1.2高层修建结构作用效应的特点
1.2.1高层修建结构的受力特点
修建结构所受的外力(作用)主要来自垂直方向和程度方向 。在低、多层修建中,由于结构高度低、平面尺寸较大,其高宽比很小,而结构的风荷载和地震作用也很小,故结构以抵抗竖向荷载为主 。也即是说,竖向荷载往往是结构设计的主要控制因素 。
修建结构的这种受力特点跟着高度的增大而逐渐孕育发生厘革 。
在高层修建中,首先,在竖向荷载作用下,由图1.2.1-1所示的框架可知,各楼层竖向荷载所孕育发生的框架柱轴力为:
边柱N=wlH/2h
中柱N=wlH/h
即框架柱的轴力和修建结构的层数成正比;边柱轴力较中柱小,基本上与其受荷面积成正比 。即是说,由各楼层竖向荷载所孕育发生的累积效应很大,修建物层数越多,底层柱轴力越大;顶、底层柱轴力差异越大;中柱、边柱轴力差异也越大 。
其次,在程度荷载作用下,作为整体受力阐述,如果将高层修建结构简化为一根竖向悬臂梁,那么由图1.2.1-2、图1.2.1-3所示其底部孕育发生的倾复弯矩为:
程度均布荷载Mmax=qH2/2
倒三角形程度荷载Mmax= Qh3/3
即结构底部孕育发生的倾复弯矩与楼层总高度的平方成正比 。即是说,修建结构的高度越大,由程度作用对结构孕育发生的弯矩就更大,较竖向荷载对结构所孕育发生的累积效应增加更快,其孕育发生的结构内力占总结构内力的比重越大,从而成为结构强度设计的主要控制因素 。
1.2.2高层修建结构的变形特点
在竖向荷载作用下,高层修建结构的变形主要是竖向构件的压缩变形 。由于各竖向构件的应力巨细差别,因而其压缩变形巨细也差别 。在钢筋混凝土结构中,由于在施工历程中的找平,
同时由于各竖向构件的基底轴力巨细差别,若不合错误基底应力举行调解,也大概导致基础孕育发生不匀称沉降 。
在程度荷载作用下,高层修建结构最大的极点位移为:
程度均布荷载△max=qH4/8EI
倒三角形程度荷载△max= 11qH4/120EI
式中EI为结构的
从以上可看出,结构极点位移与其总高度的四次方成正比 。则又比程度荷载作用下的内力累积效应增加更快,这就说明,高层修建结构对结构的程度侧移是相当敏感的 。程度荷载作用下所引起的结构内力及侧移是高层修建结构设计的主要控制因素 。结构应具备较大的抗侧刚度,而不光仅餍足强度、刚度和稳定要求 。
在地震区,还要求修建物能抗震 。由于地震是一种瞬时作用,但作用所孕育发生的效应非常强烈,故结构的过大变形是不能制止的(这种变形在不孕育发生地震时是不允许的),这就要求结构有较好的延性,能在强烈地震作用下结构虽孕育发生较大变形而不破坏 。
2.3 我国现行范例中划定的主要限定尺度
1.风荷载作用下衡宇极点质心位置的侧移应H/500(总高),各层质心层间位移H/400(总高)且结构平面端部构件的最大侧移值不得凌驾质点侧移值的1.2倍 。
2.地震作用下,第一阶段抗震设防时在多遇地震作用下结构层间位移应≤h/250,且结构平面端部构件最大侧移值不得凌驾质心位置侧移的1.3倍 。敷衍框架—支撑(剪力板)体系中总框架所负担的地震剪力不得小于结构底部总剪力的25%,当对结构平面的两个主轴方向分别计算程度地震效应时,要求角柱和两个方向的支撑(或剪力墙板)所共有的柱构件应在这地震剪力的基础上再将杆件内力提高30%举行设计 。
3.在第二阶段抗震设计时结构层间位移应≤h/70,层间侧移延性比(指结构层间最大侧移与其弹性侧移之比)不得凌驾下表中限值:
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