱弱梁”的延性抗震。
二、剪力调整计算原则 按《高层混凝土结构规程》JGJ3-8.1.4条:
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图1 框架剪力调整弯矩示意
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图2 水平地震作用下框架弯矩示意
《高层混凝土结构规程》JGJ3-8.1.4-2条:各层框架所承担的地震 总剪力按本条第1款调整后,应按调整前、后总剪力的比值调整每 根框架柱和与之相连框架梁的剪力及端部弯矩标准值,框架柱的轴 力标准值可不予调整; 由节点力系平衡,相连层i框架梁j的梁端剪力、弯矩调整为:
注:深凹进平面在凹口设置连梁,其两侧的变形不同时仍视为平面凹凸不规则,不按楼板不 连续开洞对待;
序号a、b不重复计算不规则项; 局部的不规则,视其位置、数量等对整个结构影响的大小判断是否计入不规则的一项。
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序
不规则类 型
简要涵义
二、不规则超限
1 扭转偏大 裙房以上的较多楼层,考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.4
剪力墙连梁及耗能支撑等。
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4、结构弹塑性分析 (1)高层不超过150m的高层建筑可采用静力弹塑性分析方法;高层超 过200m时,应采用动力弹塑性分析方法;高度在150~200m之间,可 视结构不规则程度选择静力或动力分析法。高度超过300m的结构或新 型结构或特别复杂结构,应由两个不同单位进行独立的计算校核; (2)弹塑性计算分析应以混凝土构件的实际配筋、型钢和钢构件的实 际规格为基础,不应以估算的配筋和钢构件替代; (3)复杂结构应进行施工模拟分析,应以施工全过程完成后的内力为 初始状态; (4)动力弹塑性分析宜采用双向或三向地震波输入,计算结构宜取多 组波计算结构包括值; (5)应对计算分析结果进行合理性判断。
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序 不规则类型
简要涵义
备注
二、不规则超限
1a 扭转不规则
考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2
见GB50011-3.4.2
1、结构布置同时具有下表中三项及三项以上不规则的高层建筑。
1b 偏心布置 偏心率大于0.15或相邻层心质相差大于相应边长15%
见JGJ99-3.2.2
2a 凹凸不规则
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3、结构抗震性能水准可按表2进行宏观判别,各种性能水准结 构的楼板均不应出现受剪破坏。 表2 各种性能水准结构预期的震后性能状况
结构抗震 性能水准
宏观损坏 程度
普通竖向构件
损坏部位 关键构件
耗能构件
继续使用的可能性
第1水准
完好、无损坏
无损坏
无损坏
无损坏
一般不需修理即可 继续使用
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(3)第3性能水准的结构应进行弹塑性分析,在中震或大震作用下, 竖向构件及关键构件的正截面承载力宜满足式(2.2)的要求,其受剪 承载力满足式(2.1)的要求;部分耗能构件进入屈服阶段,但抗剪承 载力满足式(2.2)的要求。大震作用下,结构薄弱部位的最大层间位 移角应满足规范限值。 (4)第4性能水准的结构应进行弹塑性分析,在中震或大震作用下, 关键构件的抗震承载力宜满足式(2.2)的要求;部分竖向构件以及大 部分耗能构件进入屈服阶段,但钢筋混凝土构件的受剪截面应满足式( 2.3)的要求(简称截面限值)。大震作用下,结构薄弱部位的最大层 间位移角应满足规范限值。
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框架柱剪力调整
一、剪力调整概念 受力需要:框架—剪力墙(核心筒)结构在小震作用下
,弹性计算变形协调所得的框架柱剪力较小;大震作用下, 剪力墙(核心筒)及连梁出现裂缝后,刚度退化,框架柱剪 力将大大增加。
抗震需要:提高结构第二道防线框架的抗震能力。
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2 抗2扭、弱刚结度构布扭置转具周有期比下大表于0中.9,一混项合结不构规扭转则周的期比高大层于建0.85筑 。
层刚度偏
3
小
本层侧向刚度小于相邻上层的50%
4 高位转换 框支墙体的转换构件位置:7度超过5层,8度超过3层
5 厚板转换
7~9度设防的厚板转换结构
6 塔楼偏置 单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20%
目标分为A、B、C、D四个等级,结构抗震性能分为1、2、3、4
、5五个水准(下表),每个性能目标均与一组在指定地震地面
运动下的结构抗震性能水准相应。
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1、抗震性能目标 A、B、C、D四级性能目标的结构,在小震作用下均应满足
第1抗震性能水准,即满足弹性设计要求;在中震或大震作用下 ,四种性能目标所要求的结构抗震性能水准有较大的区别。
(2.3) 式中 ——重力荷载代表值的构件剪力; ——地震作用标准值的构件剪力,不需乘以与抗震
等级有关的增大系数,抗震等级按四级。
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(5)第5性能水准的结构应进行弹塑性分析,在大震作用下,关键构 件的抗震承载力宜满足式(2.2)的要求;较多的竖向构件进入屈服阶 段,但不允许同一楼层的竖向构件全部屈服;竖向构件的受剪截面应满 足式(2.3)的要求;允许部分耗能构件发生比较严重的破坏;结构薄 弱部位的最大层间位移角应满足规范限值。