結構規(guī)程與概念設計CK

1、高層建筑鋼筋混凝土結構設計規(guī)程和概念設計清華大學 方鄂華主要參考資料1 高層建筑鋼筋混凝土結構概念設計 方鄂華編著 機械工業(yè)出版社2004年9月2 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程JGJ320023 北京市建筑設計技術細則結構專業(yè) 北京市建筑設計標準化辦公室 主編單位：北京市建筑設計研究院2004.124高層建筑混凝土結構技術規(guī)程若干問題解說（JGJ3-2002）黃小坤土木工程學報2004年3月第1部分 體系和結構布置1. 偏心距和扭轉(zhuǎn)不規(guī)則（參考14.35、5.2節(jié)）規(guī)程4.3.5條規(guī)定1. 地震作用考慮(5L)附加偏心距，最大層位移和平均層位移之比（假定剛性樓板計算）：2. 結構周期比T扭/T1

2、3. 考慮(5L)附加偏心距，計算的內(nèi)力參加組合(設計構件)，抗震規(guī)范5.2.3條與高規(guī)不同地震作用存在雙向平動和扭轉(zhuǎn)分量，規(guī)范規(guī)定單向計算是一種簡化，扭轉(zhuǎn)分量無法確定，規(guī)程將扭轉(zhuǎn)規(guī)則性定量化，有利于設計操作。措施：1. 防止地震作用下扭轉(zhuǎn)過大：限制位移比、周期比。位移比、周期比過大原因：剛心、質(zhì)心偏離，需要調(diào)整剪力墻的布置，減小剛心與質(zhì)心距離；抗扭剛度小，扭轉(zhuǎn)周期長，需要加大抗扭剛度。2 提高抗扭承載力：用附加偏心距計算，加大構件設計內(nèi)力。扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生內(nèi)力放大，距剛心愈遠，內(nèi)力放大愈多?？拐鹨?guī)范是在不考慮耦聯(lián)計算時簡化方法(邊榀乘以1.15或1.05)，對高層建筑偏于不安全，不高的建筑可以采用。

3、存在問題和建議： 1 考慮附加偏心距以后，難以考察結構平面剛度是否均勻；有時較難調(diào)整到上述要求。2 當調(diào)整實在有困難時怎么辦？首先要弄清楚是什么原因造成扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。用原結構狀態(tài)檢查周期比，不符合要求時應調(diào)整結構布置；應盡可能增加結構的抗扭剛度；當側移剛度較大時可以減小側移剛度；用原結構狀態(tài)計算檢查位移比（與檢查位移限制同時進行，沒有附加偏心距），了解平面剛度是否均勻，調(diào)整結構布置，減少剛度偏心；加高連梁可增加抗扭剛度，加高連梁不一定是好措施，可能不利于“強墻弱梁”，特別是外墻為短肢墻時。在周邊增加剪力墻最有效。美國IBC規(guī)范要求將外荷載產(chǎn)生扭矩及附加偏心距的扭矩之和放大，乘以放大系數(shù)外荷載扭矩

4、 附加偏心距的扭矩放大系數(shù)由以下公式計算，但不大于3在超過位移比不太大時(1020)，結合我國規(guī)程要求，可以將附加偏心距加大后計算內(nèi)力。歸納如下：1. 不附加偏心距：校核最大層間位移，檢查位移比，檢查周期比，調(diào)整平面布置；2. 用附加偏心距(5%L)校核位移比是否符合規(guī)程要求，分析原因后再采取措施；3. 用附加偏心距（5或更大），計算結構地震作用下內(nèi)力，與其他內(nèi)力進行組合；4. 或者用雙向地震作用計算，可不考慮附加偏心距（特別不規(guī)則的結構宜考慮）；5. 必要時，根據(jù)具體情況，可考慮放松限制或加大偏心距計算等方法。注意：所有計算應采用耦聯(lián)計算；2. 沿高度剛度均勻要求4.4.2 條樓層側向剛度不

5、宜小于上部樓層側向剛度的70，或其上相鄰三層側向剛度平均值的80側向剛度V/層間側移（單位位移下的力） V h /層間側移（單位轉(zhuǎn)角下的力）層間側移/h （層間轉(zhuǎn)角） 規(guī)程說明中解釋“側向剛度”為上列第1種附錄E 針對底部大空間結構，是一種簡化方法，采用第3種方法整體分析得到的層剛度結果（V，u，）較精確3. 高寬比和平面形狀限制高寬比限制值是經(jīng)驗性的規(guī)定，在一般情況下, 符合高寬比限制值要求的建筑，結構比較容易滿足位移限制而層間位移限制才是最根本的要求。如果各方面都能滿足規(guī)范要求, 突破高寬比限值是可能的。高寬比限值可以作為初步設計的參考，規(guī)程上規(guī)定是“不宜超過”, 已不作為“超限審查的要求

6、。凸出部分過長造成的高振型影響，端部加大剛度剪力墻長條形建筑造成的高振型影響，無法計算，高度大時不允許1 高寬比H/B max2 凸出部分的長寬比l / b4. 雙重抗側力體系（參考1 5.6節(jié)）框架-剪力墻（筒體）結構框架-核心筒結構筒中筒結構變形性能不同的抗側力單元協(xié)同抵抗水平力，要求每個部分分擔一定比例的層剪力，一定比例的傾覆力矩，在彈塑性階段可以充分進行內(nèi)力重分配，實現(xiàn)二道設防目標?？蚣?剪力墻結構雙重抗側力體系1. 剪力分配比例規(guī)范要求RC結構剪力取Min(0.2V0，1.5fmax)2. 傾覆力矩大于總屈服力矩的50剪力墻傾覆力矩小于50弱剪力墻,框架的抗震等級按（純）框架結構確定

7、?？蚣?剪力墻結構變形和內(nèi)力分配與框架、剪力墻的剛度比有關 框架結構（純）非雙重抗側力體系少量剪力墻，按框架設計（6.1.7條）結構以框架為主，有少量剪力墻，按框架-剪力墻計算，框架、剪力墻一起輸入（也可以分兩次計算，分別取內(nèi)力）抗震等級按框架結構取。剪力墻結構非雙重（聯(lián)肢剪力墻可多道設防）少量框架柱或短肢剪力墻、小墻肢，裙房有框架等，按剪力墻結構設計。框支柱抗震等級應提高一級, 裙房為框架結構時，按主體結構的抗震等級確定框架抗震等級。鋼筋混凝土筒中筒結構與框架核心筒結構雙重抗側力體系（參考1 8.2節(jié)）筒中筒結構與框架-核心筒結構比較框架-核心筒結構側向周期長, 剛度小框架-核心筒受力以核心

8、筒為主，周邊框架剪力小，傾覆力矩也小筒中筒結構內(nèi)筒承擔剪力多，框筒承擔傾覆力矩多框架-核心筒結構設計要點（參考1 8.2.3節(jié)）1. 框架-核心筒結構平面形狀可以隨意（筒中筒結構平面形狀局限），可以不設角柱；2. 框架承受的剪力較?。▋A覆力矩也小），必須調(diào)整增大到規(guī)程要求3. 鋼筋混凝土實腹筒是框架-核心筒結構中的主要抗側力構件，承載力和延性都要求很高，對高寬比、內(nèi)力、配筋構造有許多要求；4. 內(nèi)筒配置鋼骨，可以改善內(nèi)筒的抗震性能；配置方法：墻端部或轉(zhuǎn)角處，大面墻的中間；可以配置部分樓層（下部若干層為SRC柱，上部為RC柱）抗震等級問題：小于60m的框架-核心筒結構可以按框架-剪力墻結構確定抗

9、震等級；（框架-核心筒結構是框架-剪力墻結構的一種特殊情況，高度不大時也應注意內(nèi)筒的特殊要求。外鋼框架-內(nèi)混凝土核心筒（混合結構）特點： 外鋼框架的剛度更小，剪力分配的比例更低； 外框架鋼基本不改變核心筒的彎曲型變形，協(xié)同工作性能差； 外鋼框架與混凝土核心筒的徐變、收縮、溫度變形等后期變形性能不一致；是不是雙重抗側力體系？混合結構設計要求 規(guī)程規(guī)定外鋼框架組成的混合結構高度不宜太大（11.1.2條） 按雙重抗側力體系設計，規(guī)程條要求框架剪力取0.25V0, 1.8Vfmax較小值（11.1.5條）。通常外鋼框架層剪力分配率都小于1.8Vfmax，若按1.8Vfmax調(diào)整后，往往遠遠小于0.25

10、V0，達不到雙重抗側力體系要求。大連遠洋大廈51層，外鋼框架-混凝土核心筒結構，6層以下為鋼筋混凝土框架，7層及以上外鋼框架-混凝土核心筒 （參考1 2.3.12節(jié)）彈性計算：6層以下核心筒承擔剪力60807層以上核心筒承擔剪力9088彈塑性計算：7層以上框架分擔 V彎壞按增大系數(shù)計算，有可能V值偏大，結果是多配了箍筋，等級愈高，系數(shù)愈大，配箍筋愈多。特別是特一級的梁，抗剪箍筋多配。認為比較放心，安全余度更大，實際增大鋼筋用量；如果實配鋼筋多，增大系數(shù)可能包不住，一般不要多配鋼筋，在構造配筋時不能避免。建議：1 簡化方法一般是安全的，計算方便，2 簡化方法配的鋼筋過多，可通過反算減少3 9度抗

11、震設計和特一級抗震等級, 將簡化計算結果和反算計算結構比較這樣可以節(jié)省鋼筋用量，但是麻煩，多一道反算，建議自編小程序。第4部分 剪力墻結構1. 剪力墻軸壓比限制及約束邊緣構件（參考1 7.1.4節(jié)）高軸壓比下剪力墻容易破壞, 邊緣壓應力超過混凝土受壓極限破壞形式：混凝土壓碎先于鋼筋屈服(見1圖7.6)混凝土壓酥，剪力墻平面外錯斷(見1圖7.29)設置約束邊緣構件的要求（參考1 7.3.4節(jié)）高規(guī)規(guī)定（7.1.15條）：一、二級抗震等級底部加強部位及其上一層墻肢端部設置約束邊緣構件（V0.2)；抗震規(guī)范規(guī)定（6.4.6條）：軸壓比小于表6.4.6的規(guī)定值，可設置構造邊緣構件；二者不一致，高規(guī)要求

12、嚴，如果軸壓比較?。拐鸨?.4.6 ），結構高度不高，可按高規(guī)的構造邊緣構件設計，取V0.10.2，縱筋1.0%多層建筑結構可以按照抗震規(guī)范執(zhí)行約束邊緣構件的箍筋約束邊緣構件可以采用拉筋，陰影部分不能全部采用拉筋；壓應力較小部分的外部分布鋼筋必須有可靠錨固，才能計入配箍率。洞口邊的邊緣構件（參考1 7.3.4節(jié)）洞口邊緣不一定配置約束邊緣構件，取決于洞口邊緣的壓應力大小，與軸向壓力以及連梁約束程度有關。2. 連梁設計（參考1 7.4節(jié)）連梁是剪力墻結構中的重要構件，對剪力墻的剛度、承載力、破壞形態(tài)、延性都有很大影響。連梁剪跨比比較小，容易出現(xiàn)剪切破壞。按照強剪弱彎設計的連梁還是容易出現(xiàn)鋼筋屈

13、服后的剪切破壞。連梁承受反彎作用，剪應力較大，容易出現(xiàn)斜裂縫，容易剪切破壞，而且容易出現(xiàn)屈服后的剪切破壞。連梁對剪力墻的影響（參考1 4.3、5.5.4、7.2節(jié)）a)懸臂墻剛度大，承載力大，靜定結構，抗震不利；b)連梁很強時(剛度和承載力），連梁不破壞，接近靜定的懸臂墻，抗震不利；c)連梁彎曲屈服，維持剛度和承載力，有延性，抗震好；d)連梁剪壞，退化為靜定的懸臂墻，可利用為二道設防構件。連梁屈服后的破壞形態(tài)（參考1 7.4.1節(jié)）連梁屈服后破壞形態(tài)的影響因素：名義剪應力剪箍比箍筋配置量連梁配筋設計（參考1 7.4.2節(jié)）控制名義剪應力7.2.23條規(guī)定與跨高比有關連梁剪力Vb由彎矩確定(7.

14、2.22條規(guī)定由設計彎矩反算是簡化方法）；實際連梁剪力與受彎配筋多少有關實際上應當控制受彎鋼筋，規(guī)程未規(guī)定受彎鋼筋最大、最小配筋率，有時配筋過大連梁設計措施（7.2.25條）（參考1 7.4.4節(jié)）跨高比不宜小；抗震結構不宜用增加連梁高度來增加結構剛度；連梁調(diào)幅連梁可能剪切破壞（超限），則宜考慮二道設防設計。在二道設防計算時（連梁部分或全部不存在，無約束彎矩，有鉸接連桿，是樓板或梁），位移不必限制，二道設防的目的是保證墻肢的承載力。連梁調(diào)幅（參考1 7.4.3節(jié)）減小彎矩，控制連梁受彎配筋；控制截面名義剪壓比兩種方法：1）直接降低連梁彎矩2）在內(nèi)力分析時降低連梁剛度降低幅度原則在使用階段連梁不

15、能出現(xiàn)裂縫；直接乘以彎矩折減系數(shù)8度或9度設防，風荷載不大時，連梁調(diào)幅可大，建議折減系數(shù)不小于0.6；7度設防或風荷載較大時，連梁調(diào)幅要小，建議折減系數(shù)不小于0.8；內(nèi)力分析時連梁剛度折減連梁剛度折減系數(shù)不小于0.5，否則連梁彎矩折減將小于0.8；如果需要，8、9度時還可以略小。注意：兩種方法最好不連用；如果連用，需掌握總的調(diào)幅幅度。3大梁與剪力墻平面外相交（參考1 7.3.6節(jié)）產(chǎn)生平面外彎矩，剪力墻容易產(chǎn)生裂縫，甚至平面外產(chǎn)生撓曲或失穩(wěn)和大梁剛度有關大約梁高/墻厚大于2宜盡量避免平面外相交的大梁加強墻平面外剛度與承載力驗算平面外承載力減弱大梁剛度或彎矩（塑性調(diào)幅，產(chǎn)生裂縫）4.短肢剪力墻較

16、多的剪力墻結構（參考1 5.7節(jié)）連接短肢剪力墻的樓板梁跨度較大（弱連梁），接近異形柱，但屬于剪力墻，不是指聯(lián)肢剪力墻中的墻肢；短肢剪力墻與實腹筒或長度較大的墻共同工作，主要依靠實腹筒（長肢墻）抗側力；短肢剪力墻很弱，出現(xiàn)裂縫或破壞會導致樓板坍塌，主要是住宅墻較薄，在很厚的墻中短肢也不弱；小墻肢不允許大面積設置，只是個別出現(xiàn)。短肢剪力墻“較多”規(guī)程上沒有定義短肢剪力墻較多的剪力墻結構設計要求（7.1.2條、7.1.3條）規(guī)程7.1.2條應用范圍限制；筒體和一般剪力墻承受地震傾覆力矩M總M 的50%是必要條件，不是充分條件，短肢愈弱，愈容滿足，短肢太弱并不好，缺乏對短柱剪力承擔率要求，可增加全部

17、短肢剪力墻剪力V 層剪力的20%加強短肢剪力墻的措施，見規(guī)程7.1.3條：主要目的加強承載力，避免過早裂縫和破壞其中，提高縱向鋼筋配筋率：底部1.2%、其他1.0是全截面配筋率，約束邊緣構件豎向鋼筋可相對集中此外，一字形的措施應從嚴如有平面外彎矩應驗算。第5部分轉(zhuǎn)換層（參考1 9.2節(jié)）1. 間距小的上層柱轉(zhuǎn)換到間距大的下層柱（參考1 9.2.2節(jié)）框筒和束筒結構中底部往往需要大柱距，以便布置出入口或通道框架結構中局部樓層需要拔個別柱子，以擴大使用空間轉(zhuǎn)換特點上、下柱在同一平面內(nèi)，受力簡單、明確，轉(zhuǎn)換構件上有大的集中荷載形式多樣，一般對結構沿高度剛度均勻影響不大，當轉(zhuǎn)換跨度大時也有影響多層框架

18、結構中需要大空間，中間拔掉柱子，用大梁、斜撐或桁架轉(zhuǎn)換，跨度大時用斜撐或桁架較好，經(jīng)濟，考慮對使用的影響。2. 上層柱和下層柱不在同一平面內(nèi)（參考1 9.2.2節(jié)）可以采用與上述轉(zhuǎn)換相同的桁架、實腹梁等構件，但往往跨度很大，支承在周邊柱子上，很不經(jīng)濟，有時很困難；常常采用斜撐式轉(zhuǎn)換，方便而經(jīng)濟；斜撐產(chǎn)生的推力（拉力）必須得到平衡。轉(zhuǎn)換層本身對沿高度剛度均勻影響不大，但平面縮進使剛度變化。上層柱與下層柱軸線不對齊，或下層取消柱子，用斜撐轉(zhuǎn)換簡潔、經(jīng)濟。斜撐的推力由樓板承受，相互平衡。3. 上部剪力墻轉(zhuǎn)換到下部柱子框支剪力墻（參考1 9.2.3節(jié)）部分框支剪力墻結構屬于復雜結構，在我國應用十分普遍

19、?？蛑Ъ袅Φ闹饕獑栴}是上下剛度突變必須與落地剪力墻共同抵抗側向力一般采用實腹梁轉(zhuǎn)換，做一層設備層，設備層層高就是轉(zhuǎn)換梁高度，往往剛度比要求不能滿足。注意層剛度的計算方法，可考慮優(yōu)化尺寸和材料，可改變轉(zhuǎn)換梁的形式。規(guī)程規(guī)定了適用高度和框支層高度。高位轉(zhuǎn)換是否可以？框支剪力墻轉(zhuǎn)換梁形式轉(zhuǎn)換層高度改變的比較（參考1 9.3節(jié)）建議設計可行，但影響因素多，對剛度、質(zhì)量分布、構件配筋強弱等的影響敏感，類似結構的研究尚不夠。轉(zhuǎn)換層升高后，調(diào)整上下等效剛度比是重要的，可以通過空間結構較精確分析，檢查沿高度的層間轉(zhuǎn)角是否均勻；盡量選用剛度和質(zhì)量較小的轉(zhuǎn)換層結構形式，多取計算振型數(shù)，體現(xiàn)高振型的影響；仔細分析結構薄弱部位，分析內(nèi)力特點，調(diào)整內(nèi)力和配筋，改善薄弱部位；較高結構宜進行彈塑性分析在罕遇地震作用下，屈服部位不同，地震反應也不同。復雜結構構件配筋強弱影響很大，屈服部位不易控制；宜檢驗