20xx年高层建筑结构设计规范

20xx年高层建筑结构设计规范内容摘要：

建筑物所在场地的类别和震中的远近等因素，而且还与实际地震加速度随时间变化的规律有关。 但是，每次地震，甚至同一次地震在不同地方所记录得到的加速度都有不同的变化规律。 设计规范根据国内、外强震观测记录，通过求最大反应分析的结果（反应谱），然后再加以分析处埋，最后给出水平地震影响系数 Ϊ作为设计指标。 设计规范所给出的Ϊ值，与结构的自掁周期、地震烈度、场地类别、震中远近等四个因素有关。 建筑结构的地震影响系数应根据烈度、圽地类别、设计 地震分组和结构自振 周 期以及阻尼比确定。 抗震规范规定，其水平地震影响系数最大值应按表 — 1 采用。 高规 高层建筑的场地类别应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》 GB50011 的规定确定。 高规 采用底部剪力法计算结构的水平地震作用时，可按本规程附录 B 进行。 底部剪力法的计算 范围： 底部剪力法是最简单的一种实用方法。 当高度不超过 40m，以剪切变形为主且刚度和质量沿高度分布比较均匀的建筑，可采用底部剪 力法计算结构的水平地震作用。 高规 水平地震作计算时，结构各楼层对应于地震作 用标准值的剪力应符合下式要求： n V Eki≥ λ Σ Gj j＝ i 8 式中 V Eki――― 第 i层对应于水平地震作用标准值的剪力； λ―― 水平地震剪力系数，不应小于表 . 13 规定的值；对于竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以 增大系数； Gj――第 j 层的重力荷载代表值 N――结构计算总层数 表 . 13 楼层最小地震剪力系数值 类别 7 度 8 度 9 度 扭转效应明显或 基本周期小于 的结构 () () 基本周期大于 的结构 () () 注： 1 基本周期介于 和 之间的结构，应允许线性插入取值； 2 8 度时括号内数值分别用于设计基本地震加速度为 和 的地区。 高规 条 计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚 度影响予以折减。 高规 条 当非承重墙 体为填充砖墙时，高层 建筑 结构的计算自振周期折减系数 ψ t 可按下列规定取值： 1 框架结构可取 ～ ； 2 框架－剪力墙结构可取 ～ ； 3 剪力墙结构可取 ～。 对于其他结构体系或采用其他非承重墙体时，可根据工程情况确定周期折减系数。 高层分析： 结构动力学 基本 原理 ： 一、单层 建筑结构的动力性态：在外加水平力的作用下，其结构体系运动方程为。 ｍǖ（ｔ）＋ｃ249。 （ｔ）＋ｋ252。 （ｔ）＝ P(t) 式中 ｍ－建筑物总质量 ｍǖ（ｔ）－建筑物的惯性力 ｋ－楼层的侧移刚度 ｋ252。 （ｔ）－结构（楼层）恢 复力 ｃ－结构的阻尼系数 ｃ249。 （ｔ）－建筑物的阻尼力 P－外加作用力 249。 （ｔ） －建筑的水平位移速度 ǖ（ｔ）－建筑的水平位移加速度 1 自由振 动 当没有外加水平力，即 P(t)＝ 0 时，体系可以产生自由振 动，其运动方程可写为： ǖ＋ξω249。 ＋ω 2252。 ＝ 0 式中 ω 2＝ k/m ξ =c/2 ω m 用时间 t 作横坐标，结构水平位移 u 作纵坐标 ，上式解的曲线图是一 条衰减振 动曲线，其振 幅随时墙剪力长而逐渐衰减，但周期 T＝ 2л /ω ， 却保持定值。 而频率 f 则表示为 f=1/T＝ ω ， /2л，周期 T 通常用秒（ s）作单位，则频率 f 的单位为赫芝（ Hz），表示每秒振 动次数。 ω ， ＝ 2л /T＝ 2л f 则称为圆频率，表示 2л秒时间内的振 动次数， 结构每振动一次振 幅衰减的大小，完全取决于ξ值。 当不考虑阻尼的影响，即把结构视作无阻尼的理想结构时，ξ＝ 0，则振幅永远保持为自由振 动开始（ t=0）时的位移252。 0 值。 由此可知，结构的自振 圆频率为ω＝ (k/m)1 ω称为无阻尼时的自振 圆频率。 实际结构的ξ值一般很小，仅约为 左右。 由此可知，结构的自振 （圆）频 率和周期等，只是结构本身固有的属性（决定于侧向刚度 k 和质量 m），而与外加的作用干扰力无关，所以，自振 （圆）频率和自振 周期，又称为固有（圆）频率和固有周期。 结构基本自振周期的经验公式 （ 1） 高耸结构：一般情况下 T1＝ (～ )H 钢结构可取高值，钢筋混凝土结构可取低值。 （ 2） 高层建筑： 1)一般情况 A：钢结构 T1=(～ )n B：钢筋混凝土结构 T1=(～ )n 2)具体结构 A：钢筋混凝土框架和框剪结构 T1=+ 103H2/B3 式中 H 房屋总高度 (m) B房屋宽度 (m) 2 阻尼 9 若ξ≥ 1（正常结构不可能具有这样大的阻尼），水平位移由初始值252。 0 逐渐衰减为零，而不产生振动，不产生振 动的最小 ξ值为ξ＝ 1，这种情况称为临界阻尼，临界阻尼系数 Cc＝ (km)1 ξ =C/Cc 故ξ称为阻尼比，是衡量阻尼大小的一个无纲量比值，常用百分比来表示。 衡量阻尼大小的另一量值为对数衰减率δ，它的定义为：相邻振 幅比的自然对数 δ≈ 2лξ 3 周期性干扰力的作用 设外加水平干扰力为周期性函数，即 P(t)＝ P0sinΩ t 式中 Ω－作用力的圆频率 其振动微分方程： ｍǖ＋ｃ249。 ＋ｋ252。 ＝ P0sinΩ t 此时结构将以和干扰力同样的频率振动。 方程解的物理意义为：即使结构最初处于静止状态，但当外加作用力引起强迫振动时，一开始就同时激发了自由振动，结果使结构的运动状态变为强迫振动和自由振动相迭加合成，但是自由振动由于阻尼作用而衰减得很 快，往后 经过头若干个周期后，其振幅就小得可以忽略不计，往后就只剩下强迫振动作为结构的稳定状态反应。 然而，也有这样的情况：结构的最大动力反应发生在头若干个周期内，这时叠加上自由振动项 就不能被忽略了。 动力系数 D＝ umax/uvt 式中 umax――最大动力位移 umax =P0/[（ kmΩ 2） 2+c2Ω 2]1 uvt―― 最大的静力 位移 uvt＝ P0/ k＝ P0/mω 2 频率比ρ ρ＝ Ω /ω 当作用力频率 Ω 和自振频率 /ω 相等时，产生共振现象。 振幅（或动力系数）在这一区 域达到高峰。 由于阻尼的存在，准确的峰值位置为 ρ＝（ 1－ 2ξ 2） － 1 当ξ＝ 1 时由共振引起的峰值消失了，实用上可取 ρ ＝ 1 时作为峰值位置，经计算得到产生共振时动力系数的实用公式： D＝ 1/2ξ 4 任意干扰力的作用 实际工程中的外加干扰力 P(t)，往往是不规则的和非周期性的。 作用在建筑物上的风荷载和地震荷载，便属地此类。 任意干扰力 P(t)可看作由一列很短暂作用的冲量组成。 把所有冲量引起的振动叠 加起来，便得到结构的总反应。 5 地震－地面运动的作用 地震作用是由于地震的地面运动引起的，承受地面水平加速度的激扰与承受外加作用力两种情况所导致的结构运动微分方程是完全相同的。 所以－ｍǖ g（ｔ）称为等效地震力。 地震作用通过水平地震影响系数Ϊ来确定。 高规 4 结构设计的基本规定 高规 一般规定 高规 条 高层建筑 钢筋混凝土结构可采用框架、剪力墙、框架－剪力墙、筒体和板柱－剪力墙结构体系。 1．框架结构体系 框架结构在水平力作用下的受力特点：其侧移由两部分组成：第一部分侧移由剪力引起的柱和梁的弯曲产生。 柱和梁上有反弯点，使整个结构呈现剪切型变形。 框架下部各层承受的剪力大，层间位移亦大，上部各层剪力较小，层间位移也较小。 第二部分侧移由整个框架的悬臂作用在柱中产生轴向变形引起。 第一部分侧移是主要的，因而框架结构以剪切型变形为主。 框架结构的主要缺点是侧向刚度小，变形大，这限制了框架结构的建造高度。 框架结构通过合理设计，可具有良好的延性，亦即所谓实现“延性框架”设计。 2．剪力墙结构体系 利用建筑物墙体作为建筑的竖向承重体系，并用它抵抗水平力，这种结构称为剪力墙结构体系。 这种体系在 10∽ 30 层的建筑中广泛应用。 剪力墙能满足延性系数μ〉 3∽ 5 的要求。 当墙的底层做成框架时，称为框支－剪力墙结构。 3．框架 － 剪力墙结构体系 当框架单独承受水平力时为剪切型变形，当剪力墙单独承受水平力时为弯曲型变形，两者通过楼板連在一起使变形协调一致，形成弯剪型变形。 一般情况下，剪力墙可担负约 80%左右的水平力 ,有时甚至更多 10 些。 其总趋势是房屋上部，框架承担大部分水平力，而在下部大部分剪力由剪力墙承担，从而提高了整个结构的抗侧力强度。 框架和剪力墙协同工作还有利于减少层间变形，减少顶点位移，提高结构的刚度。 框架剪力墙结构 (或称框架内筒结构 )适用于 20∽ 40 层的高层建筑，特别适用于塔式建筑。 4．筒体结构体系 超出 30∽ 40 层的高层建筑最好采用筒体结构抵抗侧向力。 它比剪力墙或框架剪力墙结构具有更大的强度和刚度。 根据筒体不同的组成方式分为三种类型。 （ 1）框筒结构：墙体上开洞形成的空腹筒体又称框筒。 开洞以后，由于横梁变形使剪力传递存 在滞后现象，使柱中正应力分布呈抛物线状，称为剪力滞后现象。 剪力滞后现象使框筒结构的角柱应力集中。 通常将与水平力平行方向的框架称为腹板框架，将与水平力方向垂直的框架称为翼缘框架。 翼缘框架承受拉压轴力可以抵抗相汉当大的倾覆力矩，腹板框架则主要通过梁柱弯曲抵抗水平剪力。 筒体结构中框筒的布置原则为：为了保证密排柱和窗裙梁的尺寸，门窗孔洞面积一般不大于建筑立面面积的 50%，立柱中距一般为 ∽ 米，也可扩大到 米，横梁高度一般为 ∽ 米，宽 ∽ 米。 筒中筒结构的外框筒与内筒间的距离以 10∽ 16 米为宜，内筒面积占整个筒体面积的比例与结构的层数和高度有关。 筒体结构的平面形状宜接近方形，长宽比不应超过 2。 （ 2）筒中筒结构：国外一些超过 50 层的高层建筑一般都采用这种结构形式。 （ 3）多筒结构： 高层建筑结构布置原则 1． 应满足建筑使用要求，便于施工。 2. 提高结构的总体刚度减少位移。 高层建筑控制位移是主要矛盾。 除选择合理的结构体系外，还应从平面体型和立面变化等方面考虑有利于减少结构的侧移。 在布置结构时，应加强结构的整体性，提高结构的抗侧刚度。 如加强楼盖的整体性及刚度；加强构件的连接；加强基础的整体性， 以减小由于基础平移或转动对结构侧移的影响。 还应注意加强结构的薄弱部位和应力复杂部位。 应增加结构体系抵抗倾复力矩的有效宽度。 增加结构宽度，也可减小侧向位移，并且当其他条件不变时， 变形与宽度的三次方成反比。 宜对高宽比 H/B 加以限制。 3 .在地震区应满足抗震的要求。 应使结构各部分刚度对称均匀，各结构单元的平面形状应力求简单规则。 复杂、不规则、不对称的结构必然会带来难于计算和处理的复杂地震应力，如应力集中和扭转等，这对抗震不利。 因此，应尽量使地震力作用中心与刚度中心重合，通常偏心距 e（地震力作用中心与刚度中心的距 离）不宜超过垂直于外力作用线建筑物边长的 5%。 在拐角部位应力往往比较集中，应避免在拐角处布置楼、电梯间。 立面体型应避免伸出或收进，避免结构垂直方向刚度突变等。 通过对震害的分析，说明建筑物平面布置不对称、刚度不均匀、高低错层连接、屋顶局部凸出或沿高度刚度突变等，都容易造成严重震害。 建筑物的平面长度不宜过长，长宽比 L/B 应符合 高规 条的规定。 选择有利于抗震的竖向布置，结构的竖向布置应注意刚度均匀而連续，要尽量避免刚度突变或结构不連续。 上部刚度较小的部位有可能产生“鞭击”效应。 4．考虑沉降、温度收 缩及房屋体型复杂等因素对建筑的影响，合理布置和处理沉降缝、伸缩缝、防震缝。 在日本，习惯的做法是 10 层以上的建筑就不设缝。 不要采用在独立沉降的两部分结构之间设置简支梁的处理方法，因为虽然这种方法可以避免沉降差造成的附加应力，但地震作用下使两部分结构互相牵扯，简支支座容易遭到破 坏。 缝的设置与构造，在房屋结构的总体布置中，要考虑沉降、温度收缩和体型复杂对房屋结构的不利影响，常常用沉降缝、伸缩缝或防震缝将房屋分成若干独立的部分从而消除沉降差、温度应力和体型复杂对结构的危害。 高层建筑的结构布置： 一、 框架结构的布置 二、剪力墙结构的布置 1. 剪力墙结构的开间及竖向荷载承重方案 (1)小开间剪力墙结构横墙承重方案 (2)大开间剪力墙结构横墙承重方案 (3)大开间纵横墙共同承重方案 11 (4)小开间纵横墙共同承重方案 2. 底层大空间剪力墙结构的布置 在布置这种结构时应注意以下几个方面： (1)控制建筑物沿高度方向的刚度； (2)落地剪力墙的间距，建议剪力墙间净距与建筑物宽度之比 (L/B)控制在 2∽ 左右。 (3) 提高底层楼盖的强度和刚度 (4) 注意二层以上边门洞的布置：在设计中应尽量避免在二层设置边门洞，若必须在二 层布置边门洞时，则应予以特殊加强，边门洞外侧的小墙肢宽度不宜小于 40 厘米，并从构造上保证小墙肢与外墙板的可靠連接，使小墙肢与外墙共同受力，以减小小墙肢的应力集中。 ： (。