[教学]《高层修建混凝土结构技巧规程》（JGJ3）.ppt

高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2010,2,修订背景,3,修订背景,我国的工程规范每10年修订一次，高层建筑混凝土结构技术规程到了应该修订的时候。从规范颁布使用到现在，应用中发现了一些问题，有待研究解决。JGJ 3-2002颁布后，开展了一些研究和工程实践工作，为修订规范做准备,4,主要修订内容,5,竖向刚度和承载力突变的限制框架-剪力墙结构的分类与设计要求框架-核心筒结构、混合结构中框架承担剪力过小的规定短肢剪力墙的设计要求抗震性能设计,6,1 规程适用范围调整为10层及10层以上的住宅建筑结构和房屋高度大于28m的其他民用高层建筑结构,1.0.2 本规程适用于10 层及10 层以上或房屋高度超过28m 的住宅建筑结构和房屋高度大于24m 的其他高层民用建筑结构。非抗震设计和抗震设防烈度为6 至9 度抗震设计的高层民用建筑结构，其适用的房屋最大高度和结构类型应符合本规程的有关规定。本规程不适用于建造在危险地段的高层建筑结构。民用建筑设计通则（GB 50352-2005）规定：10层及10层以上的住宅建筑和建筑高度大于24m的其他民用建筑（不含单层公共建筑）为高层建筑；高层民用建筑设计防火规范GB50045-95（2005版）规定:10层及10层以上的居住建筑和建筑高度超过24m的公共建筑为高层建筑。建筑高度大于24m的非住宅类公共建筑结构，其层数虽然不到10层，但层高比较高，建筑内部的空间比较大，为适应结构设计的需要，有必要将这类结构纳入到本规程的适用范围。,7,2 引入结构抗震性能设计要求和方法适用范围,1.0.3 抗震设计的高层建筑混凝土结构，当其房屋高度、规则性、结构类型、场地条件或抗震设防标准等有特殊要求时，可采用结构抗震性能设计方法进行分析和论证。新增条文，提出抗震性能设计概念。结构抗震性能设计(1)“超限高层建筑结构”；(2)不属于“超限高层建筑结构”，但其规则性、结构类型也存在不符合本规程有关规定的情况；(3)位于高烈度区（8度、9度）的甲、乙类设防标准的工程或处于抗震不利地段的工程。出现难以确定抗震等级或难以直接按本规程进行抗震设计的情况。为适应此类工程设计的需要，本条规定可采用结构抗震性能设计方法进行分析和论证。,8,2 引入结构抗震性能设计要求和方法主要工作,3.11.1 结构抗震性能设计应分析结构方案不符合抗震概念设计的情况、选用适宜的结构抗震性能目标，并分析论证结构设计与结构抗震性能目标的符合性。结构抗震性能目标应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等各项因素选定。结构抗震性能目标分为A、B、C、D 四个等级，结构抗震性能分为1、2、3、4、5五个水准（表3.11.1），每个性能目标均与一组在指定地震地面运动下的结构抗震性能水准相对应。结构抗震性能设计的三项主要工作:分析结构方案不符合抗震概念设计的情况和程度;选用抗震性能目标；计算分析和工程判断,9,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,表3.11.1 结构抗震性能目标,性能水平1：完好、无损坏性能水平2：基本完好、轻微损坏；性能水平3：轻度损坏 性能水平4：中度损坏 性能水平5：比较严重损坏,10,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,本条规定了结构抗震性能设计的三项主要工作。1.分析结构方案不符合抗震概念设计的情况和程度 国内、外历次大地震的震害经验已经充分说明，抗震概念设计是决定结构抗震性能的重要因素。按本节要求采用抗震性能设计的工程，一般不能完全符合抗震概念设计的要求。结构工程师应根据本规程第3章(基本规定)以及第612章(各类结构抗震设计方法)有关抗震概念设计的规定，与建筑师协调，改进结构方案，尽量减少结构不符合概念设计的情况和程度，不应采用严重不规则的结构方案。对于特别不规则结构，可按本节规定进行抗震性能设计，但需慎重选用抗震性能目标，并通过深入的分析论证。,11,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,2.选用抗震性能目标 本条提出A、B、C、D四级结构抗震性能目标和五个结构抗震性能水准（1、2、3、4、5）。地震地面运动一般分为三个水准，即多遇地震（小震）、设防烈度地震（中震）及预估的罕遇地震（大震）。A、B、C、D四级性能目标的结构，在小震作用下均应满足第1抗震性能水准，即满足弹性设计要求；在中震或大震作用下，四种性能目标所要求的结构抗震性能水准有较大的区别。,12,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,A级性能目标是最高等级，中震作用下要求结构达到第1抗震性能水准（完好、无损坏），大震作用下要求结构达到第2 抗震性能水准（基本完好、轻微损坏），即结构仍处于基本弹性状态；B级性能目标，要求结构在中震作用下满足第2抗震性能水准（基本完好、轻微损坏），大震作用下满足第3抗震性能水准(轻度损坏)，结构仅有轻度损坏；C级性能目标，要求结构在中震作用下满足第3抗震性能水准(轻度损坏)，大震作用下满足第4抗震性能水准(中度损坏)，结构中度损坏；D级性能目标是最低等级，要求结构在中震作用下满足第4 抗震性能水准(中度损坏)，大震作用下满足第5性能水准(比较严重损坏)，结构有比较严重的损坏，但不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。,13,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,选用性能目标时，需综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等因素。鉴于地震地面运动的不确定性以及对结构在强烈地震下非线性分析方法（计算模型及参数的选用等）存在不少经验因素，缺少从强震记录、设计施工资料到实际震害的验证，对结构抗震性能的判断难以十分准确，尤其是对于长周期的超高层建筑或特别不规则结构的判断难度更大，因此在性能目标选用中宜偏于安全一些。,14,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,举 例 特别不规则的超限高层建筑或处于不利地段场地的特别不规则结构，可考虑选用A级性能目标；房屋高度或不规则性超过本规程适用范围很多时，可考虑选用B级或C级性能目标；房屋高度或不规则性超过适用范围较多时，可考虑选用C级性能目标；房屋高度或不规则性超过适用范围较少时，可考虑选用C级或D级性能目标。以上仅仅是举些例子，实际工程情况很多，需综合考虑各项因素，所选用的性能目标需征得业主的认可。,15,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,3.结构抗震性能分析论证的重点是深入的计算分析和工程判断，找出结构有可能出现的薄弱部位，提出有针对性的抗震加强措施，必要的试验验证，分析论证结构可达到预期的抗震性能目标。一般需要进行如下工作：1）分析确定结构超过本规程适用范围及不符合抗震概念设计的情况和程度；2）认定场地条件、抗震设防类别和地震动参数；3）深入的弹性和弹塑性计算分析（静力分析及时程分析）并判断计算结果的合理性；,16,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,4）找出结构有可能出现的薄弱部位以及需要加强的关键部位，提出有针对性的抗震加强措施；5）必要时，还需进行构件、节点或整体模型的抗震试验，补充提供论证依据，例如对本规程未列入的新型结构方案又无震害和试验依据或对计算分析难以判断、抗震概念难以接受的复杂结构方案；6）论证结果能满足所选用的抗震性能目标的要求。,17,2 引入结构抗震性能设计要求和方法性能水准,3.11.2 结构抗震性能水准可按表3.11.2 进行宏观判别，各种性能水准结构的楼板均不应出现受剪破坏。,表3.11.2 各性能水准结构预期的震后性能状况,18,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,本条表3.11.2 列出了五个性能水准结构地震后的预期性能状况，包括损坏情况及继续使用的可能性，据此可对各性能水准结构的抗震性能进行宏观判断。本条所说的“关键构件”可由结构工程师根据工程实际情况分析确定。关键构件举例 水平转换构件及其支承结构、大跨连体结构的连接体及其支承结构、大悬挑结构的主要悬挑构件、加强层伸臂和周边环带结构中的某些关键构件及其支承结构、长短柱在同一楼层且数量相当时该层各个长短柱、细腰型平面很窄的连接楼板、扭转变形很大部位的竖向（斜向）构件等。,19,2 引入结构抗震性能设计要求和方法计算设计,3.11.3 不同抗震性能水准的结构设计可按下列规定进行：1 第1 性能水准的结构，应满足弹性设计要求。小震作用下，其承载力和变形应符合本规程的有关规定；在中震作用下，全部结构构件的抗震承载力宜符合下式要求：（3.11.3-1）式中：地震作用标准值的构件内力，不需乘以与抗震等级有关的增大系数。第1 性能水准:无损坏,20,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,第1 性能水准结构，要求全部构件的抗震承载力满足弹性设计要求。小震作用下，结构的层间位移、全部结构构件的承载力及结构整体稳定等均应满足本规程有关规定；结构构件的抗震等级不宜低于本规程的有关规定，需要特别加强的构件可适当提高抗震等级，已为特一级的不再提高。中震或大震作用下，构件承载力需满足弹性设计要求，如式（3.11.3-1），式中构件组合内力计算中不计入风荷载作用效应的组合，地震作用标准值的构件内力计算中不需要乘以与抗震等级有关的增大系数。,21,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,2 第2 性能水准的结构，在中震或大震作用下，竖向构件及关键构件的抗震承载力宜符合弹性设计要求:耗能构件的受剪承载力宜符合弹性设计要求，其正截面承载力宜符合下式要求：（3.11.3-2）式中：材料强度标准值计算的截面承载力。第2性能水准：基本完好、轻微损坏；标准值复核,22,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,第2 性能水准结构的设计要求与第1 性能水准结构的差别是，框架梁、剪力墙连梁等耗能构件的正截面承载力（抗弯）只需要满足式（3.11.3-2）的要求，即满足“屈服承载力设计”。“屈服承载力设计”是指构件按材料强度标准值计算的承载力Rk不小于按重力荷载及地震作用标准值计算的构件组合内力，作用分项系数（）及抗震承载力调整系数，均取1.0。,23,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,3 第3 性能水准的结构应进行弹塑性分析，在中震或大震作用下，竖向构件及关键部位构件的正截面承载力宜满足式（3.11.3-2）的要求:（3.11.3-2）竖向构件及关键部位构件受剪承载力宜满足式（3.11.3-1）的要求；部分耗能构件进入屈服阶段，但抗剪承载力宜满足式（3.11.3-2）的要求。大震作用下，结构薄弱部位的最大层间位移角应满足本规程第3.7.5 条的规定(弹塑性变形验算)。第3性能水准：轻度损坏；标准值复核或设计值复核,24,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,第3 性能水准结构，允许部分框架梁、剪力墙连梁等耗能构件进入屈服阶段，竖向构件及关键构件承载力需满足“屈服承载力设计”的要求。整体结构进入弹塑性状态，应进行弹塑性分析。为方便设计，允许采用弹性方法计算竖向构件及关键部位构件的组合内力（），计算中可适当考虑结构阻尼比的增加（增加值一般不大于0.02）以及剪力墙连梁刚度的折减（刚度折减系数一般不小于0.4）。实际工程设计中，可以先对底部加强部位和薄弱部位的竖向构件承载力按上述方法计算，再通过弹塑性分析校核全部竖向构件(要求均未屈服)。,25,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,4 第4 性能水准的结构应进行弹塑性计算分析，在中震或大震作用下，关键构件的抗震承载力宜满足式（3.11.3-2）的要求：部分竖向构件以及大部分耗能构件进入屈服阶段，但钢筋混凝土构件的受剪截面应满足式（3.11.3-3）的要求，钢-混凝土组合剪力墙的受剪截面应满足式（3.11.3-4）的要求。大震作用下，结构薄弱部位的最大层间位移角应符合本规程3.7.5 条的规定(弹塑性变形验算)。（3.11.3-3）（3.11.3-4）第4 性能水准:中度损坏；标准值复核,26,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,第4 性能水准结构，关键构件承载力仍需满足“屈服承载力设计”的要求，允许部分竖向构件及大部分框架梁、剪力墙连梁等耗能构件进入屈服阶段，但构件的受剪截面应满足截面限制条件，这是防止构件不发生脆性受剪破坏的最低要求。式（3.11.3-3）和（3.11.3-4）中，可按弹塑性计算结果取值，也可按弹性方法计算结果取值（一般情况下，此取值是偏于安全的）。结构的抗震性能必需通过弹塑性计算加以深入分析，例如：弹塑性层间位移角、构件屈服的次序及塑性铰分布、结构的薄弱部位、整体结构的承载力不发生下降等。整体结构的承载力可通过静力弹塑性方法进行估计。,27,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,5 第5 性能水准的结构应进行弹塑性计算分析，在大震作用下，关键构件的抗震承载力宜满足式（3.11.3-2）的要求；较多的竖向构件进入屈服阶段，但不允许同一楼层的竖向构件全部屈服；竖向构件的受剪截面应满足式（3.11.3-3）或（3.11.3-4）的要求；允许部分耗能构件发生比较严重的破坏；结构薄弱部位的最大层间位移角应符合本规程第3.7.5 条的规定(弹塑性变形验算)。第5水准：比较严重损坏,28,第5 性能水准结构与第4 性能水准结构的差别在于允许比较多的竖向构件进入屈服阶段，并允许部分“梁”等耗能构件发生比较严重的破坏。结构的抗震性能必需通过弹塑性计算加以深入分析，尤其应注意避免同一楼层的全部竖向构件进入屈服并宜控制整体结构的承载力不发生下降。如整体结构的承载力发生下降，也应控制下降的幅度不超过5%。第5水准：比较严重损坏,29,2 引入结构抗震性能设计要求和方法弹塑性计算,3.11.4 结构弹塑性计算分析应符合下列要求：1 高度不超过150m 的高层建筑可采用静力弹塑性分析方法；高度超过200m 时，应采用弹塑性时程分析法；高度在150200m 之间，可视结构不规则程度选择静力或时程分析法。高度超过300m 的结构或新型结构或特别复杂的结构，应由两个不同单位进行独立的计算校核；2 弹塑性计算分析应以混凝土构件的实际配筋、型钢和钢构件的实际截面规格为基础，不应以估算的配筋和钢构件替代；,30,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,3 复杂结构应进行施工模拟分析，应以施工全过程完成后的内力为初始状态；4 弹塑性时程分析宜采用双向或三向地震输入，计算结果宜取多组波计算结果的包络值；5 应对计算分析结果进行合理性判断。,31,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,结构抗震性能设计时，弹塑性分析计算是很重要的手段之一。1 静力弹塑性方法和弹塑性时程分析法各有其优缺点和适用范围。本条对静力弹塑性方法的适用范围放宽到150m 或200m 非特别不规则的结构，主要考虑静力弹塑性方法计算软件设计人员比较容易掌握，对计算结果的工程判断也容易一些。对于高度在150200m 的特别不规则结构以及高度超过200m 的房屋应采用弹塑性时程分析法。对高度超过300m的结构或新型结构或特别复杂的结构，为使弹塑性时程分析计算结果的合理性有较大的把握，本条规定需要由两个不同单位进行独立的计算校核。,32,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,2.结构各截面尺寸、配筋以及钢构件的截面规格将直接影响弹塑性分析的计算结果。因此，计算中应按实际情况输入信息。3.对复杂结构进行施工模拟分析是十分必要的。弹塑性分析应以施工全过程完成后的静载内力为初始状态。当施工方案与施工模拟计算不同时，应重新调整相应的计算。,33,2 引入结构抗震性能设计要求和方法,4.采用弹塑性时程分析的结构，其高度一般在200m以上或结构体系新型复杂。为比较有把握地检验结构可能具有的实际承载力和相应的变形，宜取多组波计算结果的最大包络值。计算中输入地震波较多时可取平均值（如美国加利福尼亚州超限审查文件中要求输入7组地震波）。5.弹塑性计算分析是结构抗震性能设计的一个重要环节。然而，现有分析软件的计算模型以及恢复力特性、结构阻尼、材料的本构关系、构件破损程度的衡量、有限元的划分等均存在较多的人为经验因素。因此，弹塑性计算分析首先要了解分析软件的适用性，选用适合于所设计工程的软件，然后对计算结果的合理性进行分析判断。工程设计中有时会遇到计算结果出现不合理或怪异现象，需要结构工程师与软件编制人员共同研究解决。,34,性能设计小结,选适宜的性能目标按第3.11.3条建议方法，分别对各结构性能水准进行计算(承载力和变形计算),