2高层建筑结构方案

第二章高层建筑结构方案本章主要内容一、高层建筑结构体系二、高层建筑总体布置三、高层建筑的基础形式高层建筑结构体系1.框架结构2.剪力墙结构3.框架剪力墙结构4.框筒和筒中筒结构5.多筒体系6.各种体系适用的最大高度和高度范围1.框架结构（1）框架体系特点（2）框架体系侧向变形（3）典型的框架体系框架体系特点由梁、柱构件组成的结构优点：布置灵活、施工方便、整体性好，抗震性能较好，在高度不大的建筑中，是一种较好的体系。缺点：抗侧刚度小，侧向变形大框架体系侧向变形剪切型变形：框架梁柱都有反弯点，形成侧向变形。框架下部梁，柱内力大，层间变形大，越到上部变形越小。整个结构呈剪切型变形。弯曲型变形：侧移由柱的轴向变形产生，水平荷载作用下，柱的拉伸和压缩使结构出现侧移。这种侧移在上部各层较大，越到下部越小，整个结构成弯曲型变形。框架结构中，第一部分变形为主，随着高度增加，第二部分比例逐渐增大，合成以后仍呈现剪切型变形特性。典型的框架体系开间（1800，2700，3000,3300,3600,3900,4200,4500,6000，6600,7200）进深（3000,3600,4200,4800,5400,6000,6600,7200）柱距住宅设计办公楼设计教学楼设计一层平面图1AB储藏室42356储藏室C1上423561:10078910±0.00013121114AB78910C13121114NM1M2M2M2M2M2M3M3M3M3M3M3M4M4M4M4M4M4M4M4M4M4M4M4M4TLMTLMTLMM5M5M5M5M5M5M5M6M6M6M6M6M6M6M6M6M6M6M6M6M6C1C1C1C1C1C1C1C1C2C2C2C3C3C3C3C3C4C4C4C5C5C5C5YC1YC2YC3YC4YC5YC5YC5YC6YC7YC8YC9YC9YC7上M1上M1M21212剪力墙结构体系概念结构特点受力和变形特点使用扩展概念剪力墙—钢筋混凝土墙体承受竖向荷载和水平荷载，围护结构和房间分隔结构特点整体性好刚度大侧向变形小抗震性能好适合于较高的建筑平面布置不灵活结构自重大受力和变形特点侧向变形是弯曲型受弯为主的悬臂墙墙体承受水平力和竖向力剪力墙结构平面布置使用扩展底部大空间剪力墙跳层剪力墙结构将底层或下部几层部分剪力墙取消，形成部分框支剪力墙结构以扩大使用空间剪力墙和柱交替隔层布置结构措施落地剪力墙布置在中间或者两端底部墙厚度加大，提高混凝土强度等级减小上下层结构刚度差加强底层大空间与上部剪力墙过渡层的刚性底部大空间剪力墙示例框架—剪力墙结构概念受力特点：变形特点：框架—剪切变形剪力墙—弯曲变形各层剪力趋于均匀，各层梁柱截面尺寸和配筋也趋于均匀弯剪型框架结构中设置部分剪力墙剪力墙刚度大，承受大部分水平力（80%~90%），框架主要承担竖向荷载，提供较大使用空间框架—剪力墙协同工作计算简图框架变形总体变形剪力墙变形剪力墙结构平面布置剪力墙数量剪力墙布置与间距剪力墙数量1如何确定越多越好？控制变形（顶点位移，层间位移）抗侧移刚度剪力墙∑EI侧向位移剪力墙∑EI反比？工程实例表明：EI增加一倍，/H和/h仅减少13~19%（，为顶点位移和层间位移）原因：增加剪力墙的数量，抗弯刚度增加，结构刚度加大，地震作用也加大，因此过多的剪力墙数量是不经济的。怎样合适呢？一般工程中，以满足位移限制作为设置剪力墙数量的依据即可。剪力墙布置与间距剪力墙布置：将剪力墙分散一些，不宜仅设置一道，不宜少于3道，最好做成筒体形状。墙的形式可以采用一字型，或者L型，U字型布置非地震区，可以根据建筑物迎风面，风力大小设置剪力墙，纵横两个方向剪力墙可以不同。地震区，纵横两个方向剪力墙尽量接近。剪力墙要对称布置，减少结构扭转效应。剪力墙应该贯通全高，使结构上下刚度均匀。框筒和筒中筒结构框筒桁架筒筒中筒多筒体系成束筒矩形框架各种体系适用的最大高度常规高层（A级）超限高层（B级）超过表内高度的高层建筑，应该进行专门研究，采取必要的加强措施结构总体布置结构高宽比结构平面布置结构的竖向布置缝的设置和构造基础形式和基础埋深结构高宽比一般应将结构的高宽比H/B控制在（5~6）一下，H指建筑物地面到檐口的高度，B指建筑物短边的宽度。结构总体布置板式塔式房屋宽度较小，长度较大房屋长度宽度接近有利于抗震的平面布置平面布置简单，规则结构刚度中心和质量中心尽量重合刚度均匀抗震结构的平面选择规则，对称，形状简单重合部分过小，对抗震不利L/B宜小于4，不应该大于5（8度以上）或6（6度以上）两翼出土的部分不能太长L/B有限制，详见规范凸出部分不能太长L/B有限制，详见规范凸出部分不能太长L/B有限制，详见规范剪力墙，筒体宜对称布置结构的竖向布置刚度均匀连续破坏案例一（底层刚度小）：1972年美国圣菲南多8度震害中，奥利弗医疗中心，6层钢筋混凝土结构，一二层是钢筋混凝土柱，3~6层是钢筋混凝土墙，上部刚度约是下部刚度的10倍，造成严重震害，底层柱子严重酥裂，震后柱子侧移达到60CM。破坏案例二（顶部刚度突然减小）：天津南开大学主楼，7层框架结构，上面有3层塔楼，塔楼刚度突然发生变化。唐山地震时，下面7层框架无损伤，塔楼破坏严重，向南倾斜20cm，同年11月的宁河地震，塔楼彻底塌落。震害是刚度较小部位的“鞭梢效应”造成的。结构的竖向布置楼层刚度比抗震设计时，高层建筑相邻楼层的侧向刚度变化应符合下列规定：框架结构：式中：1—楼层侧向刚度比Vi，Vi+1，第i层和第i+1层地震剪力标准值i，i+1，第i层和第i+1层地震剪力标准值作用下的层间位移框架剪力墙，剪力墙，筒体结构，楼层与其相邻层的侧向刚度比应满足2—考虑层高修正的楼层侧向刚度比缝的设置和构造总体趋势：尽量少设或者不设缝影响立面效果，防水处理困难，室内装修处理困难，地震时相互碰撞解决办法：从总体布置上或构造上采取一些措施沉降缝高度悬殊部分，如主体结构和裙房，产生沉降差。过去的做法：设置沉降缝，将结构从顶到基础整个断开，使各部分自由沉降，避免沉降危害。但沉降缝使地下室构造复杂。目前结构上的处理措施：加强基础设计，减少总沉降量采用施工缝处理，施工时暂时断开，主体结构施工完成，已经完成大部分沉降量。例题：北京长城饭店，主体建筑18层，裙房3层，高层部分筏板基础，低层是独立基础。两者之间地梁连接，未设沉降缝。措施：高层与底层之间设后浇带，宽一米，混凝土后浇筑。高层部分预先比低层标高高4cm。将裙房坐在悬挑基础上，这种办法适用于地基土软弱，后期沉降量较大的地区。由于悬挑部分不宜太长，因此裙房范围不宜过大。伸缩缝结构长度过长，热胀冷缩伸缩缝将上部结构从顶到基础顶面断开。规范规定最大间距：框架结构55米，剪力墙结构45米伸缩缝解决方法：趋势：不设伸缩缝，从施工构造处理角度解决收缩应力问题。房屋长度可达100米。设后浇带混凝土早期收缩占总收缩的大部分，可适当选择对结构无严重影响的位置设后浇带，通常每隔30~40米设置一道。后浇带保留时间不小于一个月。带的宽度一般为800~1000mm，带内钢筋通常采用直通或者搭接做法，带两边混凝土浇筑前可以自由伸缩。抗震缝房屋平面复杂，各部分刚度，高度重量相差悬殊，会造成扭转或者复杂的应力状态，防震缝为了避免这种震害设置。设缝注意事项：尽量避免设缝，宽度问题避免设缝的方法：优化平面布置，平面布置有利于抗震。通过加强连接，避免抗震缝。如上图，把各个部分练成整体，可以不设缝。当必须设缝时，要满足宽度要求。基础形式桩基础筏板基础箱型基础