高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》之一：七個(gè)比的控制定義、目標(biāo)與意義ppt課件

1、之一之一“七個(gè)比值的控制定義、目的與意義七個(gè)比值的控制定義、目的與意義研討生： 唐 榮學(xué) 號： 2240918510導(dǎo) 師： 周 云 教授授課教師：鄧雪松 副教授專 業(yè)： 構(gòu)造工程 2021年5月“七個(gè)比值七個(gè)比值軸壓比軸壓比剪重比剪重比剛度比剛度比位移比位移比周期比周期比剛重比剛重比層間受剪承載力比層間受剪承載力比總結(jié)總結(jié)AfNucc一、軸壓比一、軸壓比 1.定義：重力荷載代表值作用下，軸力設(shè)定義：重力荷載代表值作用下，軸力設(shè)計(jì)值與抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和截面面積乘積的比值。計(jì)值與抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和截面面積乘積的比值。 2.公式：公式：式中：uc柱軸壓比； N柱思索地震作用組合的軸壓力設(shè)計(jì)值； fc混

2、凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； A柱的全截面面積。 軸壓比軸壓比 軸壓比是針對于以接受重力荷載為代表值的剪力墻、柱等構(gòu)件提出的概念，新規(guī)范也明確規(guī)定：接受的軸力按思索地震作用組合的軸壓力設(shè)計(jì)。因此軸壓比是影響墻、柱的破壞形狀和延性的主要要素之一。 為了使柱墻具有很好的延性和耗能才干，為了使柱墻具有很好的延性和耗能才干，規(guī)范采取的措施之一就是限制軸壓比！規(guī)范采取的措施之一就是限制軸壓比！3.規(guī)范條文的控制目的規(guī)范條文的控制目的軸壓比軸壓比.11.4.1611.4.16條、條、 6.3.76.3.7條同時(shí)條同時(shí)規(guī)定規(guī)定: :框架柱軸壓比不宜超越表框架柱軸壓比不宜超越表1 1中限值：中限值：表1 框架柱軸

3、壓比限值表2 剪力墻軸壓比限值軸壓比軸壓比.11.7.1311.7.13條、條、 7.2.147.2.14條同時(shí)條同時(shí)規(guī)定規(guī)定: :抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一二級抗震等級的剪力墻底部抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一二級抗震等級的剪力墻底部加強(qiáng)部位，其重力荷載代表值作用下墻肢的軸壓加強(qiáng)部位，其重力荷載代表值作用下墻肢的軸壓比不宜超越表比不宜超越表2 2中的極限值。中的極限值。 . .上述的規(guī)范對于普遍性構(gòu)造構(gòu)件具上述的規(guī)范對于普遍性構(gòu)造構(gòu)件具有適用性。特別地：當(dāng)在柱的截面中部加設(shè)有適用性。特別地：當(dāng)在柱的截面中部加設(shè)附加縱筋約束構(gòu)成芯柱時(shí)，由于附加縱筋可附加縱筋約束構(gòu)成芯柱時(shí)，由于附加縱筋可以承當(dāng)一部分軸壓力。此時(shí)，當(dāng)另加的

4、縱向以承當(dāng)一部分軸壓力。此時(shí)，當(dāng)另加的縱向鋼筋總面積不小于柱截面面積的鋼筋總面積不小于柱截面面積的0.8%0.8%時(shí)，軸時(shí)，軸壓比限值可以添加壓比限值可以添加0.050.05。方式如下：。方式如下：圖1 箍筋約束構(gòu)成芯柱軸壓比軸壓比 普通柱以對稱配筋柱為例：普通柱以對稱配筋柱為例： 短柱短柱4.控制的意義：控制的意義：軸壓比軸壓比 隨著uc，截面相對受壓高度，截面破壞方式： 大偏壓受壓破壞延性小偏壓受壓破壞脆性 隨著uc，剪切受壓破壞剪切受拉破壞總之：在抗震設(shè)計(jì)中，必需對柱和剪力墻的軸壓比進(jìn)展限制，以保證其有足夠的延性，歷次地震也予以了證明：這是一種相當(dāng)行之有效的方法?！捌邆€(gè)比值七個(gè)比值 軸壓

5、比 剪重比 剛度比 位移比 周期比 剛重比 層間受剪承載力比 總結(jié)AfNucc二、剪重比二、剪重比 1.定義：樓層最小地震剪力與上部構(gòu)造總定義：樓層最小地震剪力與上部構(gòu)造總分量的比值。分量的比值。 2.公式：公式：VEkiGj式中：VEki第i層對應(yīng)于程度地震作用規(guī)范值的樓層剪力； 剪力系數(shù)可以了解為剪重比查閱相關(guān)規(guī)定以確定； Gj第j層的重力荷載代表值。 剪重比剪重比 規(guī)范規(guī)定剪重比計(jì)算,主要是由于構(gòu)造在長周期自振周期作用下,地震影響系數(shù)下降較快,對于根本周期大于3.5S 的構(gòu)造,由此計(jì)算出來的程度地震作用下的構(gòu)造效應(yīng)有能夠太小。而對于長周期構(gòu)造,地震動(dòng)態(tài)作用下的地面運(yùn)動(dòng)速度和位移能夠?qū)?gòu)造

6、具有更大的破壞作用。程度地震作用程度地震作用底部剪力法底部剪力法振型分解反響譜法振型分解反響譜法3.規(guī)范條文的控制目的規(guī)范條文的控制目的剪重比剪重比 .5.2.5條、3.3.13條規(guī)定:抗震驗(yàn)算時(shí),構(gòu)造任一樓層的程度地震剪力應(yīng)符合表3要求：表3 樓層最小地震剪力系數(shù)值注：1.根本周期介于3.5s和5s之間的構(gòu)造，可插入取值； 2.括號內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計(jì)根本地震加速度為0.15g和0.30g的地域。剪重比剪重比.六度區(qū)剪重比要求放寬，可在六度區(qū)剪重比要求放寬，可在0. 7% 1%取。取。假設(shè)剪重比過小假設(shè)剪重比過小,均為構(gòu)造配筋均為構(gòu)造配筋,闡明底部剪力過小闡明底部剪力過小，要對構(gòu)件截面大小、周

7、期折減等進(jìn)展檢查；，要對構(gòu)件截面大小、周期折減等進(jìn)展檢查；假設(shè)剪重比過大假設(shè)剪重比過大,闡明底部剪力很大闡明底部剪力很大,也應(yīng)檢查構(gòu)造也應(yīng)檢查構(gòu)造模型，參數(shù)設(shè)置能否正確或構(gòu)造布置能否太剛。模型，參數(shù)設(shè)置能否正確或構(gòu)造布置能否太剛。即是按剛度分配的即是按剛度分配的“能者多勞原那么！能者多勞原那么！4.相關(guān)概念區(qū)分相關(guān)概念區(qū)分剪重比剪重比 抗風(fēng)計(jì)算不存在剪重比，風(fēng)載不同于地展作用，它是直接作用在建筑物的，而且可較準(zhǔn)確測定(如風(fēng)洞實(shí)驗(yàn))。 倘假設(shè)從受力機(jī)理和截面破壞方式來看，剪重比與剪壓比是同一概念，它們都是指程度作用與豎向作用的比值。剪重比討論的是程度剪力和豎向重力荷載的比值，如框架柱的剪重比；剪

8、壓比討論的是橫向剪力和軸向壓力的比值，如框架梁的剪壓比?！捌邆€(gè)比值七個(gè)比值 軸壓比 剪重比 剛度比 位移比 周期比 剛重比 層間受剪承載力比 總結(jié)AfNucc三、剛度比三、剛度比 1.定義：指構(gòu)造豎向不同樓層的側(cè)向剛度定義：指構(gòu)造豎向不同樓層的側(cè)向剛度的比值，也稱層間剛度比。的比值，也稱層間剛度比。 2.公式：公式：=Ki+1 /Ki式中：上、下層構(gòu)造側(cè)向剛度比； Ki+1上層構(gòu)造側(cè)向剛度； Ki下層構(gòu)造側(cè)向剛度。 按剪切剛度計(jì)算： Ki=GiAi/hi 按剪彎剛度計(jì)算： Ki=Vi/i 按地震剪力與地震層間位移的比值計(jì)算： Ki=Qi/ui 剛度比剛度比. 與與 都提供有三種方法計(jì)算層剛度，

9、都提供有三種方法計(jì)算層剛度，即：即：3.規(guī)范條文的控制目的規(guī)范條文的控制目的剛度比剛度比.附錄E2.1規(guī)定：筒體構(gòu)造轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度比不宜大于2。4.4.2條規(guī)定：抗震設(shè)計(jì)的高層建筑構(gòu)造，其樓層側(cè)向剛度不宜小于相臨上部樓層側(cè)向剛度的70%，或其上相臨三層側(cè)向剛度平均值的80%。剛度比剛度比 剛度比主要為了控制高層構(gòu)造的豎向規(guī)那么性，以免豎向剛度突變，構(gòu)成薄弱層。地下室構(gòu)造頂板能否作為嵌固端，轉(zhuǎn)換層上、下構(gòu)造剛度能否滿足要求，及薄弱層的判別，均以層剛度比作為根據(jù)。4.控制的意義：控制的意義： 例如地下室頂板：5. 3. 7條規(guī)定:高層建筑構(gòu)造計(jì)算中,當(dāng)?shù)叵率业捻敯遄鳛樯喜繕?gòu)造嵌固端時(shí),地下

10、室構(gòu)造的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部構(gòu)造樓層側(cè)向剛度的2倍。圖片：框支構(gòu)造上下層剛度比圖片：框支構(gòu)造上下層剛度比過大，構(gòu)成的薄弱層垮塌過大，構(gòu)成的薄弱層垮塌剛度比剛度比剛度比剛度比圖片：框支構(gòu)造上下層剛度比過圖片：框支構(gòu)造上下層剛度比過大，構(gòu)成的薄弱層構(gòu)件發(fā)生剪切大，構(gòu)成的薄弱層構(gòu)件發(fā)生剪切破壞破壞 /max“七個(gè)比值七個(gè)比值 軸壓比 剪重比 剛度比 位移比 周期比 剛重比 層間受剪承載力比 總結(jié)AfNucc四、位移比四、位移比 1.定義：定義：位移比包含兩項(xiàng)內(nèi)容位移比包含兩項(xiàng)內(nèi)容:樓層豎向構(gòu)件的最大程度位移與平均程樓層豎向構(gòu)件的最大程度位移與平均程度位移的比值；度位移的比值；樓層豎向構(gòu)件的最

11、大層間位移與平均層樓層豎向構(gòu)件的最大層間位移與平均層間位移的比值。間位移的比值。 2.公式：公式： 或者或者/max位移比位移比3.規(guī)范條文的控制目的規(guī)范條文的控制目的.抗規(guī)抗規(guī)3. 4. 23. 4. 2條規(guī)定條規(guī)定: :建筑及其抗側(cè)力構(gòu)造的平建筑及其抗側(cè)力構(gòu)造的平面布置宜規(guī)那么、對稱面布置宜規(guī)那么、對稱, ,并應(yīng)具有良好的整體性并應(yīng)具有良好的整體性; ;當(dāng)當(dāng)存在構(gòu)造平面改動(dòng)不規(guī)那么時(shí)存在構(gòu)造平面改動(dòng)不規(guī)那么時(shí), ,樓層的最大彈性程度樓層的最大彈性程度位移位移( (或?qū)娱g位移或?qū)娱g位移),),不宜大于該樓層兩端彈性程度位不宜大于該樓層兩端彈性程度位移移( (或?qū)娱g位移或?qū)娱g位移) )平均值的

12、平均值的1.21.2倍。倍。.高規(guī)高規(guī)4. 3. 54. 3. 5條規(guī)定條規(guī)定: :樓層豎向構(gòu)件的最大程度樓層豎向構(gòu)件的最大程度位移和層間位移位移和層間位移,A,A、B B級高度高層建筑均不宜大于該級高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的樓層平均值的1.21.2倍倍; ;且且A A級高度高層建筑不應(yīng)大于該級高度高層建筑不應(yīng)大于該樓層平均值的樓層平均值的1.51.5倍倍,B,B級高度高層建筑、混合構(gòu)造高級高度高層建筑、混合構(gòu)造高層建筑及復(fù)雜高層建筑層建筑及復(fù)雜高層建筑, ,不應(yīng)大于該樓層平均值的不應(yīng)大于該樓層平均值的1.41.4倍。倍。位移比位移比 計(jì)算位移比僅思索墻頂、柱頂?shù)蓉Q向構(gòu)件上節(jié)點(diǎn)的最大

13、位移,不思索其他節(jié)點(diǎn)的位移。高層建筑層數(shù)多、高度大,為保證高層建筑構(gòu)造具有必要的剛度,應(yīng)對其位移比加以控制,主要目的有以下幾點(diǎn):4.控制的意義：控制的意義：(1)、保證主體構(gòu)造根本處于彈性受力形狀,防止混凝土墻或柱出現(xiàn)裂痕,同時(shí)將樓面梁板的裂痕數(shù)量、寬度和高度控制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。位移比位移比(2)、保證填充墻、隔墻和幕墻等非構(gòu)造構(gòu)件的完好,防止產(chǎn)生明顯損壞。(3)、限制構(gòu)造平面布置的不規(guī)那么性,防止構(gòu)造產(chǎn)生較大的改動(dòng)效應(yīng)。然而，實(shí)踐工程中，改動(dòng)是難免的，構(gòu)造不利影響然而，實(shí)踐工程中，改動(dòng)是難免的，構(gòu)造不利影響那是一定存在的，這不是控制位移比就能滿足的，那是一定存在的，這不是控制位移比就能滿

14、足的，所以更準(zhǔn)確的說，控制位移比，是為了防止產(chǎn)生過所以更準(zhǔn)確的說，控制位移比，是為了防止產(chǎn)生過大的偏心而導(dǎo)致構(gòu)造產(chǎn)生較大的改動(dòng)效應(yīng)。大的偏心而導(dǎo)致構(gòu)造產(chǎn)生較大的改動(dòng)效應(yīng)。“七個(gè)比值七個(gè)比值 軸壓比 剪重比 剛度比 位移比 周期比 剛重比 層間受剪承載力比 總結(jié)AfNucc五、周期比五、周期比 1.定義：構(gòu)造改動(dòng)為主的第一自振周期定義：構(gòu)造改動(dòng)為主的第一自振周期 第一扭振周期第一扭振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周與平動(dòng)為主的第一自振周期第一側(cè)振周期期第一側(cè)振周期T1之比。之比。 2.公式：公式：Tt /T1式中：Tt周期最長的扭振振型對應(yīng)的就是第一扭振周期； T1周期最長的側(cè)振振型對應(yīng)的就是第一

15、側(cè)振周期。 周期比周期比3.規(guī)范條文的控制目的規(guī)范條文的控制目的 周期比主要控制構(gòu)造改動(dòng)效應(yīng)，減小改動(dòng)對構(gòu)造產(chǎn)生的不利影響，使構(gòu)造的抗扭剛度不能太弱。由于當(dāng)兩者接近時(shí),由于振動(dòng)藕連的影響,構(gòu)造的改動(dòng)效應(yīng)將明顯增大。 .4.3.5條規(guī)定：構(gòu)造改動(dòng)為主的第一自振條規(guī)定：構(gòu)造改動(dòng)為主的第一自振周期周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比即周期比之比即周期比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9；B級高度高層建級高度高層建筑、混合構(gòu)造高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于筑、混合構(gòu)造高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于 0.85。周期比周期比-1.計(jì)算實(shí)例分析按計(jì)算實(shí)例分析按

16、etabs建模分析建模分析構(gòu)造平面圖周期比周期比Etabs模型抗震體系A(chǔ)BCD構(gòu)造方式原構(gòu)造普通腋撐金屬阻尼腋撐粘滯阻尼腋撐周期比周期比構(gòu)造類型振型周期UXUYRZ振型描畫Tt/T1原構(gòu)造11.243000.820Y向平動(dòng)0.9221.19240.8200X向平動(dòng)31.1470000.82改動(dòng)普通腋撐11.053600.830Y向平動(dòng)0.8121.02290.8300X向平動(dòng)30.8564000.84改動(dòng)金屬阻尼11.124500.830Y向平動(dòng)0.8521.08620.8300X向平動(dòng)30.9498000.83改動(dòng)粘滯阻尼11.243200.820Y向平動(dòng)0.9221.19250.8200X

17、向平動(dòng)31.1473000.82改動(dòng)周期比周期比 .5.1.13條規(guī)定：高層建筑構(gòu)造計(jì)算振型條規(guī)定：高層建筑構(gòu)造計(jì)算振型數(shù)不應(yīng)小于數(shù)不應(yīng)小于9；抗震計(jì)算時(shí)；抗震計(jì)算時(shí),宜思索平扭藕連計(jì)算構(gòu)宜思索平扭藕連計(jì)算構(gòu)造的改動(dòng)效應(yīng)造的改動(dòng)效應(yīng),振型數(shù)不小于振型數(shù)不小于15；對于多塔樓構(gòu)造；對于多塔樓構(gòu)造的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓數(shù)的的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓數(shù)的9倍倍,且計(jì)算振型數(shù)應(yīng)使且計(jì)算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。周期比周期比4.控制的意義：控制的意義： 好像位移比的控制一樣，周期比偏重控制的好像位移比的控制一樣，周期比偏重控制的是側(cè)向剛度與改動(dòng)剛度之間的一種相對關(guān)系，

18、而是側(cè)向剛度與改動(dòng)剛度之間的一種相對關(guān)系，而非其絕對大小，它的目的是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面非其絕對大小，它的目的是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更有效、更合理，使構(gòu)造不致于出現(xiàn)過大布置更有效、更合理，使構(gòu)造不致于出現(xiàn)過大相對于側(cè)移的改動(dòng)效應(yīng)。相對于側(cè)移的改動(dòng)效應(yīng)。 周期比控制不是在要求構(gòu)造足夠結(jié)實(shí)，而是周期比控制不是在要求構(gòu)造足夠結(jié)實(shí)，而是在要求構(gòu)造承載規(guī)劃的合理性。在要求構(gòu)造承載規(guī)劃的合理性。 周期比不滿足要求，闡明構(gòu)造的改動(dòng)剛度相周期比不滿足要求，闡明構(gòu)造的改動(dòng)剛度相對于側(cè)移剛度較小，總的調(diào)整原那么是要加強(qiáng)構(gòu)對于側(cè)移剛度較小，總的調(diào)整原那么是要加強(qiáng)構(gòu)造外圈，或者減弱內(nèi)筒。造外圈，或者減弱內(nèi)筒。“七個(gè)比

19、值七個(gè)比值 軸壓比 剪重比 剛度比 位移比 周期比 剛重比 層間受剪承載力比 總結(jié)AfNucc六、剛重比六、剛重比 1.定義：構(gòu)造側(cè)向剛度與重力荷載的比值。定義：構(gòu)造側(cè)向剛度與重力荷載的比值。 2.設(shè)計(jì)限值：設(shè)計(jì)限值： 由于P-效應(yīng)對于框架構(gòu)造、剪力墻構(gòu)造、框架-剪力墻構(gòu)造以及筒體構(gòu)的影響程度不同，各種構(gòu)造體系有不同設(shè)計(jì)要求限值。 P-效應(yīng)圖剛重比剛重比該兩項(xiàng)為該兩項(xiàng)為中的強(qiáng)迫性條文！中的強(qiáng)迫性條文！5.4.4 剛重比剛重比3.規(guī)范條文的控制目的規(guī)范條文的控制目的 對于剪切型的框架構(gòu)造,當(dāng)剛重比大于10時(shí),那么構(gòu)造重力二階效應(yīng)可控制在20%以內(nèi),構(gòu)造的穩(wěn)定曾經(jīng)具有一定的平安貯藏;當(dāng)剛重比大于2

20、0時(shí),重力二階效應(yīng)對構(gòu)造的影響曾經(jīng)很小,故規(guī)范規(guī)定此時(shí)可以不思索重力二階效應(yīng)； 對于彎曲型、彎剪型的剪力墻構(gòu)造、框剪構(gòu)造、筒體構(gòu)造,剛重比大于1.4時(shí),構(gòu)造可以堅(jiān)持整體穩(wěn)定;當(dāng)剛重比大于2.7時(shí),重力二階效應(yīng)導(dǎo)致的內(nèi)力和位移增量僅在5%左右,故規(guī)范規(guī)定此時(shí)可以不思索重力二階效應(yīng)。 剛重比剛重比4.控制的意義：控制的意義： 研討闡明：高層建筑混凝土構(gòu)造僅在豎向重力作用下產(chǎn)生整體失穩(wěn)的能夠性是很小。高層建筑構(gòu)造的穩(wěn)定設(shè)計(jì)主要是控制在風(fēng)荷載或程度地震作用下，重力荷載產(chǎn)生的二階效應(yīng)(重力P效應(yīng))不致過大，以致引起構(gòu)造的失穩(wěn)倒塌。構(gòu)件的剛度和重力荷載之比(剛重比)是影響重力P效應(yīng)的主要參數(shù)。 因此，在高

21、層建筑構(gòu)造的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，涉及到剛重比的兩項(xiàng)規(guī)定是按強(qiáng)迫性條文執(zhí)行的。假設(shè)剛重比不滿足規(guī)范要求假設(shè)剛重比不滿足規(guī)范要求,通常應(yīng)調(diào)整構(gòu)造的高寬通常應(yīng)調(diào)整構(gòu)造的高寬比！比！“七個(gè)比值七個(gè)比值 軸壓比 剪重比 剛度比 位移比 周期比 剛重比 層間受剪承載力比 總結(jié)AfNucc七、層間受剪承載力比七、層間受剪承載力比 1.定義：指在所思索的程度地震作用方向上，定義：指在所思索的程度地震作用方向上，該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和與其上該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和與其上一層一層受剪承載力之比。受剪承載力之比。 2.公式：公式：Vi/Vi+1式中：Vi本層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和； Vi+1上一層層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和。 層間受剪承載力比層間受剪承載力比3.規(guī)范條文的控制目的規(guī)范條文的控制目的 .4.4.3條規(guī)定：條規(guī)定： A級高度高層建筑的樓層層級高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力構(gòu)造的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承間抗側(cè)力構(gòu)造的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的載力的80%，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的，不應(yīng)小于其上一