高层建筑结构概念设计-韩小雷课件

高高层层建筑建筑结结构概念构概念设计设计(广广东东省注册工程省注册工程师师培培训讲训讲座座)主主讲讲:韩韩小雷小雷 博士博士 华华南理工大学土木工程系教授、博南理工大学土木工程系教授、博导导 华华南理工大学建筑南理工大学建筑设计设计研究院一研究院一级级注册注册结结构工程构工程师师 英英联联邦邦结结构工程构工程师师学会会学会会员员、特、特许许注册注册结结构工程构工程师师 香港工程香港工程师师学会会学会会员员1精选ppt结构工程是这样一种艺术:使用材料这些材料属性只能估算建立真实的结构这些真实的结构只能近似分析 来承受外力这些外力不能准确得知以满足我们对公众安全职责的要求2精选ppt1.荷荷载载竖竖向荷向荷载载 美国规范规定混凝土容重取24kN/m3，而常用的计算软件没有考虑扣除梁板重叠、竖向构件和水平构件重叠引起的重复荷载，故为了考虑剪力墙结构的墙面装修荷载而取混凝土容重为27kN/m3是不合理的。水平荷水平荷载载 风荷载：10年一遇基本风压：舒适度验算 50年一遇基本风压：刚度验算 100年一遇基本风压：强度验算 地震作用：小震(重现期50年)：弹性 中震(重现期475年)：基本弹性 大震(重现期2475年)：弹塑性3精选ppt2.结结构构设计设计的荷的荷载组载组合与合与荷荷载载效效应组应组合合4精选ppt3.结结构构稳稳定、定、倾倾覆与基覆与基础础埋深埋深 1）剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构应符合下式要求：2）框架结构应符合下式要求：高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ32002)要求高层建筑结构的稳定符合如下规定：5精选ppt4.结结构抗扭构抗扭风风荷荷载载作用作用 合力中心为建筑物投影的几何中心地震荷地震荷载载作用作用 合力中心为质量中心 6精选ppt5.框筒与筒中筒框筒与筒中筒结结构构 框筒框筒结结构构:筒中筒筒中筒结结构构:7精选ppt剪力滞后现象:8精选ppt6.结结构抗弯构抗弯刚刚度与抗扭度与抗扭刚刚度的关系度的关系结构的抗弯刚度和与抗扭刚度应相匹配，基本原则是结构振型为平平扭。若抗弯刚度太大，抗扭刚度相对较弱，可能产生第一振型就是扭转，扭转第一周期与平动周期之比以及平面最大位移与平均位移不能满足规范要求，这时可采用以下两个方法：1）增加抗扭刚度，有时很困难 最好采用：在不增加竖向构件的前提下，增加连梁的作用 2）在层间位移有富余的情况下，可减小抗弯刚度9精选ppt7.高高规规建建议议的高的高层层建筑建筑结结构分析模型构分析模型空间协同 空间杆系空间杆薄壁杆空间杆墙板元有限元10精选ppt8.梁板梁板结结构、构、宽宽扁梁扁梁结结构和构和 无梁楼盖的无梁楼盖的传传力路径力路径11精选ppt9.对规对规范要求范要求钢钢筋混凝土框架筋混凝土框架 结结构构“大震不倒大震不倒”的思考的思考12精选ppt13精选ppt14精选ppt15精选ppt16精选ppt10.中国高中国高规规的的发发展展钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定(JGJ3-79)1979高层建筑结构设计建议(体选择与构造措施)上海科学技术出版社，1984钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定(JGJ3-91)中国建筑工业出版社，1991高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ32002)中国建筑工业出版社，200217精选ppt11.结结构构竖竖向向规则规则性性18精选ppt12.超高超高层层建筑的建筑的风风洞洞试验试验地形地貌模型试验高频动态天平刚体模型测力风洞试验刚体模型测压风洞试验气弹全模型风致振动响应风洞试验19精选ppt 广州观光塔 效果图 (610m):20精选ppt广州西塔效果广州西塔效果图图(432m):21精选ppt13.结结构构计计算均假算均假设结设结构构处处于于 弹弹性状性状态态，实际结实际结构是构是处处于于 弹弹塑性状塑性状态态 22精选ppt14.强强柱弱梁、柱弱梁、强强剪弱弯、剪弱弯、强强墙墙弱弱连连梁梁23精选ppt15.美国美国规规范要求无粘范要求无粘结预应结预应力力 结结构中，非构中，非预应预应力筋必力筋必须须能能 抵抗抵抗100恒恒载载及及25活活载载 24精选ppt16.带带地下室的地下室的结结构构计计算假算假设设嵌嵌 固在固在0.000时时，0.000应应 设计设计成成强强梁弱柱梁弱柱25精选ppt17.带带地下室的地下室的结结构构计计算假算假设设嵌固嵌固 在在0.000时时，结结构构刚刚度度大大为为 增大增大，计计算出的算出的结结构构刚刚度偏大，度偏大，位移偏小，地震作用偏大位移偏小，地震作用偏大26精选ppt18.无地下室的无地下室的结结构，构，计计算模型算模型 为为首首层层嵌固，嵌固，这这是有条件是有条件 的，的，应设计应设计成成强强梁弱柱。梁弱柱。27精选ppt19.性能的性能的设计设计方法：方法：强强度度+延性延性28精选ppt20.弹弹性与性与弹弹塑性塑性时时程分析的程分析的选选波波及其概率性定及其概率性定义义1)现行规范的弹性反应谱的来由 体现了概率的统计意义2)弹塑性反应谱 可变参数多，无法用 单一谱反应 29精选ppt3)用大量的涵盖各种情况的地震波进行弹塑性时程分析，符合概率统计的思想，是“可 靠”的，是解决问题的一个正确方法。4)如何选波，如何进行概率统计是下一步需要解决的问题。30精选ppt21.振振动动台台试验试验介介绍绍1)地震实测数据和振动台试验数据 是检验弹塑性分析软件的重要标准。2)振动台试验的模型设计及其重力相似比。31精选ppt3)存在的几点问题：附加重量的滑动阻尼、台面加速度与电脑输入加速度的差异等4)振动台试验实例 a、华标三期 b、日本阪神地震之一 之二 c、框架结构与剪力墙结构 d、美国PEER振动台试验32精选ppt5)从振动台试验及弹塑性分析得到的启示：320层的较为刚性的结构是比较敏感的，高柔结构、超高层结构反应不敏感。33精选ppt22.重要重要结结构的抗震加固方法构的抗震加固方法1)强度+构造（延性）抗震性能 如果抗震性能的目标是正确的，则强度与构造间是可以互相补充的。34精选ppt2)以上思想为不符合现行规范构造的结构抗震加固提供了出路：不是不符合构造要求的结构都需要加固。35精选ppt3)选用符合概率统计意义的一批地震波，对反映结构真实几何尺寸、真实材料性能和真实截面配筋的结构模型进行弹塑性时程分析，对其性能作出评价。36精选ppt4)增加耗能支撑阻尼是框架结构加固的一个有效的方法37精选ppt23.基于能力的基于能力的转换层结转换层结构构设计简设计简介介38精选ppt24.建筑工程抗震性建筑工程抗震性态设计态设计通通则则简简介介90%的内容以美国的内容以美国FEMA规规范条文范条文为蓝为蓝本本39精选ppt25.关于最小配筋率的关于最小配筋率的讨论讨论对于悬挑长度小于500，厚度大于100 的装饰性线条，若其仅承受自重和表面装修荷载，可不按最小配筋率设置，仅需满足强度和使用性要求。40精选pptACI318-2002关于最小配筋率的补充规定：10.5.3The requirements of 10.5.1 and10.5.2 need not be applied if at every sectionAS provided is at least one-third greater than that required by analysis.41精选ppt 26.关于关于弹弹塑性分析的若干塑性分析的若干讨论讨论42精选ppt精确从理论上考虑各种因素，从 微观出发，数值处理困难，不易收敛。粗糙以试验数据为依据，从宏观 出发，数值处理较为简单，较易收敛。43精选ppt1)在目前(或可见的未来38年)“精确”的弹塑性分析的精度与“粗 糙”的结果的可靠性对比2)两者结果应相互校核，如果“精 确”算法与“粗糙”算法有本质的偏 离，则“精确”的方法的结果是不 可靠的。44精选ppt3)美国、日本的研究、工程应用现状 美国单片剪力墙模型通过试验数据得 出，复杂的剪力墙等效为杆件。（OPENSEES,DRAIN 2D,IDARC 2D，SAP2000）日本高层建筑基本不采用剪力墙 结构，均为杆系。（CANNY）45精选ppt4)地震实测数据及实验室试验数据 是检验弹塑性分析是否合理的重 要标准。5)可靠的符合统计意义的弹塑性分 析是判别结构“大震不倒”的重要 标准。46精选ppt27.结结束束语语 国国际结际结构构设计设计名人的名人的忠告忠告：混凝土并非弹性均质材料，其受力理论并不十分明确。试图寻求“百分之百的计算精确度”，无疑是在浪费时间和金钱。美国G.P.Manning应用现代高效能计算机，是能对复杂的结构做出可靠的分析，但更需要运用正确的判断力。尤其是当我们把结构开拓成综合型、新材料和更大跨度的时候。美国林同炎结构设计是一门艺术，没有唯一解。只有不断地探索去寻求相对的最佳，而无绝对的最佳最优。英国Over Arup47精选ppt28.讲课时间讲课时间及内容安排及内容安排星期一星期一星星期期二二星期三星期三星星期期四四星期五星期五上午上午结结构构设计设计概念概念（一）（一）结结构抗震构抗震设计设计概念（一）概念（一）讨论讨论及及考考试试下午下午结结构构设计设计概念概念（二）（二）结结构抗震构抗震设计设计概念（二）概念（二）48精选ppt结结束束!49精选ppt