專欄講義高層設計專題

1、建筑結構設計計算軟件應用建筑結構設計計算軟件應用專題討論專題討論1 1、上部結構與地下室共同工作分析及地下室設計、上部結構與地下室共同工作分析及地下室設計 2 2、樓板剛度的各種假定及在特殊結構中的應用、樓板剛度的各種假定及在特殊結構中的應用 3 3、多塔、錯層及設縮縫結構的設計計算、多塔、錯層及設縮縫結構的設計計算 4 4、 1 1、上部結構與地下室共同工作、上部結構與地下室共同工作規(guī)范有關規(guī)定規(guī)范有關規(guī)定分析模型分析模型風、地震、恒活荷載作用計算風、地震、恒活荷載作用計算 地下室抗震設計地下室抗震設計地下室外墻平面外設計地下室外墻平面外設計地下室人防設計地下室人防設計有地下室結構的特點有地

2、下室結構的特點v上部結構與地下室組成一個承力體系，具有共上部結構與地下室組成一個承力體系，具有共同的位移場，相互協(xié)調變形；同的位移場，相互協(xié)調變形；v地下室外的回填土對結構有一定的約束作用。地下室外的回填土對結構有一定的約束作用。規(guī)范有關規(guī)定規(guī)范有關規(guī)定抗震規(guī)范抗震規(guī)范第第6.1.146.1.14條、條、高規(guī)高規(guī)第第5.3.75.3.7條條都規(guī)定，當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y構嵌固部位都規(guī)定，當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y構嵌固部位時，地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰時，地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的上部結構樓層側向剛度的2 2倍。倍。 高規(guī)高規(guī)的的“宣貫培訓材料宣貫培訓材料

3、”（P5-12P5-12）建議：）建議：當剛度比不滿足嵌固部位的樓層側向剛度比規(guī)當剛度比不滿足嵌固部位的樓層側向剛度比規(guī)定時，有條件可增加地下室樓層的側向剛度，定時，有條件可增加地下室樓層的側向剛度，或者將主體結構的嵌固部位下移至符合要求的或者將主體結構的嵌固部位下移至符合要求的部位。部位。高規(guī)高規(guī)的的“宣貫培訓材料宣貫培訓材料”（P5-12P5-12）建議：）建議：方法方法1 1：按：按抗震規(guī)范抗震規(guī)范的樓層剪力與層間位的樓層剪力與層間位 移比計算移比計算方法方法1 1：按：按高規(guī)高規(guī)附錄附錄E E的剪切剛度比計算的剪切剛度比計算抗震規(guī)范抗震規(guī)范第第6.1.146.1.14條文說明條文說明中

4、建議：中建議：當進行方案設計時，側向剛度比可采用剪切當進行方案設計時，側向剛度比可采用剪切剛度比估算。剛度比估算。分析模型分析模型v簡化的分離模型：簡化的分離模型：將上部結構與地下室分裂開，分別設計計算將上部結構與地下室分裂開，分別設計計算v共同工作分析共同工作分析將上部結構與地下室作為一個整體，考慮共將上部結構與地下室作為一個整體，考慮共同作用，采用如下兩種方式之一來考慮地下同作用，采用如下兩種方式之一來考慮地下室外回填土對結構的約束作用。室外回填土對結構的約束作用。方法方法1 1：嵌固地下室的水平位移嵌固地下室的水平位移方法方法2 2：對地下室部分施加彈簧約束：對地下室部分施加彈簧約束分析

5、模型分析模型v共同工作分析共同工作分析通過對地下室部通過對地下室部分施加彈簧約束，分施加彈簧約束，考慮考慮地下室外的地下室外的回填土對結構有回填土對結構有一定的約束作用。一定的約束作用。風、地震、恒活荷載作用計算風、地震、恒活荷載作用計算v風荷載計算地下室部分的基本風壓為零；在地上部分的風荷載計算中，自動扣除地下室部分的高度，地下室頂板作為風壓高度變化系數(shù)的起算點；結構在風荷載作用下的反應（位移、內力）受地下室外的回填土約束。地震作用計算地震作用計算v結構在地震作用下的反應（周期、振型、位移、內力）受地下室外的回填土約束；v由地下室質量產生的地震力，主要被室外的回填土吸收；v在計算結構的“最小

6、剪重比”時，不考慮地下室部分。恒活荷載作用計算恒活荷載作用計算v地下室部分豎向構件的軸向變形和轉動會導致上部結構恒活作用內力的重分布。v對于一般規(guī)則結構，地下室外的回填土約束對豎向荷載作用影響很小。v對于不規(guī)則結構，地下室外的回填土約束對豎向荷載作用有一定影響，在計算中由程序自動反映這一特點。地下室抗震設計地下室抗震設計v地下室的抗震等級（抗震規(guī)范第抗震規(guī)范第6.1.36.1.3條）條）當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y構的嵌固部位時，地當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y構的嵌固部位時，地下一層的抗震等級應與上部結構相同，地下一下一層的抗震等級應與上部結構相同，地下一層一下的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或層一下的抗

7、震等級可根據(jù)具體情況采用三級或更低等級。地下室無上部結構的部分，可可根更低等級。地下室無上部結構的部分，可可根據(jù)具體情況采用三級或更低等級。據(jù)具體情況采用三級或更低等級。地下室抗震設計地下室抗震設計v構造要求（抗震規(guī)范第抗震規(guī)范第6.1.146.1.14條）條）v地下室柱截面每側的縱向鋼筋面積，除應滿足計算要求外，不應少于地上一層對應柱每側縱向鋼筋面積的1.1倍。v地上一層框架結構柱和抗震墻墻底截面的設計彎矩值應符合6.2.36.2.3、 6.2.66.2.6、 6.2.76.2.7條規(guī)定。條規(guī)定。v位于地下室頂板的梁柱節(jié)點左右梁端截面實際受彎承載力之和不宜小于上下柱端實際受彎承載力之和。地下

8、室抗震設計地下室抗震設計v有關調整底層柱墻內力的調整（在底層柱墻內力的調整（在. .標高處）標高處）框支柱的地震力調整框支柱的地震力調整剪力墻底部加強區(qū)剪力墻底部加強區(qū)地下室外墻平面外設計地下室外墻平面外設計v恒活荷載作用結構整體分析得到的恒活荷載的軸力、彎矩v面外土、水側作用按簡化方法計算面外土水側壓力作用的彎矩v配筋設計按壓彎構件進行配筋計算地下室人防設計地下室人防設計v人防荷載計算的輸入參數(shù)人防荷載計算的輸入參數(shù)v地下室層數(shù)與人防地下室層數(shù)地下室層數(shù)與人防地下室層數(shù)v考慮了哪些構件的人防設計考慮了哪些構件的人防設計v人防作用效應分析模型人防作用效應分析模型v人防作用效應組合人防作用效應組

9、合v地下室外墻的平面外設計地下室外墻的平面外設計v地下室構件的人防設計地下室構件的人防設計 部分地下室人防設計；部分地下室人防設計； 門框墻；門框墻； 地下室頂板的配筋計算在地下室頂板的配筋計算在SLABCADSLABCAD中；中； 地下室底板配筋計算；地下室底板配筋計算； 傳給基礎的設計荷載中不包括人防設計荷載。傳給基礎的設計荷載中不包括人防設計荷載。暫未考慮的因素暫未考慮的因素 2 2、樓板在結構整體分析中的考慮、樓板在結構整體分析中的考慮樓板剛度的特點樓板剛度的特點剛性樓板假定剛性樓板假定彈性樓板彈性樓板6 6彈性樓板彈性樓板3 3彈性膜彈性膜板柱結構板柱結構空曠結構空曠結構樓板開大洞樓

10、板開大洞有關規(guī)定有關規(guī)定v抗震規(guī)范第3.4.3條第1款的第2項規(guī)定，凸凹不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時，應采用符合樓板平面內實際剛度變化的計算模型，當平面不對稱時，尚應計及扭轉影響。 v高規(guī)第4.3.6條規(guī)定，當樓板平面比較長、有較大的凹入和開洞而使樓板有較大削弱時，應在設計中考慮樓板削弱產生的不利影響。 有關規(guī)定有關規(guī)定v高規(guī)第5.1.5條也規(guī)定：進行高層建筑內力與位移計算時，可假定樓板在其自身平面內為無限剛性，相應地應采取必要措施保證樓板平面內的整體剛地。當樓板會產生明顯的面內變形時，計算時應考慮樓板的面內變形或對采用樓板面內無限剛性假定計算方法的計算結果進行適當調整。 樓板剛度的特點樓板剛度的

11、特點v樓板剛度由面內剛度和面外剛度兩部分組成面內剛度膜剪切單元面外剛度板彎曲單元v對樓板的假定對樓板的假定剛性樓板假定彈性樓板6彈性樓板3彈性膜剛性樓板假定剛性樓板假定v剛性樓板假定剛性樓板假定面內剛度無限大，面外剛度為零v適用范圍適用范圍樓板不特殊的絕大多數(shù)工程v梁剛度放大梁剛度放大變相地考慮樓板的面外剛度彈性樓板彈性樓板6 6v彈性樓板彈性樓板6 6考慮樓板的面內剛度和面外剛度采用殼單元v適用范圍適用范圍所有工程v缺點缺點計算量大，影響梁配筋結果彈性樓板彈性樓板3 3v彈性樓板彈性樓板3 3面內剛度無限大，考慮樓板的面外剛度采用板彎曲單元v適用范圍適用范圍面內剛度很大，不可忽略面外剛度的結

12、構彈性膜彈性膜v彈性膜彈性膜考慮樓板的面內剛度，面外剛度為零采用膜剪切單元v適用情況適用情況要考慮面內剛度，可以忽略面外剛度的結構板柱結構板柱結構v等代梁法等代梁法等代梁截面定義：等代框架方向等代梁截面定義：等代框架方向板跨板跨3/43/4，及垂直方向板跨，及垂直方向板跨1/21/2v彈性樓板彈性樓板虛梁布置樓板假定工業(yè)廠房、體育館所等空曠結構工業(yè)廠房、體育館所等空曠結構v不與樓板相連的構件特性的考慮不與樓板相連的構件特性的考慮 v樓板剛度的合理考慮樓板剛度的合理考慮樓板開大洞樓板開大洞G35G35v彈性樓板或板帶定義彈性樓板或板帶定義3 3、多塔、有縫結構及錯層、多塔、有縫結構及錯層 多塔結

13、構多塔結構有有“縫縫”結構結構錯層結構錯層結構小塔樓小塔樓 多塔結構多塔結構v多塔建筑的特點多塔建筑的特點v多塔結構抗震設計多塔結構抗震設計v多塔結構的計算模型多塔結構的計算模型v多塔結構定義多塔結構定義v應注意的問題應注意的問題 多塔結構的特點多塔結構的特點v“塔塔”和和“剛性樓板剛性樓板”的區(qū)別的區(qū)別對于多塔建筑，其每個塔都有獨立的迎風面對于多塔建筑，其每個塔都有獨立的迎風面和獨立的變形；和獨立的變形；每塊每塊“剛性樓板剛性樓板”有獨立的變形，但不一定有獨立的變形，但不一定有獨立的迎風面。有獨立的迎風面?！八焙秃汀皠傂园鍎傂园濉敝g不存在一一對應關之間不存在一一對應關系，一個塔中可以有

14、多塊剛性板，也可以沒系，一個塔中可以有多塊剛性板，也可以沒有剛性板（沒有樓板或定義成彈性樓板）。有剛性板（沒有樓板或定義成彈性樓板）。多塔結構抗震設計多塔結構抗震設計v多塔樓結構的平立面布置多塔樓結構的平立面布置 v底盤屋面樓板抗震設計構造底盤屋面樓板抗震設計構造 v多塔樓之間裙房連接體的屋面梁、塔樓中與多塔樓之間裙房連接體的屋面梁、塔樓中與裙房連接體相連的外圍柱、剪力墻的抗震設裙房連接體相連的外圍柱、剪力墻的抗震設計構造計構造 v裙房的抗震等級裙房的抗震等級 多塔結構的計算模型多塔結構的計算模型v周期比控制計算模型周期比控制計算模型 v位移比控制計算模型位移比控制計算模型 v構件內力計算模型

15、構件內力計算模型 抗震規(guī)范抗震規(guī)范第第3.4.33.4.3條第條第1 1款的第款的第2 2項規(guī)定，凸凹不項規(guī)定，凸凹不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時，應采用符合樓板平面內規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時，應采用符合樓板平面內實際剛度變化的計算模型，當平面不對稱時，尚應實際剛度變化的計算模型，當平面不對稱時，尚應計及扭轉影響。計及扭轉影響。 高規(guī)高規(guī)第第4.3.64.3.6條規(guī)定，當樓板平面比較長、有較條規(guī)定，當樓板平面比較長、有較大的凹入和開洞而使樓板有較大削弱時，應在設計大的凹入和開洞而使樓板有較大削弱時，應在設計中考慮樓板削弱產生的不利影響。中考慮樓板削弱產生的不利影響。 多塔結構定義多塔結構定義v多塔結構

16、需用戶以圍區(qū)方式定義；多塔結構需用戶以圍區(qū)方式定義；v剛性樓板信息由程序自動搜索，無需用戶交剛性樓板信息由程序自動搜索，無需用戶交互操作；互操作；v建議以最高的塔為一號塔，以下依次按高度建議以最高的塔為一號塔，以下依次按高度排列。排列。采用整體模型應注意的問題采用整體模型應注意的問題v如果沒給出多塔定義會怎樣？如果沒給出多塔定義會怎樣？v定義了多塔又會怎樣？定義了多塔又會怎樣？有有“縫縫”結構結構v結構縫的定義結構縫的定義v有縫結構的特點有縫結構的特點v有縫結構的計算模型有縫結構的計算模型v伸縮縫：伸縮縫：混凝土結構設計規(guī)范混凝土結構設計規(guī)范9.1.19.1.1條，條，規(guī)定了排架結構，框架結構

17、、剪力墻結構等的規(guī)定了排架結構，框架結構、剪力墻結構等的伸縮縫的最大間距。伸縮縫的最大間距。v沉降縫：沉降縫：地基基礎設計規(guī)范地基基礎設計規(guī)范規(guī)定了沉降縫規(guī)定了沉降縫的設置要求。的設置要求。v防震縫：防震縫：抗震設計規(guī)范抗震設計規(guī)范 6.1.4 6.1.4條，規(guī)定了條，規(guī)定了防震縫設置要求。防震縫設置要求。有縫結構的特點有縫結構的特點v僅就上部結構而言，僅就上部結構而言，“縫縫”將結構劃分成幾個將結構劃分成幾個較為規(guī)則的抗側力結構單元，各結構單元之間較為規(guī)則的抗側力結構單元，各結構單元之間完全分開。所以，各結構單元有獨立的變形，完全分開。所以，各結構單元有獨立的變形，若忽略基礎變形的影響，各單

18、元之間相對獨立。若忽略基礎變形的影響，各單元之間相對獨立。這一點與多塔樓結構不同，多塔樓結構的各塔這一點與多塔樓結構不同，多塔樓結構的各塔通過底盤相互發(fā)生影響。通過底盤相互發(fā)生影響。v由于縫的寬度不是很大，在風荷載作用下，各由于縫的寬度不是很大，在風荷載作用下，各結構單元的迎風面與多塔樓的迎風面不同，縫結構單元的迎風面與多塔樓的迎風面不同，縫隙面不是迎風面。隙面不是迎風面。 有縫結構的計算模型有縫結構的計算模型v離散模型離散模型 除與風荷載有關的計算結果外，其它所有結果都是對除與風荷載有關的計算結果外，其它所有結果都是對的。需要注意的是在計算風荷載作用時，程序把縫所在的。需要注意的是在計算風荷

19、載作用時，程序把縫所在的面也作為迎風面，該方向的風荷載計算值偏大。的面也作為迎風面，該方向的風荷載計算值偏大。 v整體模型整體模型 在采用整體模型時，要把每個結構單元定義成多塔樓，在采用整體模型時，要把每個結構單元定義成多塔樓，程序采用多塔樓結構計算模型進行設計計算。此時，要程序采用多塔樓結構計算模型進行設計計算。此時，要注意的有兩點：一是計算振型數(shù)要取得足夠多，使整個注意的有兩點：一是計算振型數(shù)要取得足夠多，使整個結構系統(tǒng)的有效質量系數(shù)在結構系統(tǒng)的有效質量系數(shù)在90%90%以上，二是風荷載略偏以上，二是風荷載略偏大，大， 錯層結構錯層結構v錯層結構的特點錯層結構的特點 v計算模型計算模型v模

20、型輸入模型輸入v錯層信息生成錯層信息生成v越層柱的計算長度系數(shù)越層柱的計算長度系數(shù)v錯層結構的層剛度比計算錯層結構的層剛度比計算v抗震設計的有關規(guī)定抗震設計的有關規(guī)定v錯層結構的突出特點是在同一樓層平面內，部錯層結構的突出特點是在同一樓層平面內，部分區(qū)域有樓板，部分區(qū)域沒樓板，在沒有樓板分區(qū)域有樓板，部分區(qū)域沒樓板，在沒有樓板的區(qū)域內，有些豎向構件（柱、墻）可能與梁的區(qū)域內，有些豎向構件（柱、墻）可能與梁連接，也可能是越層構件。在該區(qū)域內構件的連接，也可能是越層構件。在該區(qū)域內構件的內力和位移與樓板無關。內力和位移與樓板無關。 v當錯層高度不大于框架梁的截面高度時，一般當錯層高度不大于框架梁的

21、截面高度時，一般可以近似地忽略錯層因素影響，可以歸并為同可以近似地忽略錯層因素影響，可以歸并為同一樓層參加結構計算，這一樓層的標高可近似一樓層參加結構計算，這一樓層的標高可近似取兩部分樓面標高的平均值；取兩部分樓面標高的平均值；v當錯層高度大于框架梁的截面高度時，各部分當錯層高度大于框架梁的截面高度時，各部分樓板應作為獨立樓層參加整體計算，不宜歸并樓板應作為獨立樓層參加整體計算，不宜歸并為一層，此時每一個錯層部分都應視為獨立樓為一層，此時每一個錯層部分都應視為獨立樓層。層。 v框架錯層結構框架錯層結構 v剪力墻錯層結構剪力墻錯層結構 v多塔錯層多塔錯層v軟件自動將錯層構件在樓層平面內的節(jié)點設為

22、軟件自動將錯層構件在樓層平面內的節(jié)點設為獨立的彈性節(jié)點，不受樓板計算假定限制，因獨立的彈性節(jié)點，不受樓板計算假定限制，因而能更真實地反應結構的實際受力狀態(tài)。而能更真實地反應結構的實際受力狀態(tài)。v對于錯層結構，程序判斷柱和墻是否越層的原對于錯層結構，程序判斷柱和墻是否越層的原則是：既不和梁相連，又不和樓板相連。程序則是：既不和梁相連，又不和樓板相連。程序自動按上述原則搜索出越層信息，無需用戶交自動按上述原則搜索出越層信息，無需用戶交互操作?；ゲ僮?。 v在錯層結構設計計算中，越層柱的計算長度系在錯層結構設計計算中，越層柱的計算長度系數(shù)計算應受到足夠重視。數(shù)計算應受到足夠重視。v有些柱兩個方向的計算

23、長度不同，而且程序應有些柱兩個方向的計算長度不同，而且程序應有越層柱搜索功能，計算結果應確保在越層范有越層柱搜索功能，計算結果應確保在越層范圍內越層柱每個截面的計算長度相同。圍內越層柱每個截面的計算長度相同。 v因為在因為在PMPM中輸入的計算層與真實結構的層不一中輸入的計算層與真實結構的層不一定一致定一致, ,軟件輸出的層剛度不參考價值不大軟件輸出的層剛度不參考價值不大, ,需需設計人員注意設計人員注意. . 3.3.7 3.3.7 錯層結構錯層結構v第第10.4.4條規(guī)定，錯層處框加柱的截面高度不條規(guī)定，錯層處框加柱的截面高度不應小于應小于600mm，混凝土強度等級不應低于，混凝土強度等級

24、不應低于C30，抗震等級應提高一級采用，箍筋應全柱段加密。抗震等級應提高一級采用，箍筋應全柱段加密。v第第10.4.5條規(guī)定，錯層處平面外受力的剪力墻，條規(guī)定，錯層處平面外受力的剪力墻，其截面厚度，非抗震設計時不應小于其截面厚度，非抗震設計時不應小于200mm，抗震設計時不應小于抗震設計時不應小于205mm，并均應設置與之，并均應設置與之垂直的墻肢或扶壁柱；抗震等級應提高一級采垂直的墻肢或扶壁柱；抗震等級應提高一級采用。錯層混凝土強度等級不應低于用。錯層混凝土強度等級不應低于C30，水平，水平和豎向分布鋼筋的配筋率，非抗震設計時不應和豎向分布鋼筋的配筋率，非抗震設計時不應低于低于0.3%，抗震

25、設計時不應低于，抗震設計時不應低于0.5%。 小塔樓小塔樓 v抗震設計規(guī)范抗震設計規(guī)范 5.2.4 5.2.4條，條，采用基底剪力法時，突出屋面部分的地震作采用基底剪力法時，突出屋面部分的地震作用效應宜乘以增大系數(shù)用效應宜乘以增大系數(shù)3 3；采用振型分解法時，突出屋面部分每層可作采用振型分解法時，突出屋面部分每層可作為一個質點，并取足夠的計算振型。為一個質點，并取足夠的計算振型。 4 4、v高層建筑結構不僅平面尺寸大，而且豎向的高度也很大，其豎向構件截面尺寸較大，溫度變化和混凝土收縮不僅會產生較大的水平方向的變形和內力，而且也會產生豎向的變形和內力。v根據(jù)有關資料統(tǒng)計，工程實踐中結構物的裂縫原

26、因屬于由變形作用（溫度、收縮、不均勻沉降）引起的約占80%以上，屬于由荷載引起的約占20%左右，可見高層建筑結構設計中考慮變形作用的影響是很重要的，不容忽視。v高層建筑結構的溫度變形與應力應該引起設計人員的重視。 v高規(guī)宣講培訓材料（P4-17）：高層鋼筋混凝土結構一般不計算由于溫度、收縮而產生的內力。因為一方面高層建筑的溫度場分布和收縮參數(shù)等都難以準確確定；另一方面混凝土又不是彈性材料，它既有塑性變形，還有徐變和應力松弛，實際的內力要遠小于按彈性結構的計算值。v廣州白云賓館（33層、高112m、長70m）的溫度應力計算結果表明，溫度-收縮應力計算值過大，難以作為設計依據(jù)。v曾經計算過溫度-收

27、縮應力的其它建筑也遇到類似的情況。v但由于種種原因，諸如高層建筑各處的溫度場、混凝土收縮、徐變等隨時間變化的變量因素還難以直接采用數(shù)值準確量化，混凝土收縮、徐變的彈塑性特征使分析處理復雜，所以一般很難準確地計算結構的溫度收縮應力，并且作為設計的依據(jù)。因此，高規(guī)不要求直接計算非荷載作用，而強調由構造措施來解決。 v高規(guī)宣講培訓材料（P4-17）：鋼筋混凝土高層建筑結構的溫度-收縮問題，主要由構造措施來解決。v程序提供了計算溫度應力、支座沉降以及設置彈簧支座的功能。v設計人員可以通過給定溫差或基礎支座沉降值來計算結構的溫度和基礎支座沉降產生的效應。從而能較正確地估計溫度、基礎支座沉降的影響，有助于設計人員采取相應對策