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1、 1 高层结构抗震控制与中震设计分析 鑫中建建筑设计顾问 8 E-mail：xzjhjw126.黄警顽(声明:本讲义引用大量文献资料.若引用错 误是本人理解错误,与原文献作者无关)2007.10 2 高层结构抗震控制与中震设计分析 一超限控制10 1 高度超限,超过表 1-1 规定高度(m)，表 1-1：结构类型 6 度 7 度（含 0.15g）8 度（含 0.30g）9 度 钢筋混凝土结构 框架 60 55 45 25 框架-抗震墙 130 120 100 50 抗震墙 140 120 100 60 部分框支抗震墙 120 100 80 不应采用 框架-核心筒 150 130 100 70
2、筒中筒 180 150 120 80 板柱-抗震墙 40 35 30 不应采用 较多短肢墙 100 60 35 错层抗震墙和框架-抗震墙 80 60 不应采用 混合结构 钢框架-钢筋混凝土筒 200 160 120 70 型钢砼框架-钢筋混凝土筒 220 190 150 70 钢结构 框架 110 110 90 50 框架-支撑(抗震墙板)220 220 200 140 各类筒体和巨型结构 300 300 260 180 注 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 不规则类型 涵 义
3、依据的规条文 1 扭转不规则 考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2 GB50011-3.4.2 2 偏心布置 偏心距大于 0.15 或相邻层质心相差较大 JGJ99-3.2.2 3 凹凸不规则 平面凹凸尺寸大于相应边长30%GB50011-3.4.2 4 组合平面 细腰形或角部重叠 JGJ3-4.3.3 5 楼板不连续 有效宽小于 50%,开洞面积大于 30%;错层高梁高 GB50011-3.4.2 6 刚度突变 相邻层刚度变化大于70%;连续三层变化大于 80%GB50011-3.4.2 7 尺寸突变 缩进大于 25%,外挑大于 10%或 4m JGJ3-4.4.5 8 构件间断 上下墙、柱、
4、支撑不连续，含加强层 GB50011-3.4.2 9 承载力突变 相邻层受剪承载力比1.4 2 抗扭刚度弱 扭转周期比0.9,混合结构扭转周期比0.85 3 层刚度偏小 本层侧向刚度小于相邻上层的50%4 高位转换 框支转换构件位置:7 度5 层;8 度3 层 5 厚板转换 79 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底盘相应边长的 20%7 复杂连接 各部分层数、刚度、布置不同的错层或连体结构 8 多重复杂 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 3 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、混凝土和钢结构高
5、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,但在图形处理上国外还有差距,国图形处理速度和精度较差;3.总体分析的整体指标规律国外软件一致,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;
6、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?查软件介面菜单是否能人工指定某一构件的抗震等级.6.国外软件计算结果比较表 计算软件 SATWE ETABS MIDAS 楼层自由度 每个楼层为 3 个自由度 每个楼层为 6 个自由度 每个楼层为 3 个自由度（两个平动，一个转动）（三个平动，三个转动）（两个平动，一个转动）周期调整系数 0.9 0.9 0.9 风荷载 总剪力 Vx=19350kN Vx=15702kN Vx=17136kN Vy=19265kN Vy=16878kN Vy=17068kN 最 大 层 位移角 X
7、 向：1/1057（31 层）X 向：1/1297（32 层）X 向：1/1006（31 层）Y 向：1/1072（31 层）Y 向：1/1253（32 层）Y 向：1/1029（32 层）结构总重力 Gz=877529kN Gz=884187kN Gz=857427kN 地震作用 地震作用 总地震 VxE=13778kN VxE=14141kN VxE=12241kN 剪力 VyE=13680kN VyE=14073kN VyE=12409kN 底部剪重比 1.53%1.59%1.44%最 大 层 位移角 dx/h=1/1722（31 层）dx/h=1/1695（30 层）dx/h=1/16
8、26（31 层）dy/h=1/1733（31 层）dy/h=1/1738（30 层）dy/h=1/1592（30 层）扭 转 位 移比 1.33（X-5%偶然 1.25（3 层）1.27（偶然 偏心，3 层）偏心，4 层）1.21（Y-5%偶然 1.29（3 层）1.28（偶然 偏心，3 层）偏心，4 层）总地震 VxE=13778kN VxE=14141kN VxE=12241kN 周期 T1(s)3.5078(X)3.5269(X)3.8707(X)T2(s)3.4866(Y)3.5016(Y)3.8378(Y)T3(s)1.5727(T)1.6259(T)1.8258(T)5.2 楼板验
9、算要解决的问题 1.验算目标是什么?应力、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.4 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Vx，nmjxinmjixxQKkVV,；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 nmjk-分离体板块(n-m+1)根竖向构件的剪切刚度之和;iK-i 层总剪切刚度;按材料
10、力学公式，FVx5.1max;二“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 H28m 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.(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
11、可按下表处理(7 度为例)设计使用年限 50 70 100 设防烈度 7 7 7 多遇地震max 0.08(0.12)0.08(0.12)1.15 0.08(0.12)1.35 弹性时程分析 Amax 35(55)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.2.3.22.3.6 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 控制标准 计算考虑因素 质量与刚度分布明显不对称、不均匀 前一个振型中某振型的扭转方向因子在 0.350.65 之间 应计算双向水平地震,考虑平扭耦连影响 扭转不规则
12、 不考虑偶然偏心时位移比1.2 或 H100m 考虑平扭耦连影响 质量竖向分布特别不均匀 相邻层单位面积质量比 1.5 应采用弹性时程分进行多遇地震补充计算 大跨度结构考虑竖向地震 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。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)最小回转半径=(Firi2/Fi)0.5.3.2.3,3.2.5 构件定义及断面限制 构件类型 截面高厚比 h/d 肢宽 d 限制 备注 矩形柱
13、h/d4 d300 短肢墙 4h/d8 d层高/15,且 d300时当一般墙 剪力墙 h/d8 异形柱 2h/d4 d200 方、矩、圆、Z 型以外断面 5 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 定义 1.扭转不规则 弹性位移比 2Umax/（Umax+Umin）1.2;分 I、II 两类，II 类比 I 类严重 2.狭长、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%;平面尺度不满足:L/B6.0;l/Bmax0.35;l/b2.0 3楼板
14、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 i/i+11.3,3i/(i+1+i+2+i+3)1.2（i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E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
15、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 首 层 及顶 层 楼盖 地 下 室顶 板 作嵌固层 梁 式 转换 层 楼盖 箱 梁 或 桁架 转 换 顶底板 I 类竖向不 连 续转换层 预 应 力楼盖 多 塔 楼底 盘 屋面 加 强 层及 上 下层楼面 楼板最小厚度(mm)100 120 梁 板 结构 160 180 150 120 150 150 150 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 Ui
16、小于层位移值Ui的 50%时,层间位移角可放宽至 1/800.Ui=Ui-i-1hi,Ui/Ui0.5 时,i1/800 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
17、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 0.5.4.2.4,4.2.5 竖向荷载作用下梁的两种调幅(
18、1)考虑梁塑性力重分布的梁端弯矩调幅,调幅系数可取 0.70.9.(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 0.71.3,并按静力平衡条件计算梁的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 6 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 1.4.5.1.45.1.6 基于强梁弱柱,强剪弱弯的力调整统一按相应构件的(调整
19、前相应的组合力设计值调整系数)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 khb为扁梁,bbbc为宽扁梁;要求:hb=(1/161/22)Lb,hb16d;bb2hc,bc+hbmim;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
20、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:QkRa(轴心受压)Qikmax1.1Ra(偏心受压)2.竖向荷载与风荷效应标准组合:Qk1.2Ra(轴心受压)Q
21、ikmax1.3Ra(偏心受压)3.竖向荷载与地震作用效应标准组合:Qk1.25Ra(轴心受压)Qikmax1.5Ra(偏心受压)三抗震控制 1.层刚度与层位移比控制 1.1 层刚度计算 1.1.1 层刚度中心计算5-1）取出一层结构,下端固定,建立单层模型.2）在假定刚度中心上沿主轴方向各作用单位水平力,通过试算,当层z0 时,该点即为层的刚度中心.7 1.1.2 在层的刚度中心分别作用 Px=1,Py=1,mz=1,分别算出层位移x,y,z;相应得 Kx=1/x,Ky=1/y,K=1/z -1.2 层刚度计算方法和适用围（见下表）层侧刚算法一览表 序号 侧刚算法 计算公式 特点 适用条件
22、1 剪切刚度 Ki=GiAi,Ai=Awi+CiAci;只与构件的面积有关,与构件位置和形状无关;层抗扭刚度不为 0。首层转换上下层刚度比和嵌固层上下层刚度比;无斜撑框架结构 2 剪弯刚度 Ki=1/i i=1/Ki 只与构件的面积和形状有关,与构件位置无关;层抗扭刚度不为 0。转换层在二层或以上时必须用 3 地 震 剪 力位 移 比 刚度 Ki=Vi/Ui 抗规公式 与结构整体刚度及层与嵌固端距离有关,越近刚度越大;层抗扭刚度为 0。一定程度上反映结构的整体效应，较易满足规要求。规无明确要求时宜首先采用.1.2.1 层抗扭刚度,按剪切刚度和按剪弯刚度计算结果一样;按地震剪力位移比刚度计算时,
23、因规没有给出扭转反应谱,算不出与扭转相应的地震反应,层抗扭刚度按 抗规 式算不出来。1.2.2 采用不同的层刚度计算方法,只影响层刚度比结果,对力、位移等其它计算结果无影响.(因为其它计算是按有限元模型计算,不是按层模型计算的)1.2.3 下上层刚度比定义:=Ki/Ki+1;1.3 结构竖向规则性控制层刚度比控制 1.3.1 层刚度比控制主要找出薄弱层位置,并按规要求作出处理;当 KiHi+1/Ki+1Hi0.7 或 3Ki(Hi+1+Hi+2+Hi+3)/(Ki+1+Ki=2+Ki+3)Hi0.8 时,侧向刚度不规则;按抗规3.4.3 条和高规5.1.14 条,该楼层地震剪力应放大 1.15
24、 倍.(SATWE 能自动处理)1.3.2 层抗剪承载力比按高规4.4.3 条要求不宜 Qi/Qi+10.8,若不满足应将此层强制按薄弱层处理;且不应 Qi/Qi+10.65(A 级)或 Qi/Qi+11.3 或 3i/(i+1+i+2+i+3)1.2 时,层侧向刚度不规则;1.4 转换层刚度比计算与控制 1.4.1 规要求（高规附录 E）-1.4.1.1 当转换层在一层时,层刚度按层平均剪切刚度（竖向构件等效断面积比刚度）计算;1.4.1.2 当转换层在二层或以上时,下上结构侧向刚度比=下部结构位移角/上部结构位移角 e=1H2/2H11.3 H2H1,H1=hi+hi-m,H2=hi+1+
25、hi+n 上部结构侧移:2=1/K2=1/Ki+1+1/Ki+n,下部结构侧移:1=1/K1=1/Ki+1/Ki-m 1.4.1.3 当转换层在三层或以上时,还应满足上下层侧向刚度比要求:下层层平均刚度/上层层平均刚度=e=Ki/Ki+10.6;Ki、Ki+1可按地震剪力位移比计算.-1.4.2 目前 SATWE 计算的转换层上下结构刚度比,下层结构算至基础面,与规要求算至嵌固层不符,不能直接引用,应另行手算.8 1.4.3 转换层位移角比控制21 1.4.3.1 随转换层质量和刚度的增加，转换层下部结构的层间位移角差距明显增大，仅限制转换层上下结构刚度比无法有效控制结构地震作用效应；1.4.
26、3.2 随转换层质量和刚度的增加，转换层下结构的层间位移角基本在增加，而转换层上结构的层间位移角明显减小；1.4.3.3 转换层上下结构层间位移角比定义：以转换层顶为参考点，顺序比较下、上相应楼层的层间位移角比值的大小，将其层间位移角比的最大值取为转换层上下结构层间位移角比。设转换层号为 n，),1(/)()1(niineinei ),max(21n 1.4.3.4 建议在 7 度抗震设防区，5.1,2.1且不应。当 n4 时,该限值乘 0.9 折减系数。1.5 大底盘多塔楼刚度比的计算与控制 按文献13及省超限审查细则第三条规定,多塔楼结构,各塔楼与大底盘的侧向刚度比,可采用层间位移角比计算
27、;当i/i+11.3 或 3i/(i+1+i+2+i+3)1.2 时,层侧向刚度不规则;1.6 层位移角控制与计算 1.6.1 规要求:=Umax/h1/5501/1000,计算模型不考虑偶然偏心影响;规实质上在此规定了允许的层间极限位移:Umaxh.1.6.2 控制层间变形参数的三种表达与计算方法:-1）层间位移角=Uimax/hi=(Ui-Ui-1)/hi;不扣除整体弯曲产生的侧移,即包括下层转角 i-1产生的对本层无害的非受力的层间刚体转角位移;2）受力层间位移角i-i-1=(Ui-Ui-1)/hi-(Ui-1-Ui-2)/hi-1（扣除整体弯曲产生的侧移）;有害层间位移Ui=Uimax
28、-i-1hi,文献13给出当Ui/Ui1.5(1.4)严重不规则 不允许 位移角 E=Um/h=1/5501/1000 整体平动刚度控制 与位移比计算同(4.6.3)周期比 Tt/T10.9,0.85 整体扭转刚度控制 按单塔楼计算,其它与位移比计算同 备注 1.地震作用效应=考虑偶然偏心,考虑平扭耦连max,两者不迭加.2.双向地震作用时地震效应计算可不考虑偶然偏心;但计算位移比限值时要考虑偶然偏心.(文献6)3.位移控制计算采用水平荷载单一工况的标准组合;当E接近限值时,应考虑可能的组合.(文献6)2.1.2 周期比 Tt/T1反映结构整体的扭转刚度与平动刚度的某种比例关系;当不满足规要求
29、的 Tt/T10.9,0.85时,不要急意加大剪力墙截面,要查出关键所在,采取相应措施,才能有效解决问题。-1）扭转周期大小与刚心和形心的偏心距大小有关,与全楼平均扭转刚度及楼层扭转刚度关系大;2）剪力墙全部按主轴正交布置时,较易满足;周边墙与核心筒墙成斜交布置时较难满足;3）当不满足扭转周期限制时,若层位移角控制潜力较大,宜减小结构上部竖向构件刚度,增大平动周期;4）当不满足扭转周期限制,且层位移角控制潜力不大时,应检查是否存在扭转刚度特别小的层,若存在应加强该层的抗扭刚度;5）当上述措施均无效时,说明核心筒平面尺度与结构总高度之比偏小,应加大核心筒平面尺寸或加大核心筒外墙厚,增大核心筒的抗
30、扭刚度;或在结构边缘加斜撑.6）竖向构件断面及布置的改变,同时影响平动刚度和扭转刚度,改变应控制向有利周期比方向发展;加强周边竖向构件,减弱中间竖向构件,对改变周期比有利.7）当和要求相差不多时,可适当加大周边梁的刚度。-2.2 位移比控制讨论 2.2.1 规规定位移比控制是个相对值,对扭转刚度较弱的对称均匀结构可能过严;对平动刚度较弱的不对称不均匀结构可能不安全.2.2.2 当层间位移角不大于位移角限值的 1/3 时6,根据建设部超限审查要点10,“当计算的最大水平位移、层间位移值很小时,扭转位移比可略有放宽.”2.2.3 文献7对 A 级高度扭转不规则程度作了细分,如下表(只列出 A 级高
31、度)结构类型 不考虑偶然偏心的地震层位移角E Um/Ua，Um/Ua扭转不规则指标围 1.8 框架 E1/1100 规则 不规则 I 不规则 I 不规则 II 不允许 1/550E1/1100 不规则 II 不允许 框架剪力墙,板柱筒 1/800E1/1600 不规则 I 不规则 II E1/1600 不规则 II 不规则 II 框支层,筒中E1/2000 不规则 I 不规则 II 10 筒,剪力墙 1/1000E1/2000 不规则 II 不允许 注:1.当弹性层间位移角小于规限值的 1/2 时,适当放宽扭转不规则限值13.2.高层建筑底部若干层,层间位移较小;当最大层间位移不超过层间位移限
32、值的 1/3,且构件满足中震不屈服要求,该底层的扭转位移比允许大于 1.4(或 1.5).9 2.2.4 文献34认为对所有结构用同一指标不合理,引入层位移限值概念,并按平均位移与位移限值比的不同,给出相应位移比要求,供设计参考.a=(min+max)/2 -a 层平均位移 max=a+tmaxu;u=u/hh,-u 层位移限值 max/a=1+tmax/au/a;令a=u-平均位移与位移限值比 t*=1+t1/;t*=max/a;t=tmax/a;=1/(1+t);t=1/-1;t*=1+t 随变化,理论的扭转位移比要求:当0.8 时为规则结构,否则为不规则结构.0.30 0.40 0.45
33、 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.80 高规规定 t*3.33 2.50 2.22 2.00 1.82 1.66 1.54 1.41 1.25 1.41.5 t 2.33 1.50 1.22 1.00 0.82 0.66 0.54 0.41 0.25 0.40.5 考虑罕遇地震变形加大,从严控制,建议随变化的扭转位移比要求如下表:0.30 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.80 高规规定 t*1.90 1.80 1.70 1.65 1.60 1.55 1.45 1.40 1.20 1.41.5 t 0.90 0.80 0.70 0.
34、65 0.60 0.55 0.45 0.40 0.20 0.40.5 2.2.5 结构平面存在受扭敏感区和质心区22。2.2.5.1 受扭敏感区大致在以质心为中心的回转半径长度外结构平面的环形带,大致宽度为该方向结构平面长度的若干分之一;质心附近区域为受扭不敏感的质心区.2.2.5.2 在受扭敏感区增加抗侧力构件刚度,能有效改善扭转位移比;在质心区减小抗侧力构件刚度,能有效改善扭转周期比.2.2.5.3 要重视大中震下受扭敏感区及竖向受扭薄弱部位的抗扭设计.3扭转位移角合理控制 抗规第 5.5.1 条和高规第 4.6.3 条,均对层间弹性位移角限值e作了规定,但存在不确切的地方：（1）框剪结构
35、，框架与剪力墙采用同一限值；（2）全楼上下受力不同，采用相同限值；（3）对于高度超过 250m 的高层，e=1/500，缺乏论证。3.1 竖向构件的位移构成：i 层 i-1 层的层位移差为18：iiiiiiiiiiiihGFhQEIhMEIhQ1323，iiiiiiiiiisGFhQEIhMEIhQ233，hiir1 irisi=受力层间位移is+非受力层间位移ir;应控制的是受力层间位移。3.1.1 结构最大层间位移一般发生在结构中部，该处受力层间位移不大，且isir；3.1.2 只有底层结构的层间位移与竖向构件的受力层间位移相等s00，向上isi；3.1.3 受力层间位移底层最大，沿高向上
36、减小，siis1，riir1；11 3.1.4 带转换层结构，层位移角曲线在转换层出现凹点；转换梁下柱的受力层间位移在转换层处出现凸点；转换梁下墙的受力层间位移角在转换层处出现凹点；3.2 受力层间位移控制指标，根据国外经验，给出限值如下表：结 构 类 型 es es 框架 1/500 框剪，框筒板柱墙 底部两层及墙 1/2000 其它层柱 1/500 筒中筒 剪力墙 底部两层及墙 1/2200 其它层柱 1/500 框支层 底部两层及墙 1/2500 底部加强区柱 1/500 其它层柱 1/500 注：受力层间位移角es=s/h=esr/h 12 4扭转周期比控制14.1 控制结构扭转周期就
37、是控制结构在地震作用下的扭转位移。4.1.1 以单质点结构为例，有：水平地震作用：224)()()(TgTKmgTKWT，KmT/2 （4-1）扭转地震作用：224)()(tttmttTgTKgIT，tmtKIT/2，AmdAmrI2 (4-2）实际上式中扭转振动地震影响系数)(Tt无实测数据，t是无法求得的。但从上式可得 ttmtKKRmKKITT，R 为楼盖的质量惯性半径。(4-3）即扭转周期比和平动刚度与抗扭刚度比的平方根单调相关。4.1.2 当结构顶部出现扭转力矩 Mt时，结构产生扭转位移：mtttttITMKM/4/22 (4-4）同时，离质心距离 ri（xi，yi）的竖向构件产生由
38、扭转引起的附加水平位移 itxiy，ityix (4-5）4.2 上部无刚性连接的大底盘多塔楼结构的周期比验算9 4.2.1 上部塔楼固定在裙房顶，单塔计算各塔楼周期比；4.2.2 忽略上部塔楼刚度的影响，将塔楼质量按动能等效原理附加在底盘顶板的相应位置，取大底盘独立计算并验算。20,0)/(zzmMjiijij，202,0)/)(zzrmJJijijijjiij，)1(但用动能等效原理计算上部塔楼的等效平动质量和等效转动惯量，现有程序不能直接计算和输加。实施有困难 4.2.3 上部有刚性连接的大底盘多塔楼结构的周期比验算按整体模型计算。4.2.4 确定裙房与塔楼共同工作围,按单塔楼计算。1）
39、不计裙房影响;2）平面计入 23 跨裙房;3）平面计入两倍地下一层层高的裙房（沪高规）;13 4）主楼周边 450扩散线与嵌固层交线围裙房.5）基于结构整体空间振动简图的判断方法23(1)裙房楼板定义为弹性板 6 计算;(2)从整体空间振动简图,查看前 39 个振型裙房部分的反应情况,反应显著部分即应计入部分.4.2.5 事实上,大底盘多塔楼结构自振周期混杂,实际物理意义难明确,周期比意义不大,关键是扭转位移比的验算。4 四抗震设计 1 抗震设计计算综述 1.1 抗震结构分析方法 分析方法 方法概述 方法特点 控制条件 整体分析 弹性 静力分析 1.解结构自由振动方程;2.振型分解反应谱法求各
40、层地震力;3.将地震力作用于各层偏心点,解静力平衡方程求出地震反应.1.刚度矩阵,几何矩阵不变(小变形假定)2.断 面 设 计 考 虑 塑性.(梁调幅,钢筋砼受压区应力均布假定,板配筋的屈服线法等)1.强度控制:截面承戴力设计 2.延性控制:轴压比,剪压比,受压区高度,配筋率 3.位移控制:位移比,层位移角 4.扭转刚度控制:偶然偏心,周期比 5.竖向规则性控制:层刚度比,层抗剪承载力比 动力时程分析 用振型迭加法求解强逼振动微分方程 弹塑性 拟静力推覆分析 1.竖向荷载一次施加,求出结构弹性应力作为初始应力;2.分步施加侧向荷载,用分步积分法解结构静力平衡方程.1.刚度矩阵按每步出现塑性破坏
41、情况修正;2.采用小变形假定时,几何矩阵不变;采用大变形假定时,几何矩阵每步按位移修正.1.弹塑性层位移角 2.弹塑性破坏过程 3.防倒塌控制 4.需加强的薄弱层或薄弱部位 动力时程分析 1.用分步积分法解结构强逼振动方程.14 动力时程分析对地震波要求 1.最少一条人工波+二条实测波;2.按场地类别或场地特征周期选波;3.基底剪力与反应谱法比,每条波不少于 65%,三波平均不少于 80%;4.记录长度不少于 12s.且大于 34 倍自振周期.局部分析 弹性应力分析 1.通用有限元分析 2.可选程序:SAP84,SAP2000,MIDAS,PMSAP 等 3.需分析部位:超限框支剪力墙,连体结
42、构连结体,厚板转换层,板柱墙结构楼面,不连续楼板应力集中区域 1.2 规对抗震结构分析要求 地震作用 分析方法 适用围 说明 水平向地震作用 底 部 剪 力法 高度不超过 40m,以剪切变形为主且质量与刚度沿高度分布比较均匀的建筑 FEK=1Geq，Geq=0.85GE;1相应于 T1=1.7T(uT)0.5的水平地震影响系数 振 型 分 解反应谱法 所有多高层结构 单向地震考虑扭转耦连、偶然偏心 双向地震考虑扭转耦连、不考虑偶然偏心 要求剪重比=VEki/Gi0.2max;对薄弱层要求1.150.2max 水平向或水 平 向+竖向地震作用 多 遇 地 震弹 性 时 程补充分析 1甲类高层;2
43、 竖向层刚度比或层受剪承载力比超限(第4.4.24.4.5 条);3 8度I、II类场地和7度区建筑高100m；8 度 III、IV 类场地建筑高度80m；9 度区建筑高60m 4 高规第 10 章规定的复杂高层；5质量沿竖向分布特别不均匀的高层。(文献13定义为质量平均分布密度为相邻层的 1.5倍以上)选择地震波的要求：1按场地类别（或特征周期）和设计地震分组选择不少于两组实测波+一组人工波；弹性时程分程的每条时程曲线所得的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法的 65%；多条时程曲线的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法的 80%;2地震波的持续时间不小于 34T112s，地震波的时间间
44、距取 0.01 或 0.02s;3地震作用效应取弹性时程分析多波平均值与振型分解反应谱法比较取大值。水平向地震作用 罕 遇 地 震弹 塑 性 动力 或 静 力1.B 级高度的高层;2.高规第 10 章规定的复杂高层.弹塑性静力时程分析：1.目标位移可取y=2u;2.侧荷分布:倒形或矩形;15 时程分析 3.材料本构关系:按砼规+竖 向 地震作用 静力法 8、9 度时的平板型网架和大于24m 跨的屋架 地震作用取 Ge 的 10%、20%Ge-重力荷载代表值 地 震 作 用系数法 9 度时的长悬挑结构、大跨度结构和上部外挑结构 FEVK=vmaxGeq,各质点按基底剪力法分配 Geq=0.75G
45、e,vmax=0.65max 1.3 各类建筑的抗震设防类别和抗震要求(高规4.8 节)建筑设防类别 地震作用 抗震措施 抗震构造措施 甲类建筑 据地震安全评估结果确定 按本地烈度提高一度,9 度时应适当提高；8（0.3g）III、IV 场地按 9+；按本地烈度提高一度,9 度时应适当提高；7（0.15g）、8（0.3g）III、IV 场地按 8+、9+；6、7 度 I 类场地不提高 乙类建筑 按本地烈度 按本地烈度提高一度（不含6 度）,9 度时应适当提高；按本地烈度提高一度（不含 6 度）,III、IV类场地再适当提高；9 度时应适当提高；丙类建筑 按本地烈度（包括 6 度）按本地烈度 按
46、本地烈度 丁类建筑 按本地烈度 比本地烈度略降低（6 度除外）比本地烈度略降低（6 度除外）；8、9 度 I 类场地按本地烈度降 1 度；7（0.15g）、8（0.3g）III、IV 场地按本地烈度。注:1.“抗震措施”指地震作用计算和抗力计算外的所有措施；包括避开不利地段，结构选型，结构布置，抗震力调整，抗震构造措施等。2.“抗震构造措施”指根据抗震概念设计原则，一般不须计算而对结构和非结构构件必须采用的细部构造要求。1.4 抗震措施中的结构力调整 1.4.1 地震作用力调整 调整项目 调整方法及放大系数 框剪结构梁柱力调整 调整柱剪力Q=0.2Q0,柱弯矩按相应比例调整 竖向不规则结构薄弱
47、层力调整 梁柱墙支撑地震力放大 1.15 转换层梁柱力调整(包 括 轴力)构件抗震等级 特一级 一级 二级 备注 梁力放大系数 1.8 1.5 1.25(10.2.6)配筋时框支柱轴力放大系数 1.8 1.5 1.2 柱力放大系数(10.2.7-2)框支柱数10 时,1,2 层转换Q=0.2Q0;其它层转换Q=0.3Q0 框支柱剪力调整后弯矩按相应比例调整,轴力不调 1.4.2 构件组合力调整(计算条件:钢筋超强系数=材料标准强度/设计强度=1.1,超配系数=实际配筋/计算配筋=1.1)构件类型 特一级 9 度一级 一级 二级 三级 备注 框架梁剪力 1.3*1.2 1.1*1.1*1.1 1
48、.3 1.2 1.1 强剪弱弯(6.2.5)(4.9.2)连梁剪力 1.3 1.3 1.3 1.2 1.1 一般柱 柱底 弯矩 1.5*1.2 1.331*1.2 1.5 1.25 1.15 强剪弱弯,强柱弱梁;底部加强(6.2.2,6.2.3)(4.9.2)剪力 1.5*1.4*1.2 2.319 1.5*1.4 1.25*1.2 1.15*1.1 其它 弯矩 1.4*1.2 1.2*1.1*1.1 1.4 1.2 1.1 强剪弱弯,强柱弱梁 16 剪力 1.4*1.4*1.2 2.108 1.4*1.4 1.2*1.2 1.1*1.1(6.2.1)(6.2.2)(4.9.2)框支柱 柱顶、
49、底面 弯矩 1.5*1.2 1.5 1.25 1.15 强剪弱弯,强柱弱梁;底部加强(6.2.2,6.2.3)(4.9.2)剪力 1.8*1.4*1.2 1.5*1.4 1.25*1.2 1.15*1.1 其它 弯矩 1.4*1.2 1.4 1.2 1.1 强剪弱弯,强柱弱梁(6.2.1)(6.2.2)(4.9.2)剪力 1.68*1.4*1.2 1.4*1.4 1.2*1.2 1.1*1.1 复杂高层 加强区 墙 弯矩 1.8 1.5 1.5 1.25 1.0(10.2.14)底部加强(7.2.10)强剪弱弯 剪力 1.9 1.6*1.1 1.6 1.4 1.2 非加强区 弯矩 1.3 1.
50、2 1.2 1.2 1.0(7.2.6)(4.9.2)剪力 1.2 1.0 1.0 1.0 1.0 普通高层 加强区 墙 弯矩 1.1 1.0 1.0 1.0 1.0(7.2.10)(4.9.2-4)底部加强 剪力 1.9 1.6*1.1 1.6 1.4 1.2 非加强区 弯矩 1.2*1.1 1.2 1.2 1.0 1.0(7.2.6)(4.9.2)剪力 1.2 1.0 1.0 1.0 1.0 短肢高层 加强区墙 弯矩 1.1 1.0 1.0 1.0 1.0(7.1.2)强剪弱弯 剪力 1.9*1.4 1.6*1.1*1.4 1.6*1.4 1.4*1.2 1.2*1.2 非加强区 弯矩 1