高层结构抗震控制与中震设计分析 - 图文

高层结构抗震控制与中震设计分析

高层结构抗震控制与中震设计分析

一．超限控制

1． 高度超限,超过表1-1规定高度(m)，表1-1： 结构类型 钢筋混凝土结构 框架 框架-抗震墙 抗震墙 部分框支抗震墙 框架-核心筒 筒中筒 板柱-抗震墙 较多短肢墙 错层抗震墙和框架-抗震墙 混合结构 钢结构 钢框架-钢筋混凝土筒 型钢砼框架-钢筋混凝土筒 框架 框架-支撑(抗震墙板) 各类筒体和巨型结构 注 6度 60 130 140 120 150 180 40 200 220 110 220 300 7度（含0.15g） 8度（含0.30g） 55 120 120 100 130 150 35 100 80 160 190 110 220 300 45 100 100 80 100 120 30 60 60 120 150 90 200 260 9度 25 50 60 不应采用 70 80 不应采用 35 不应采用 70 70 50 140 180 [10]

平面和竖向均不规则,或IV类场地,按降低20%控制; 6度的短肢墙、错层结构高度较7度适当提高

2．三项及三项以上不规则超限，表1-2

序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不规则类型 扭转不规则 偏心布置 凹凸不规则 组合平面 楼板不连续 刚度突变 尺寸突变 构件间断 承载力突变 涵 义 考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2 偏心距大于0.15或相邻层质心相差较大 平面凹凸尺寸大于相应边长30% 细腰形或角部重叠 有效宽小于50%,开洞面积大于30%;错层高>梁高 相邻层刚度变化大于70%;连续三层变化大于80% 缩进大于25%,外挑大于10%或4m 上下墙、柱、支撑不连续，含加强层 相邻层受剪承载力比<80% 依据的规范条文 GB50011-3.4.2 JGJ99-3.2.2 GB50011-3.4.2 JGJ3-4.3.3 GB50011-3.4.2 GB50011-3.4.2 JGJ3-4.4.5 GB50011-3.4.2 GB50011-3.4.2 1

3．单项不规则超限，表1-3： 序 1 2 3 4 5 6 7 简 称 扭转偏大 抗扭刚度弱 层刚度偏小 高位转换 厚板转换 塔楼偏置 复杂连接 多重复杂 涵 义 不含裙房的楼层扭转位移比>1.4 扭转周期比>0.9,混合结构扭转周期比>0.85 本层侧向刚度小于相邻上层的50% 框支转换构件位置:7度>5层;8度>3层 7～9度设防的厚板转换结构 单塔或多塔与大底盘的质心偏心距>底盘相应边长的20% 各部分层数、刚度、布置不同的错层或连体结构 结构同时具有转换层、加强层、错层、连体和多塔楼类型的2种以上 8 4．其它超限建筑 4.1 高度超过28m的单跨框架结构；

4.2 抗震规范、混凝土和钢结构高层规程暂未列入的高层建筑结构；特殊形式的大型公共建筑及超长悬挑连筑；特大跨度的连体结构；

4.3超限大跨度空间结构：跨度>120m、悬挑长度>40m、单向长度>300m的屋盖;非常用空间结构的大型场馆、一级客运站、大型候机楼、特大型机库。

5．关于超限计算问题 5.1 计算程序问题

1.SATWE的计算结果,大部分指标介于ETABS和MIDAS之间,结果偏安全.

2.目前国内外结构分析软件,在单元模型及解题方法上没有太大区别,但在图形处理上国内外还有差距,国内图形处理速度和精度较差;

3.总体分析的整体指标规律国内外软件一致,无大差别;细部由于单元接触边界的处理方法不同,其弹性计算的局部应力有较大差别;

4.EPDA/EPSA采用弹塑性纤维束单元模型,理论上比弹塑性铰一维杆件模型先进; 5.检查国外软件是否采用中国规范?查软件介面菜单是否能人工指定某一构件的抗震等级. 6. 国内外软件计算结果比较表

计算软件 楼层自由度 SATWE 每个楼层为3个自由度 （两个平动，一个转动） 周期调整系数 风荷载 最大层位移角 结构总重力 地震作用 地震作用 总地震 剪力 底部剪重比 ETABS 每个楼层为6个自由度 （三个平动，三个转动） 0.9 Vx=15702kN Vy=16878kN X向：1/1297（32层） Y向：1/1253（32层） Gz=884187kN VxE=14141kN VyE =14073kN 1.59% dx/h=1/1695（30层） dy/h=1/1738（30层） 1.25（3层） MIDAS 每个楼层为3个自由度 （两个平动，一个转动） 0.9 Vx=17136kN Vy=17068kN X向：1/1006（31层） Y向：1/1029（32层） Gz=857427kN VxE=12241kN VyE =12409kN 1.44% dx/h=1/1626（31层） dy/h=1/1592（30层） 1.27（偶然 偏心，4层） 1.28（偶然 2

0.9 Vx=19350kN Vy=19265kN X向：1/1057（31层） Y向：1/1072（31层） Gz=877529kN VxE=13778kN VyE=13680kN 1.53% dx/h=1/1722（31层） dy/h=1/1733（31层） 1.33（X-5%偶然 偏心，3层） 1.21（Y-5%偶然 总剪力 最大层位移角 扭转位移比 1.29（3层）

偏心，3层） 总地震 周期 T1(s) T2(s) T3(s) VxE=13778kN 3.5078(X) 3.4866(Y) 1.5727(T) 偏心，4层） VxE=12241kN 3.8707(X) 3.8378(Y) 1.8258(T) VxE=14141kN 3.5269(X) 3.5016(Y) 1.6259(T) 5.2 楼板验算要解决的问题

1.验算目标是什么?应力、内力？

2.工况?正应力、剪应力？平均应力、最大应力？应控制的是压应力还是拉应力? 3.应满足的要求指标?应力云图能说明什么? 4.弹性应力集中使问题复杂化.

5.可行的办法是计算楼板传力控制断面的抗剪承载力>楼板传递的剪力.即在内力层面进行控制. 假定：层剪力按本层竖向构件剪切刚度分配，则控制断面传递的剪力为ΔVx，

n??Vx?Vx,i?mkj?nKi?Qmx,j?Vx按材料力学公式，?max?1.5????;

F；

式中:Qx,j----第j根竖向构件的下端剪力; F-------控制断面的截面积.

Vx,i-----第i层在水平荷载作用下的层(X或Y向)

总剪力

n?kmj-----分离体板块(n-m+1)根竖向构件的剪切

刚度之和;

Ki-----i层总剪切刚度;

二．“广东省实施《高规》补充规定”的理解和应用

1. 总则

1.0.2 高层定义:10层或以上;6层以上且高度>28m。即≤10层且H≤28m为多层。 2. 荷载及地震作用

2.1.2 首层宜考虑施工荷载不小于10kN/m2, 施工荷载分项系数1.0;即施工荷载可按活荷10/1.4=7.14 kN/m2输入;当不分静活荷时可按10/1.35=7.4 kN/m2输入.

2.2.2 计算风荷作用下结构的水平位移时,基本风压可采用50年重现期的风压值.(深圳为0.75 kN/m2)

2.3.1 结构设计使用年限超过50年时,若无场地地震安全报告提供相应的地震动参数时,多遇地震可按下表处理(7度为例) 设计使用年限 设防烈度 50 7 70 7 100 7 0.08(0.12) 多遇地震αmax 0.08(0.12)×1.15 0.08(0.12)×1.35 35(55) 弹性时程分析Amax 35(55) ×1.15 35(55) ×1.35 注: (1)罕遇地震如何处理未给出; (2)按理其它荷载也因使用年限的变化而变,但《补充规定》未提及.

2.3.2～2.3.6 地震计算考虑因素（7度区要考虑竖向地震影响） 扭转控制情况 质量与刚度分布明显不对称、不均匀 扭转不规则 控制标准 前一个振型中某振型的扭转方向因子在0.35～0.65之间 不考虑偶然偏心时位移比>1.2 或H>100m 计算考虑因素 应计算双向水平地震,考虑平扭耦连影响 考虑平扭耦连影响 3

质量竖向分布特别不均匀 大跨度结构考虑竖向地震 相邻层单位面积质量比>1.5 7、8、9度楼盖跨度大于24、16、12m； 7、8、9度悬臀跨度大于6、4、3m结构。 应采用弹性时程分进行多遇地震补充计算 7、8、9度重力荷载代表值分别增大5%、10%、20% 3. 结构设计的基本规定 3.2.2建筑高宽比计算时,非矩形平面的等效宽度B=3.5R,R为建筑平面(不计外挑部分)最小回

20.5

转半径=(∑Firi/∑Fi).

3.2.3,3.2.5构件定义及断面限制 构件类型 矩形柱 短肢墙 剪力墙 异形柱 截面高厚比h/d h/d≤4 4＜h/d＜8 h/d≥8 2≤h/d≤4 肢宽d限制 d≥300 d≥200 备注 d≥层高/15,且d≥300时当一般墙 方、矩、圆、Z型以外断面 3.2.4 短肢墙面积占剪力墙面积50%以上为短肢墙结构,其适用高度应比《高规》表4.2.2规定的剪力墙适用高度降20%. 3.3.1体形不规则类型及定义 不规则类型 1.扭转不规则 2.狭长、凹凸不规则 定义 弹性位移比2Umax/（Umax+Umin）>1.2;分I、II两类，II类比I类严重 结构平面凹进的一侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的30%;平面尺度不满足:L/B≤6.0; l/Bmax≤0.35; l/b≤2.0 3．楼板局部不连续 有效板宽小于楼板开洞处板宽50%;开洞面积大于楼层面积30%; 楼板任一方向最小净宽小于5m. 4．侧向刚度不规则 θi/θi+1≥1.3, 3θi/(θi+1+θi+2+θi+3)≥1.2（θi应是单位荷载产生的位移角） 5．竖向构件不连续 I类:柱不连续; II类:墙、支撑不连续 6．楼层承载力突变 抗侧力结构的层间受剪承载力小于上层的80%。 注：1.扭转不规则分I、II两类，由地震作用的层位移角ζE和相应的扭转位移比双控定义； 2.特别不规则结构:

(1)扭转不规则II类+2项一般不规则; (2)竖向构件不连续II类+2项一般不规则; (3)4项一般不规则. 3.严重不规则结构:(1)扭转不规则II类或竖向构件不连续II类+5项一般不规则;(2)6项一般不规则; (3)同时采用4种及以上的复杂结构型式;(4)扭转不规则程度属不允许值.

3.4 现浇楼盖结构 楼盖位置 一般楼盖 100 首层及顶层楼盖 120 地下室顶板作嵌固层 梁板结构160 梁式转换层楼盖 180 箱梁或桁架转换顶底板 150 I类竖向不连续转换层 120 预应力楼盖 150 多塔楼底盘屋面 150 加强层及上下层楼面 150 楼板最小厚度(mm) 3.5.1 对于高度小于150m剪力墙、筒中筒结构等弯曲变形明显的结构,当有害层间位移值 ΔU’i小于层位移值ΔUi的50%时,层间位移角可放宽至1/800. ΔU’i=ΔUi-ζi-1hi, ΔU’i/ΔUi＜0.5时, ζi≤1/800 3.6 抗震等级

3.6.1 框支层及其下一层按框支结构定义抗震等级,其它部位可不按框支结构定义; 3.6.2 8度区高度>80m建筑,可用框支剪力墙结构;底部加强区特一级,非加强区一级; 3.6.3 0.15g和0.3g设防的结构,宜用0.15g和0.3g计算,采用8和9度抗震构造加强; 3.6.4 与主楼连成整体的裙房:

当主楼为框支剪力墙结构,裙房为框架剪力墙结构时,裙房按框架剪力墙结构定义抗震等级; 当主楼为框-剪或框-筒结构,裙房为框架结构,且裙房柱高与柱截面长边之比不小于6时,裙房按本身高度定义抗震等级,但与主楼的抗震等级相差不应超过一等级;

5.1.9 剪力墙承担的倾覆力矩≤总倾覆力矩20%的少剪力墙框剪结构,结构分析按框架剪力墙体系计算,框架抗震等级按框架定义,剪力墙抗震等级按框架剪力墙定义.

4.结构分析

4.1.5 当连梁跨高比不大于2时,宜用壳元模拟;即当连梁跨高比不大于2时宜按门洞输入, 当2＜连梁跨高比≤4时,可根据情况按梁或门洞输入. 当连梁跨高比≥5时,按梁输入并可调幅. 4.2.1 连梁刚度折减系数,抗风设计控制时不宜小于0.8;抗震设计控制时不宜小于0.5.

4

4.2.4,4.2.5竖向荷载作用下梁的两种调幅

(1) 考虑梁塑性内力重分布的梁端弯矩调幅,调幅系数可取0.7～0.9.

(2) 因竖向构件变形差造成的框架梁端负加弯矩可调幅, 调幅系数宜为0.7～1.3,并按静力平衡条件计算梁的内力及相连竖向构件的轴力.这是考虑竖向构件蠕变会使竖向荷载作用均匀化的影响,与考虑梁塑性内力重分布的梁端弯矩调幅不同.此项调幅目前程序不能处理,要手工处理.

(3) 理论上两种调幅的物理力学概念不同,可迭加.

5.框架结构设计 5.1 一般框架结构

5.1.2 单跨高层框架结构要作超限审查;其平面长宽比宜小于4,考虑偶然偏心的结构扭转位移比不宜大于1.4.

5.1.4～5.1.6 基于强梁弱柱,强剪弱弯的内力调整统一按相应构件的(调整前相应的组合内力设计值×调整系数)计算,一级框架,梁柱节点处柱实配钢筋应满足AscR=kAsc,k=AsbR/Asb,当k<1.0取1.0.(例如:Vc=εvcVc0,一、二、三级εvc分别为1.4×1.4=1.96、1.2×1.2=1.44、1.1×1.1=1.21)

5.1.7 错层处的框架柱抗震等级应提高一级,箍筋全柱加密.

5.1.8 梁、柱偏心距不满足e/bc≤1/4时,可采用梁水平加腋、楼板外伸等办法解决.

5.1.11 三、四级框架,当梁柱砼级差≤10MPa时,粱柱节点可按梁砼浇筑,并加插短筋加强. 特级、一、二级框架,梁柱砼级差宜≤5MPa。

5.1.12 为保证”三强三弱”的抗震概念设计要求,不应随意加大梁端的纵向配筋量.

5.1.13 角柱应按双偏压计算配筋;控制一侧的纵向配筋率不小于0.20%时角筋可重复计. 5.2 宽扁梁框架结构

5.2.1 梁bb>hb为扁梁,bb>bc为宽扁梁;要求:hb=(1/16～1/22)Lb,hb≥16d;bb≤[2hc,bc+hb]mim;d为柱纵筋直径.

5.2.3 边梁不宜用宽扁梁.

5.2.4 宽扁梁纵向受力配筋率不应小于0.3%,宜单层配置,钢筋净距不宜大于100. 5.2.6 宽扁梁的箍筋肢距不宜大于200,腰筋直径不宜小于12,间距不宜大于200.

6. 剪力墙结构设计

6.0.4 当洞口边或洞口间的小墙肢截面高厚比≤4时,小墙肢按柱设计并全高密箍. 6.0.5 楼面主梁支承于墙间连梁时,应按简支梁校核连梁的截面承载力.

6.0.6 墙肢与平面外楼面主梁连接设暗柱时,暗柱的截面长度取(bb+200),宜按计算确定配筋. 6.0.7 墙约束边缘构件长度计算,应按整截面长度hw计算; 约束边缘构件最大配筋率宜≤3%.

7. 框剪结构; 8. 筒体结构; 9. 复杂高层结构等三章只个别提法与《高规》有些差别。 10. 混合结构(略)

11. 基础设计

11.0.2 当基础埋深满足规范要求时,在地震作用下可不验算基础水平承载力. 11.0.5 单桩竖向承载力在桩身承载力满足前题下应满足: 1. 竖向荷载标准组合:Qk≤Ra(轴心受压)

Qikmax≤1.1Ra(偏心受压)

2. 竖向荷载与风荷效应标准组合: Qk≤1.2Ra(轴心受压) Qikmax≤1.3Ra(偏心受压) 3. 竖向荷载与地震作用效应标准组合: Qk≤1.25Ra(轴心受压) Qikmax≤1.5Ra(偏心受压)

三．抗震控制

1. 层刚度与层位移比控制

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