《设计基本原则》PPT课件

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1、第三章高层建筑结构设计原则设计高层建筑结构与一般建筑结构相同，分别计算各种荷载作用下的内力和位移，然后从不同情况的荷载组合中找到最不利内力和位移，进行结构计算与设计。为了保证结构的安全和正常使用，结构在荷载作用下应有足够的承载力及刚度，较高的建筑结构抗风要考虑舒适度要求，抗震结构还要满足延性要求等。在高层建筑结构设计中，合理地选用计算分析方法、计算模型和相关参数；选用正确的计算分析软件；检验和判断计算结果的合理性和可靠性，是保证结构安全的重要环节。第一节高层建筑结构分析一、结构弹性及弹塑性分析由于地震作用与风荷载的性质不同，结构设计的要求和方法也不

2、同。风力作用时间较长，发生的机会也多，一般要求风荷载作用下结构处于弹性阶段，不允许出现大变形，装修材料和结构均不允许出现裂缝，人不应有不舒服感等。而地震发生的机会少，作用时间短，一般为几秒到几十秒，但地震作用强烈。如果要求结构在所有的地震作用下都处于弹性阶段，势必要使结构多用材料，很不经济。我国《混凝土结构设计规范》GB50010－2002规定，在风荷载作用下，建筑结构的内力及位移分析采用弹性计算方法。抗震设计的两阶段设计计算方法不同，第一阶段内力及位移分析采用弹性计算方法；第二阶段采用弹塑性时程分析方法校核变形。为了实现三个烈度水准抗震设防目标“

3、小震不坏，中震可修，大震不倒”，《抗震规范》提出了二阶段抗震设计方法：第一阶段:小震作用下的结构设计阶段。内容包括：确定结构方案和结构布置，用小震(众值烈度地震)作用计算结构的弹性位移和构件内力，进行结构变形验算，极限状态方法设计截面配筋，进行截面承载力抗震验算，按延性和耗能要求，采取相应的抗震构造措施，做到“小震不坏，中震可修”。第二阶段:罕遇地震作用下薄弱部位弹塑性变形验算阶段。如果层间变形超过允许值，应修改设计，直到满足变形要求为止。现行《抗震规范》并未要求对一般高层建筑结构进行第二阶段验算。但是，对于高度较大，或者是超过规程规定的最大适用高

4、度的建筑，用弹塑性时程分析法进行第二阶段的变形验算是一种有效的校核设计的手段。二、结构静力及动力分析建筑结构的力学分析，主要包括结构静力分析和动力分析。首先对结构进行静力计算，然后分析结构的动力特性，进而分析结构的变形及内力；需要时再对结构进行时程分析。静力分析是指在结构上加静力荷载，即用不变的荷载进行内力和位移的计算。因此，结构内力与位移当然也是不变的，所有内力符合平衡条件，所有位移符合变形协调条件。竖向恒载与活载，风荷载作用下的计算都是静力计算。动力分析是指外力作用是随时间而变化的（如地震作用）。因此，位移与内力也是随时间而变化的。但是，目前的

5、地震作用计算方法采用的反应谱方法，是指把结构动力问题简化成各个振型的静力分析，再把每个振型的计算结果按一定的法则(SRSS方法或CQC方法)组合起来，所以又称为拟静力方法。我国现在通用的说法是把动力特性的分析叫做“动力分析”，它包括周期(频率)与振型的计算。动力特性分析及振型组合的计算都是弹性计算，其计算基本假定、计算简图都与静力计算相同。时程分析法就是动力分析方法，即通过动力分析求得结构的运动状态(位移、速度、加速度)，再由每个时刻的位移求出每个时刻构件的内力和变形。时程分析方法可分为弹性时程分析法与弹塑性时程分析法。它是用地震波作为地面运动输入

6、，作用在结构底部固定端，通过逐步积分法求解动力方程，得到结构随时间变化的动力反应，包括构件内力、变形、层间位移等，还能得到屈服构件的位置，塑性铰的发展过程等。它既考虑了地震动的振幅、频率和持续时间三要素，又考虑了结构的动力特性，是一种先进的直接动力计算方法。目前时程分析法还难以在建筑结构的抗震计算中普遍采用，主要原因是：①、对于弹性结构，不同构件的最大内力值不在同一时刻出现，弹性时程分析得到的构件内力难以用于承载力验算；②、输入不同的地震加速度时程，结构的反应不同；③、缺少便于工程应用的弹塑性时程分析程序。三、结构水平荷载作用高层建筑和高耸结构上的

7、作用包括竖向荷载和水平荷载与作用。与一般结构不同的是：在高层建筑结构设计中水平荷载与作用占据主导和控制地位。水平荷载与作用主要包括风荷载和地震作用，有时考虑风荷载的荷载组合起控制作用。实际风荷载和地震作用的方向是任意不定的。在结构受力分析中，为了简化计算，仅对结构平面内有限的几个轴线方向进行分析。《混凝土结构设计规范》规定：结构计算只考虑x、y两个正交方向作用的水平力，各方向风荷载与水平地震作用全部由该方向抗侧力结构承担。x、y方向通常是指建筑结构的主轴方向，水平力在主轴方向作用时，只产生主轴方向的位移，且位移最大。主轴是一对正交的轴，在大多数规则

8、形状的结构中，主轴是很容易确定的（一个平面可能有多组主轴）。凡是具有对称轴的平面，其对称轴方向及其正交方向即主轴方向，在主