《高层建筑结构设计》之一:七个比的控制定义、目标与意义.ppt
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1、高层建筑结构设计之一,“七个比值”的控制定义、目标与意义,研究生: 唐 荣 学 号: 2240918510 导 师: 周 云 教授 授课老师:邓雪松 副教授 专 业: 结构工程 2010年5月,2,“七个比值”,轴压比 剪重比 刚度比 位移比 周期比 刚重比 层间受剪承载力比 总结,3,一、轴压比,1.定义:重力荷载代表值作用下,轴力设计值与抗压强度设计值和截面面积乘积的比值。 2.公式:,式中:uc柱轴压比; N柱考虑地震作用组合的轴压力设计值; fc混凝土轴心抗压强度设计值; A柱的全截面面积。,4,轴压比,轴压比是针对于以承受重力荷载为代表值的剪力墙、柱等构件提出的概念,新规范也明确规定
2、:承受的轴力按考虑地震作用组合的轴压力设计。因此轴压比是影响墙、柱的破坏形态和延性的主要因素之一。,为了使柱墙具有很好的延性和耗能能力,规范采取的措施之一就是限制轴压比!,5,3.规范条文的控制目标,轴压比,.混凝土规11.4.16条、抗规6.3.7条同时规定:框架柱轴压比不宜超过表1中限值:,表1 框架柱轴压比限值,6,表2 剪力墙轴压比限值,轴压比,.混凝土规11.7.13条、高规7.2.14条同时规定:抗震设计时,一二级抗震等级的剪力墙底部加强部位,其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过表2中的极限值。,7,.上述的规范对于普遍性结构构件具有适用性。特别地:当在柱的截面中部加设附加纵
3、筋约束形成芯柱时,由于附加纵筋可以承担一部分轴压力。此时,当另加的纵向钢筋总面积不小于柱截面面积的0.8%时,轴压比限值可以增加0.05。形式如下:,图1 箍筋约束形成芯柱,轴压比,8,普通柱(以对称配筋柱为例): 短柱,4.控制的意义:,轴压比,随着uc,截面相对受压高度,截面破坏形式: 大偏压受压破坏(延性)小偏压受压破坏(脆性),随着uc,剪切受压破坏剪切受拉破坏,总之:在抗震设计中,必须对柱和剪力墙的轴压比进行限制,以保证其有足够的延性,历次地震也予以了证明:这是一种相当行之有效的方法。,9,“七个比值”,轴压比 剪重比 刚度比 位移比 周期比 刚重比 层间受剪承载力比 总结,10,二
4、、剪重比,1.定义:楼层最小地震剪力与上部结构总重量的比值。 2.公式:VEkiGj,式中:VEki第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力; 剪力系数(可以理解为剪重比)查阅相关规定以确定; Gj第j层的重力荷载代表值。,11,剪重比,规范规定剪重比计算,主要是因为结构在长周期自振周期作用下,地震影响系数下降较快,对于基本周期大于3.5S 的结构,由此计算出来的水平地震作用下的结构效应有可能太小。,而对于长周期结构,地震动态作用下的地面运动速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用。,水平地震作用,底部剪力法,振型分解反应谱法,12,3.规范条文的控制目标,剪重比,.抗规5.2.5条、高规3.3
5、.13条规定:抗震验算时,结构任一楼层的水平地震剪力应符合表3要求:,表3 楼层最小地震剪力系数值,注:1.基本周期介于3.5s和5s之间的结构,可插入取值; 2.括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。,13,剪重比,.六度区剪重比要求放宽,可在0. 7% 1%取。 若剪重比过小,均为构造配筋,说明底部剪力过小,要对构件截面大小、周期折减等进行检查; 若剪重比过大,说明底部剪力很大,也应检查结构模型,参数设置是否正确或结构布置是否太刚。 即是按刚度分配的“能者多劳”原则!,14,4.相关概念区分,剪重比,抗风计算不存在剪重比,风载不同于地展作用,它是直接作用在建筑
6、物的,而且可较准确测定(如风洞试验)。,倘若从受力机理和截面破坏形式来看,剪重比与剪压比是同一概念,它们都是指水平作用与竖向作用的比值。剪重比讨论的是水平剪力和竖向重力荷载的比值,如框架柱的剪重比;剪压比讨论的是横向剪力和轴向压力的比值,如框架梁的剪压比。,15,“七个比值”,轴压比 剪重比 刚度比 位移比 周期比 刚重比 层间受剪承载力比 总结,16,三、刚度比,1.定义:指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值,也称层间刚度比。 2.公式:=Ki+1 /Ki,式中:上、下层结构侧向刚度比; Ki+1上层结构侧向刚度; Ki下层结构侧向刚度。,17,按剪切刚度计算: Ki=GiAi/hi 按剪弯刚
7、度计算: Ki=Vi/i 按地震剪力与地震层间位移的比值计算: Ki=Qi/ui,刚度比,.抗规与高规都提供有三种方法计算层刚度,即:,3.规范条文的控制目标,18,刚度比,.抗规附录E2.1规定:筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。 高规4.4.2条规定:抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%,或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。,19,刚度比,刚度比主要为了控制高层结构的竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层。地下室结构顶板能否作为嵌固端,转换层上、下结构刚度能否满足要求,及薄弱层的判断,均以层刚度比作为依据。,4.控制的意义:,例如地下室顶
8、板:高规5. 3. 7条规定:高层建筑结构计算中,当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。,20,图片:框支结构上下层刚度比过大,形成的薄弱层垮塌,刚度比,21,刚度比,图片:框支结构上下层刚度比过大,形成的薄弱层构件发生剪切破坏,22,“七个比值”,轴压比 剪重比 刚度比 位移比 周期比 刚重比 层间受剪承载力比 总结,23,四、位移比,1.定义: 位移比包含两项内容: 楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值; 楼层竖向构件的最大层间位移与平均层间位移的比值。 2.公式: 或者,24,位移比,3.规范条文的控制目标,.抗规3
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