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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
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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[10]
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 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 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
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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 偏心，4层） VxE=12241kN 3.8707(X) 3.8378(Y) 1.8258(T) 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 偏心，3层） VxE=13778kN 3.5078(X) 3.4866(Y) 1.5727(T) 总剪力 最大层位移角 扭转位移比 1.29（3层） 总地震 周期 T1(s) T2(s) T3(s) 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.
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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，
?Vx?Vx,i??kmnjKi??Qx,jmn按材料力学公式，?max；
?1.5?Vx????; 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 质量竖向分布特别不均匀 大跨度结构考虑竖向地震 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 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。 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 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 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 4