福州大学-第2章-结构体系与结构布置

高层建筑结构设计第2章结构体系与结构布置主要内容：主要内容2.1结构体系2.2结构总体布置2.3高层建筑的楼盖结构2.4高层建筑的抗震等级及概念设计2.1结构体系问题：高层建筑主要有几种结构体系？高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、框剪、筒体等，由它们可以组成多种结构体系。框架结构剪力墙结构筒体结构带加强层的高层建筑结构框架-核心筒结构框架-剪力墙结构2.1结构体系2.1.2各种结构体系的最大适用高度和适用的最大高宽比1、最大适用高度（参考课本）Ａ级高度的钢筋混凝土高层建筑是指符合表2.1.1高度限值的建筑，也是目前数量最多，应用最广泛的建筑；Ｂ级高度的高层建筑是指较高的（其高度超过表2.1.1规定的高度）、设计上有严格要求高层建筑，其最大适用高度应符合表2.1.2的规定。2.1结构体系2.1结构体系2、适用的最大高宽比（参考课本）房屋的高宽比愈大，水平荷载作用下的侧移愈大，抗倾覆作用的能力愈小。因此，应控制房屋的高宽比，避免设计高宽比很大的建筑物。注：按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比；对带有裙房的高层建筑，当裙房的面积和刚度相对于其上部塔楼的面积和刚度较大时，计算高宽比时房屋的高度和宽度可按裙房以上部分考虑。2.2结构总体布置2.1.3结构平面布置（参考课本）1、基本要求高层建筑的结构平面布置，应有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，受力明确，传力直接，力求均匀对称，减少扭转的影响。1)在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。高层建筑结构总体布置包括：结构平面布置和结构竖向布置问题：高层建筑结构总体布置有何要求？（了解）2.2结构总体布置2）高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。对抗风有利的平面形状是简单、规则的凸平面。例如：圆形、正多边形、椭圆形、鼓形等平面。对抗风不利的平面是有较多凹、凸的复杂平面形状，如Ｖ形，Ｙ形、Ｈ形、弧形等平面。对抗风有利的平面形状2.2结构总体布置3）抗震设计的Ａ级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心；平面长度L不宜过长，突出部分长度l不宜过大；不采用角部重叠或细腰形平面图形。2.2结构总体布置4)抗震设计的Ｂ级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑，其平面布置应简单、规则，减少偏心。注：Ｂ级高度钢筋混凝土高层建筑和混合结构高层建筑的最大适用高度较高，复杂高层建筑的竖向布置已不规则，这些结构的地震反应较大，故对其平面布置的规则性应要求更严一些。5)结构平面布置应减少扭转的影响。平面不规则、质量中心与刚度中心偏心较大和抗扭刚度太弱的结构，其震害严重。注：对结构的扭转效应从以下两个方面加以限制：（1）限制结构平面布置的不规则性，避免质心与刚心存在过大的偏心。（2）结构的抗扭刚度不能太弱。楼面凹入或开洞尺寸不宜大于楼面宽度的一半；开洞总面积不宜超过楼面面积的30%；任何方向的最小净宽度不宜小于5m，且开洞后每一边的楼板净宽不应小于2m2、对楼板开洞的限制楼板开洞不利于抗震，削弱部位容易产生震害2.2结构总体布置3、变形缝的设置1）缝的分类：沉降缝、伸缩缝和防震缝。2）设缝的优缺点：优点：用缝将复杂建筑分为规则的部分，或减小温度应力。缺点：影响建筑使用功能；立面处理不便；基础防水不易处理等。３）趋势：目前趋势是避免设缝，或尽可能少设缝。2.2结构总体布置3）沉降缝（1）设缝：高层建筑的主体结构周围常设置裙房，它们与主体结构的重量相差悬殊，会产生相当大的沉降差。这时可用沉降缝将二者分成独立的结构单元，使各部分自由沉降。（2）不设缝：需采取以下措施：A、采用桩基，桩支承在基岩上；或采取减少沉降的有效措施并经计算，沉降差在允许范围内。B、楼与裙房采用不同的基础形式。C、先施工主楼，后施工裙房，使两者最终沉降量一致。D、将裙房坐在悬挑基础上。2.2结构总体布置4）伸缩缝由温度变化引起的结构内力称为温度应力，使房屋产生裂缝，影响正常使用，底部数层和顶部数层较为明显。伸缩缝可减少温度应力。《高层规程》规定了伸缩缝的最大间距增大伸缩缝间距的措施，（1）增加顶层、底层、山墙等部位的配筋;（2）采用有效隔热措施;（3）使用混凝土添加剂等减少收缩;（4）施工中预留后浇带；（5）上部改变结构形式或局部(顶部）设伸缩缝;（６）增大楼板配筋或采用预应力楼板等。注：（1）施工后浇带的作用在于减小混凝土的收缩应力，提高建筑物对温度应力的耐受能力，并不直接减少温度应力。（2）后浇带，应通过建筑物的整个横截面，将全部墙、梁和楼板分开；在后浇带处，板、墙钢筋应采用搭接接头（图2.2.6），梁主筋可不断开；后浇带应从结构受力较小的部位曲折通过，不宜在同一平面内通过；一般情况下，后浇带可设在框架梁和楼板的1/3跨处，设在剪力墙洞口上方连梁跨中或内外墙连接处。5）防震缝（1）设缝的优点：地震作用下，复杂高层结构会产生扭转及复杂的振动形式，并在房屋的连接薄弱部位造成损坏，宜通过设缝将复杂建筑分为规则建筑。（2）设缝的缺点：地震作用时，防震缝两侧的房屋很容易发生碰撞而造成震害。（3）防震缝宽度为防止缝两侧建筑的碰撞，缝必须留有足够的宽度。防震缝最小宽度为：框架结构：≤15ｍ时，取70mm；＞15ｍ时，每增加2~5m，加宽20mm；2.2结构总体布置框架-剪力墙结构：取上述规定的70%,但不小于70mm。剪力墙结构：取框架结构的50%，但不小于70mm。缝两侧结构体系不同时，缝宽按不利的结构类型确定。（4）抗震设防的建筑，其伸缩缝，沉降缝宽度均应符合防震缝宽度的要求。（5）在相邻的高、低结构之间设置防震缝时，不应采取牛腿托梁的做法设置防震缝。2.2结构总体布置问题：三缝的主要区别？什么情况下设置？不设缝时应采取什么措施？沉降缝伸缩缝防震缝避免地震时结构间的相互碰撞注：必要时可以三缝合一。避免主体与裙房过大的沉降差减小结构温度应力2.2结构总体布置2.1.4结构竖向布置高层建筑结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化宜均匀、连续,不应突变。竖向布置应符合下列要求：1）竖向宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收；侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化；不应采用竖向布置严重不规则的结构。2.2结构总体布置2）抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。注：楼层的侧向刚度可取该楼层剪力与该楼层层间侧移的比值。2.2结构总体布置3）为防止结构出现薄弱层，A级高度高层建筑楼层层间的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑楼层层间的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的75%。4）抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。2.2结构总体布置5）当结构上部楼层相对于下部楼层有收进、或外挑时，应满足：（1）当上部楼层有收进，且H1/H之比大于0.2时，B1宜小于B的0.75倍；（2）当上部楼层有外挑时，B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。2.2结构总体布置6）结构顶层取消部分墙、柱形成空旷房间时，其楼层侧向刚度和承载力与其下部楼层相差较多，形成刚度和承载力突变，此时应进行详细的计算分析，并采取有效的构造措施。如用弹性动力时程分析进行补充计算、沿柱子全长加密箍筋、大跨度屋面构件要考虑竖向地震作用效应等。7）高层建筑设置地下室，可利用土体的侧压力防止水平力作用下结构的滑移、倾覆，减轻地震作用对上部结构的影响；还可降低地基的附加压力，提高地基的承载能力。震害经验也表明，有地下室的高层建筑，其震害明显减轻。因此，高层建筑宜设地下室，而且同一结构单元应全部设置地下室，不宜采用部分地下室，地下室应有相同的埋深。2.3高层建筑的楼盖结构及基础2.2.1楼盖结构选型1、分类：现浇楼盖、装配式楼盖2、选型2.2高层建筑的楼盖结构及基础2.3高层建筑的楼盖结构及基础2.2.2楼盖构造要求2.2.3基础形式及埋置深度高层建筑基础占的工程量大、造价高、消耗的材料多，对建筑物施工工期也影响很大。一般9一16层民用高层住宅的工期占总工期的1／3左右，造价也占总造价的l／3左右。因此，基础设计对高层建筑的经济技术指标有较大的影响。基础设计应满足要求：1）沉降：基础的总沉降量和差异沉降量满足规范规定的允许值；2）承载力：满足天然地基或复合地基承载力及桩基承载力的要求；3）防水：地下结构满足建筑防水的要求；4）影响：尽可能避免或减轻对毗邻房屋或市政设施的影响；5）经济：应考虑综合经济效益，不仅考虑基础本身的用料和造价，还应考虑土方、降水、施工条件和工期等因素。2.3高层建筑的楼盖结构及基础1、基础形式高层建筑应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。基础的选型应根据上部结构情况、工程地质、施工条件等因素综合考虑确定。1）单独柱基适用于层数不多，地基土质较好的框架结构。2）一般宜采用整体性好和刚度大的筏形基础、交叉梁基础、箱形基础。3）当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础。4）当表层土质较差时，为了利用较深的坚实土层，减少沉降量，提高基础嵌固程度，可以采用桩基，成为桩筏基础或桩箱基础。2.3高层建筑的楼盖结构及基础2、基础埋置深度1）埋置深度可从室外地坪算至基础底面。2）在确定埋置深度时，应考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。(1)当采用天然地基或复合地基时，埋置深度可取房屋高度的1/15；(2)当采用桩基础时，埋置深度可取房屋高度的1/18（桩长不计在内）；(3)当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定性及基础底面与地基之间零应力区面积不超过限值的前提下，基础埋置深度可不受上述条件的限制,但应验算倾覆和滑移。3）高层建筑基础必须有足够的埋置深度，主要是考虑：(1)防止基础发生滑移和倾斜，提高基础的稳定性。(2)增大埋深，可以提高地基的承载力，减少基础的沉降量。(3)增大埋深后，地面运动时，阻尼增大，可减轻震害。2.3高层建筑的抗震等级及概念设计建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别：甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑，丁类建筑应属于抗震次要建筑。丁类建筑应属于抗震次要建筑。2.3高层建筑的抗震等级及概念设计甲类、乙类建筑：当本地区的抗震设防烈度为6～8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求；当本地区的设防烈度为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。当建筑场地为Ⅰ类时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施；丙类建筑：应符合本地区抗震设防烈度的要求。当建筑场地为Ⅰ类时，除6度外，应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施。抗震设计时，结构构件应根据设防烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。2.3高层建筑的抗震等级及概念设计