大学精品课件：第2章－2.9-10 抗侧力结构及布置.ppt

1、钢筋凝土结构设计过程概要 结构方案初步设计 结构选型 高层建筑 (要结合建筑和结构考虑) 结构布置高层建筑的重点内容(概念设计) 抗震等级（重要性等级、高度等级、场地类别)高层建筑抗震结构 初选结构尺寸和材料混凝土结构设计 结构布置图平面图和剖面图 注：要通过适用、技术、经济等各方面的比较和计算最终确定方案。 结构设计和计算手工和程序计算 确定荷载各种荷载的标准值和设计值建筑荷载 结构计算计算恒、活、风、震的荷载效应S。混凝土结构设计 变形验算整体变形、层间变形高层建筑与抗震结构 结构构件设计配筋与截面承载力S6 (抗震设防烈度6，7度） L/B5 (抗震设防烈度8，9度） 凹入太多 凸出太细

2、 平面不规则的类型：凹凸不规则 狭长平面实例 L/B6 (抗震设防烈度6，7度） L/B5 (抗震设防烈度8，9度） 平面不规则的类型：凹凸不规则 凹 凸 不 规 则 平 面 实 例 平面不规则的类型：凹凸不规则 凹 凸 不 规 则 平 面 实 例 B Bb5 . 0 B BlA AA 3 . 0 0 l 局部不连续局部不连续 大开洞大开洞 错层 不应5m 不规则类型不规则类型 定义定义 扭转不规则扭转不规则 楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位 移（或层间位移）平均值的移（或层间位移）平均值的1.2倍倍

3、凹凸不规则凹凸不规则 结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30% 楼板局部不连续楼板局部不连续 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。例如，有效楼板宽度小于该层楼板典楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。例如，有效楼板宽度小于该层楼板典 型型宽度的宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面或开洞面积大于该层楼面面积的面积的30%，或较大的楼层错或较大的楼层错 层层 （单侧不小于（单侧不小于5m，双侧各不小于，双侧各不小于2m） 不应2m 平面不规则的类型:楼板局部不连续 相对有效宽度太小（30%） 绝对有效宽度太小 （总宽5m或单侧2m） 平面不规则的类型

4、:楼板局部不连续 一般不规则 有效宽度Be小于典型宽度B的50%：Be0.3A 特别不规则 有效净宽度Be小于5米或一侧楼板最小有效宽度小于 2米 开洞的要求及补强措施 原因：楼、电梯间开洞使楼板过分削弱 尺寸要求 1.开洞总面积不宜超过楼面面积的30 2.扣除凹入和开洞后，楼板任一方向的最小净宽度不 宜小于5m。 3.开洞后，洞口每边楼板宽度不应小于2m。 楼板开大洞后的补强措施： 1.加厚洞口附近楼板，提高楼板配筋率 2.采用双层双向配筋。 3.洞口边缘设置边梁、暗梁 4.在洞口角部集中配置斜向钢筋。 竖向不规则与薄弱层 形成原因：楼层刚度(承载力)突变 后果：导致层间位移(相对)过大变形

5、集中，发生薄 弱层破坏。 判别标准： 楼层刚度比1.0 (PKPM) 楼层承载力比 0.8(PKPM) 弹塑性限值 1/50（弹性1/550） (第四章)。 楼层屈服强度系数(抗震设计专题讲解) 改进措施：避免设计三种竖向不规则结构 1. 侧向刚度不规则 2. 竖向抗侧力构件不连续 3. 楼层承载力突变 框架结构的底层可视为薄弱层 框架结构底部变形最大，是可能的薄弱层。 台湾大地震：底层薄弱导致倒塌 汶川地震-底层薄弱部分倒塌 底层薄弱部分倒塌 中间出现薄弱层倒塌 1985年墨西哥大地震，薄弱层及相邻两层倒塌 顶部破坏鞭梢效应 1976年唐山地震，唐山地委办公大楼 美国奥利弗医疗中心主楼 Ol

6、ive View 医院 Olive View 医院 Olive View 医院结构剖面 砖隔墙 钢筋混凝土墙 不规则类型不规则类型 定义定义 侧向刚度不规则侧向刚度不规则 该层的侧向刚度小于相邻上一层的该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个，或小于其上相邻三个 楼层侧向刚度平均值的楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺；除顶层外，局部收进的水平向尺 寸大于相邻下一层的寸大于相邻下一层的25% 竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件不连续 竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换 构件（梁、桁架等

7、向下传递）构件（梁、桁架等向下传递） 楼层承载力突变楼层承载力突变 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80% 竖向不规则的类型竖向不规则的类型侧向刚度不规则侧向刚度不规则 1 7 . 0 ii KK i K 1i K 2i K 3i K ) 3 (8 . 0 321 iii i KKK K 沿竖向的侧向刚度不规则沿竖向的侧向刚度不规则 PKPM计算正常结果(WMASS.out)： Ratx1= 1.2500 Raty1= 1.2500 薄弱层地震剪力放大系数= 1.00 规范规定：薄弱层的地震剪力放 大系数为1.15。 层位移）层位移）（

8、层剪力）层剪力）（ 其中：其中： i i K K K KKK K RATX i i i i i iii i V 1 7 . 0 , ) 3 (8 . 0 min1 1 321 层间侧移刚度之比 (WMASS.out) Ratx1，Raty1 : X，Y 方向本层塔侧移刚度 与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层 平均侧移刚度80%的比值中之较小者。 注意：大于1.0就是规则的： 1 7 . 0 ii KK i K 1i K 2i K 3i K ) 3 (8 . 0 321 iii i KKK K 沿竖向的侧向刚度不规则沿竖向的侧向刚度不规则 0 . 1 7 . 0 1 i i K K 0

9、. 1 ) 3 (8 . 0 321 iii i KKK K 层位移）层位移）（ 层剪力）层剪力）（ 其中：其中： i i K K K KKK K RATX i i i i i iii i V 1 7 . 0 , ) 3 (8 . 0 min1 1 321 输出结果实例(wmass.out) 薄弱层对应地震作用标准值的地震剪力，应乘以1.25的放大系数。 此处非薄弱层，所以放大系数为1.0。 结构规则性判别的4个重要指标-阅读 楼层的承载力比(WMASS.OUT) Ratio_Bu: 表示本层与上一层的承载力之比 - 层号 塔号 X向承载力 Y向承载力 Ratio_Bu:X,Y - 16 1

10、0.5133E+04 0.7049E+04 1.00 1.00 15 1 0.6809E+04 0.1588E+05 1.33 2.25 14 1 0.7249E+04 0.1853E+05 1.06 1.17 13 1 0.7605E+04 0.1907E+05 1.05 1.03 12 1 0.7920E+04 0.1958E+05 1.04 1.03 11 1 0.8200E+04 0.2007E+05 1.04 1.02 10 1 0.9056E+04 0.2122E+05 1.10 1.06 9 1 0.9356E+04 0.2172E+05 1.03 1.02 8 1 0.9626

11、E+04 0.2220E+05 1.03 1.02 7 1 0.9890E+04 0.2249E+05 1.03 1.01 6 1 0.1245E+05 0.2505E+05 1.26 1.11 5 1 0.1281E+05 0.2528E+05 1.03 1.01 4 1 0.1312E+05 0.2540E+05 1.02 1.00 3 1 0.1348E+05 0.2524E+05 1.03 0.99 2 1 0.1400E+05 0.2425E+05 1.04 0.96 1 1 0.3532E+05 0.2546E+05 2.52 1.05 PKPM中层间刚度比计算选项 高规建议的方法

12、1剪切刚度 Ki = Gi Ai / hi 高规建议的方法2剪弯刚度 Ki = Vi / i 抗震规范建议方法 Ki = Vi / ui 推荐采用 层位移）层位移）（ 层剪力）层剪力）（ 其中：其中： i i K K K KKK K RATX i i i i i iii i V 1 7 . 0 , ) 3 (8 . 0 min1 1 321 设计转换梁时，要增加钢筋。 1.5(老规范老规范) 竖向不规则的类型竖向不规则的类型竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件不连续 竖向抗侧力构件不连续 不规则类型不规则类型 定义定义 侧向刚度不规则侧向刚度不规则 该层的侧向刚度小于相邻上一层的该层的侧向刚度小

13、于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个，或小于其上相邻三个 楼层侧向刚度平均值的楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺；除顶层外，局部收进的水平向尺 寸大于相邻下一层的寸大于相邻下一层的25% 竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件不连续 竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换 构件（梁、桁架等构件（梁、桁架等)向下传递向下传递 楼层承载力突变楼层承载力突变 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80% 日本神户A公寓 日本神户A公寓结构平面布置图 框支剪力墙

14、部分倒塌 不规则类型不规则类型 定义定义 侧向刚度不规则侧向刚度不规则 该层的侧向刚度小于相邻上一层的该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个，或小于其上相邻三个 楼层侧向刚度平均值的楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺；除顶层外，局部收进的水平向尺 寸大于相邻下一层的寸大于相邻下一层的25% 竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件不连续 竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换 构件（梁、桁架等向下传递构件（梁、桁架等向下传递) 楼层承载力突变楼层承载力突变 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻

15、上一楼层的抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80% 竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均 匀（有薄弱层）匀（有薄弱层） 高规4.4.3 ： A级高度：楼层层间抗侧力结构 的受剪承载力不宜小于上一层受 剪承载力的80% ，不应小于其上 一层受剪承载力的65%。 B级高度：楼层层间抗侧力结构 的受剪承载力不应小于其上一层 受剪承载力的75% PKPM计算判断薄弱层 根据规范：应采用楼层抗剪承载力比和楼层刚度比 来判断薄弱层，但是这两种方法判断可能得出不同 的结论。 任何一种方法判断为薄弱层，都应按薄弱层处理。 PKPM: 刚度比不小于1.0，承载力比不小于0.8

16、WMASS.out文件 显示承载力比(最后两列不能小于0.8) 层号 塔号 X向承载力 Y向承载力 Ratio_Bu:X,Y - 6 1 0.1892E+05 0.1886E+05 1.06 1.06 5 1 0.2578E+05 0.2577E+05 1.36 1.37 4 1 0.3371E+05 0.3356E+05 1.31 1.30 3 1 0.4010E+05 0.3982E+05 1.19 1.19 2 1 0.4556E+05 0.4546E+05 1.14 1.14 1 1 0.6179E+05 0.6179E+05 1.36 1.36 薄弱层导致的破坏变形集中 相邻两层的刚

17、度或承载力相差过大，形成薄弱层 薄弱层导致塑性变形集中，最容易发生破坏。 结构形式不同，层间位移的分布规律不同 PKPM输出的不满足要求的层间位移角 （学生毕业设计中的初步计算结果) 薄弱层破坏 战前日本规范曾允许第5层以上刚度可以减小 抗规中关于剪重比的条文 5.2.5 抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求：抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求： 式中式中 VEki第第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力； 剪力系数，不应小于表剪力系数，不应小于表5.2.5规定的楼层最小地震剪力系数值，规定的楼层最小地震剪力系数值， 对

18、竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数；的增大系数； Gj第第j层的重力荷载代表值。层的重力荷载代表值。 剪重比判断薄弱层(阅读资料) 抗震规范5.2.5中强制规定7度以上设防地区的剪 重比。对于6度没有规定。 剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所 以规定剪重比，主要是因为长期作用下，地震影 响系数下降较快，由此计算出来的水平地震作用 下的结构效应可能太小。而对于长周期结构，地 震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具 有更大的破坏作用，但采用振型分解法时无法对 此作出准确的计算。因此，出于安全考虑，规范 规定了各楼层水平地震力的最小值，该

19、值如果不 满足要求，则说明结构有可能出现比较明显的薄 弱部位，必须进行调整。 建筑和结构布置原则小结 规则。不应采用严重不规则结构 明确的计算简图 承载力和刚度均足够。 良好的延性 多次超静定结构 加强构件的连接，保证整体性。 多道抗震防线。 不规则结构怎么办？ 超限结构 不规则程度的等级与规定 一般不规则结构 不多于两项不规则 规范规定规范规定：允许采用，但内力调整和构造措施要加强 特别不规则结构 多项超标（3个或以上指标） 单项超标过多 规范规定规范规定：应尽可能避免。否则要进行专门研究 严重不规则结构禁止采用 多个项目超标较多 某项目达到或超过严重不规则上限 规范规定规范规定：不应采用。

20、应调整结构布置。 用4个指标判别不规则结构 一般不规则一般不规则 特别不规则特别不规则 不规则结构设计 尽量修改结构布置方案，减少不规则 选择更准确的计算方法 时程分析法 进行三维计算分析 采用双向地震作用计算、考虑偶然偏心。 进行罕遇地震下的变形验算 采取抗震构造措施，加强构件的配筋。 薄弱层地震剪力乘以1.15的放大系数。 超限结构的若干规定 超过高规JGJ3-2002的高层建筑应遵守： 超限高层建筑工程抗震设防管理规定 全国超限高层建筑工程抗震设防审查 专家委员会抗震设防专项审查管理办法 超限高层建筑工程抗震设防专项审查 技术要点 复杂(超限)结构举例 连体结构 复杂高层建筑实例1 复杂

21、高层建筑实例2 沈阳沈阳 房房 地地 产产 交交 易易 中中 心心 复杂高层建筑实例3 上海证券大厦上海证券大厦 复杂高层建筑实例4 深圳大学科技楼深圳大学科技楼 复杂高层建筑实例5 上上 海海 世世 贸贸 国国 际际 广广 场场 复杂高层建筑实例6 沈沈 阳阳 方方 圆圆 大大 厦厦 复杂高层建筑实例7 北京新保利大厦北京新保利大厦 北京新保利大厦千余平方米的大堂，无一根立柱，异常宽敞、通透，从下至上北京新保利大厦千余平方米的大堂，无一根立柱，异常宽敞、通透，从下至上 高达米，堪称“北京第一中庭”，预计年底建成高达米，堪称“北京第一中庭”，预计年底建成 复杂高层建筑实例7 CCTV大楼大楼

22、230230米高，在米高，在180180多米的高空向外横挑多米的高空向外横挑7070米米 复杂高层建筑实例7 施工中的CCTV大楼 施工中的CCTV大楼 作业 1.一个丙类建筑，采用钢筋混凝土框-剪结构， 高度为120m。试确定该房屋的高度等级。 2.简述平面不规则的三种类型？ 3.简述竖向不规则的三种类型？ 4.简述：扭转不规则产生的原因，判别准则和 处理方法 1、扭转不规则：楼层的最大弹性水平位移 （或层间位移），大于该楼层两端弹性水 平位移（或层间位移）平均值的1.2倍。 2、凹凸不规则：结构平面凹进的一侧尺寸， 大于相应投影方向总尺寸的30%。 3、楼板局部不连续：楼板的尺寸和平面刚

23、度急剧变化。例如：开洞面积大于该楼层 面积的30%，或较大的楼层错层，或有效 楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%。 平面不规则的三种类型 深圳地王大厦的实测风振响应 扭转 风荷载下，结构的振动与其自由振动频率相近。 地震作用下结构的响应频率与地面运动频率关系更加密切 不同层数建筑内力和位移比较 单层 2层 10层 裙房的防震缝设置 深圳地王大厦的对称结构布置深圳地王大厦的对称结构布置 标准层平面标准层平面 68.5m 8.7m 12.5m 12.5m 8.7m 8.7m 8.7m 8.7m 35.5m 11.75m 11.75m 12m 芯 筒 | 框 架 体 系 剪力墙剪力墙 抗震规范新增的条款： 关于薄弱层破坏的思考问题 思考题1：上面两层的刚度(承载力)相同，为什 么在刚度突变处破坏？ 外力为正 三角分布 各层的 地震力 各层的 刚度