导图社区 建筑结构与选型思维导图
一篇关于建筑结构与选型思维导图,包含简体结构设计、复杂高层建筑结构设计等。
编辑于2023-11-20 16:49:51时间管理-读书笔记,通过学习和应用这些方法,读者可以更加高效地利用时间,重新掌控时间和工作量,实现更高效的工作和生活。
本书是法兰教授的最新作品之一,主要阐明了设计史的来源、设计史现在的状况以及设计史的未来发展可能等三个基本问题。通过对设计史学科理论与方法的讨论,本书旨在促进读者对什么是设计史以及如何写作一部好的设计史等问题的深入认识与反思。
《计算机组成原理》涵盖了计算机系统的基本组成、数据的表示与运算、存储系统、指令系统、中央处理器(CPU)、输入输出(I/O)系统以及外部设备等关键内容。通过这门课程的学习,学生可以深入了解计算机硬件系统的各个组成部分及其相互之间的连接方式,掌握计算机的基本工作原理。
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结构与选型
混合结构设计
一般规定
混合结构高层建筑适用的最大高度宜符合表11.1.2的要求。
混合结构高层建筑的高宽比不宜大于表11.1.3的规定。
混合结构在风荷载及地震作用下,按弹性方法计算的最大层间位移与层高的比值△u/h不宜超过表11.1.4的规定。
抗震设计时,钢框架-钢筋混凝土筒体结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小者;型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体各层框架柱所承担的地震剪力应符合本规程第8.1.4条的规定。
结构布置和结构设计
混合结构的平面布置应符合下列规定:
建筑平面的外形宜简单规则,宜采用方形、矩形等规则对称的平面,并尽量使结构的抗侧力中心与水平合力中心重合。建筑的开间、进深宜统一。
筒中筒结构体系中,当外围钢框架柱采用H形截面柱时,宜将柱截面强轴方向布置在外围筒体平面内;角柱宜采用十字形、方形或圆形截面;
楼盖主梁不宜搁置在核心筒或内筒的连梁上。
混合结构的竖向布置宜符合下列要求:
结构的侧向刚度和承载力沿竖向宜均匀变化,构件截面宜由下至上逐渐减小,无突变;
当框架柱的上部与下部的类型和材料不同时,应设置过渡层;
对于刚度突变的楼层,如转换层、加强层、空旷的顶层、顶部突出部分、型钢混凝土框架与钢框架的交接层及邻近楼层,应采取可靠的过渡加强措施;
钢框架部分采用支撑时,宜采用偏心支撑和耗能支撑,支撑宜连续布置,且在相互垂直的两个方向均宜布置,并互相交接;支撑框架在地下部分,宜延伸至基础。
混合结构体系的高层建筑,7度抗震设防且房屋高度不大于130m时,宜在楼面钢梁或型钢混凝土梁与钢筋混凝土筒体交接处及筒体四角设置型钢柱;7度抗震设防且房屋高度大于130m及8、9度抗震设防时,应在楼面钢梁或型钢混凝土梁与钢筋混凝土筒体交接处及筒体四角设置型钢柱。
混合结构体系的高层建筑,应由钢筋混凝土筒体承受主要的水平力,并应采取有效措施,保证钢筋混凝土筒体的延性。
混合结构中,外围框架平面内梁与柱应采用刚性连接;楼面梁与钢筋混凝土筒体及外围框架柱的连接可采用刚接或铰接。
钢框架-钢筋混凝土筒体结构中,当采用H形截面柱时,宜将柱截面强轴方向布置在外围框架平面内;角柱宜采用方形、十字形或圆形截面。
混合结构中,可采用外伸桁架加强层,必要时可同时布置周边桁架。外伸桁架平面宜与抗侧力墙体的中心线重合。外伸桁架应与抗侧力墙体刚接且宜伸入并贯通抗侧力墙体,外伸桁架与外围框架柱的连接宜采用铰接或半刚接。
当布置有外伸桁架加强层时,应采取有效措施,减少由于外柱与混凝土筒体竖向变形差异引起的桁架杆件内力的变化。
楼面宜采用压型钢板现浇混凝土组合楼板、现浇混凝土楼板或预应力叠合楼板,楼板与钢梁应可靠连接。
对于建筑物楼面有较大开口或为转换楼层时,应采用现浇楼板。对楼板开口较大部位宜采用考虑楼板变形的程序进行内力和位移计算,或采取设置刚性水平支撑等加强措施。
在进行弹性阶段的内力和位移计算时,对钢梁及钢柱可采用钢材的截面计算,对型钢混凝土构件的刚度可采用型钢部分刚度与钢筋混凝土部分的刚度之和。
在进行结构弹性分析时,宜考虑钢梁与混凝土楼面的共同作用,梁的刚度可取钢梁刚度的1.5~2.0倍,但应保证钢梁与楼板有可靠的连接。
内力和位移计算中,设置外伸桁架的楼层应考虑楼板在平面内的变形。
竖向荷载作用计算时,宜考虑柱、墙在施工过程中轴向变形差异的影响,并宜考虑在长期荷载作用下由于钢筋混凝土筒体的徐变收缩对钢梁及柱产生的内力不利影响。
当钢筋混凝土筒体先于钢框架施工时,应考虑施工阶段钢筋混凝土筒体在风力及其他荷载作用下的不利受力状态,型钢混凝土构件应验算在浇筑混凝土之前钢框架在施工荷载及可能的风载作用下的承载力、稳定及位移,并据此确定钢框架安装与浇筑混凝土楼层的间隔层数。
柱间钢支撑两端与柱或钢筋混凝土筒体的连接可作为铰接计算。
混合结构在多遇地震下的阻尼比可取为0.04。
钢-混凝土混合结构房屋抗震设计时,钢筋混凝土筒体及型钢混凝土框架的抗震等级应按表11.2.19确定,并应符合相应的计算和构造措施。
钢-混凝土混合结构中的钢构件应按国家现行标准《钢结构设计规范》GB 50017及《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99进行设计;钢筋混凝土构件应按现行国家标准《混凝土设计规范》GB 50010及本规程第7章的有关规定进行设计;型钢混凝土构件可按现行行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ 138进行截面设计。
有地震作用组合时,型钢混凝土构件和钢构件的承载力抗震调整系数γRE应按表11.2.21-1和11.2.21-2选用。
型钢混凝土构件中,型钢钢板的宽厚比满足表11.2.22的要求时,可不进行局部稳定验算(图11.2.22)
复杂高层建筑结构设计
一般规定
9度抗震设计时不应采用带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构和连体结构。
7度和8度抗震设计时,剪力墙结构错层高层建筑的房屋高度分别不宜大于80m和60m;框架-剪力墙结构错层高层建筑的房屋高度分别不应大于80m和60m。抗震设计时,B级高度高层建筑不宜采用连体结构;底部带转换层的筒中筒结构B级高度高层建筑,当外筒框支层以上采用由剪力墙构成的壁式框架时,其最大适用高度应比本规程表4.2.2-2规定的数值适当降低。
复杂高层建筑结构中的受力复杂部位,宜进行应力分析,并按应力进行配筋设计校核。
转换层楼面应采用现浇楼板,其混凝土强度等级不应低于C30。框支梁、框支柱、箱形转换结构以及转换厚板的混凝土强度等级均不应低于C30。
带转换层高层建筑结构
在高层建筑结构的底部,当上部楼层部分竖向构件(剪力墙、框架柱)不能直接连续贯通落地时,应设置结构转换层,在结构转换层布置转换结构构件。(本节对带托墙转换层的剪力墙结构(部分框支剪力墙结构)及带托柱转换层的筒体结构的设计作出规定。)转换结构构件可采用梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、斜撑等;非抗震设计和6度抗震设计时转换构件可采用厚板,7、8度抗震设计的地下室的转换构件可采用厚板。
底部大空间部分框支剪力墙高层建筑结构在地面以上的大空间层数,8度时不宜超过3层,7度时不宜超过5层,6度时其层数可适当增加;底部带转换层的框架-核心筒结构和外筒为密柱框架的筒中筒结构,其转换层位置可适当提高。
底部带转换层的高层建筑结构的布置应符合以下要求:
落地剪力墙和筒体底部墙体应加厚;
转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比应符合本规程附录E的规定;
框支层周围楼板不应错层布置;
落地剪力墙和筒体的洞口宜布置在墙体的中部;
框支剪力墙转换梁上一层墙体内不宜设边门洞,不宜在中柱上方设门洞;
长矩形平面建筑中落地剪力墙的间距l宜符合以下规定:
非抗震设计:l≤3B且l≤36m;
抗震设计: 底部为1~2层框支层时:
且l≤2B且l≤24m 底部为3层及3层以上框支层时:
l≤1.5B且l≤20m 其中 B——楼盖宽度。
落地剪力墙与相邻框支柱的距离,1~2层框支层时不宜大于12m,3层及3层以上框支层时不宜大于10m。
底部带转换层的高层建筑结构,其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。
底部带转换层的高层建筑结构的抗震等级应符合本规程第4.8节的规定。对部分框支剪力墙结构,当转换层的位置设置在3层及3层以上时,其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级尚宜按本规程表4.8.2和表4.8.3的规定提高一级采用,已经为特一级时可不再提高。
带转换层的高层建筑结构,其薄弱层的地震剪力应按本规程第5.1.14条的规定乘以1.15的增大系数。特一、一、二级转换构件水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数1.8、1.5、1.25;8度抗震设计时转换构件尚应考虑竖向地震的影响。
带转换层的高层建筑结构,其框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用:
每层框支柱的数目不多于10根的场合,当框支层为1~2层时,每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的2%;当框支层为3层及3层以上时,每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%;
每层框支柱的数目多于10根的场合,当框支层为1~2层时,每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的20%;当框支层为3层及3层以上时,每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。
框支柱剪力调整后,应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁(不包括转换梁)的剪力、弯矩,框支柱轴力可不调整。
框支梁设计应符合下列要求:
梁上、下部纵向钢筋的最小配筋率,非抗震设计时分别不应小于0.30%;抗震设计时,特一、一和二级分别不应小于0.60%、0.50%和0.40%;
偏心受拉的框支梁,其支座上部纵向钢筋至少应有50%沿梁全长贯通,下部纵向钢筋应全部直通到柱内;沿梁高应配置间距不大于200mm、直径不小于16mm的腰筋;
框支梁支座处(离柱边1.5梁截面高度范围内)箍筋应加密,加密区箍筋直径不应小于10mm,间距不应大于100mm。加密区箍筋最小面积含箍率,非抗震设计时不应小于0.9ft/fyv;抗震设计时,特一、一和二级分别不应小于1.3ft/fyv、1.2ft/fyv和1.1ft/fyv。
框支梁设计尚应符合下列要求:
框支梁与框支柱截面中线宜重合;
框支梁截面宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度,不宜小于其上墙体截面厚度的2倍,且不宜小于400mm;当梁上托柱时,尚不应小于梁宽方向的柱截面宽度。梁截面高度,抗震设计时不应小于计算跨度的1/6,非抗震设计时不应小于计算跨度的1/8;框支梁可采用加腋梁;
框支梁截面组合的最大剪力设计值应符合下列要求:
当框支梁上部的墙体开有门洞或梁上托柱时,该部位框支梁的箍筋应加密配置,箍筋直径、间距及配箍率不应低于本规程第10.2.8条第3款的规定;当洞口靠近框支梁端部且梁的受剪承载力不满足要求时,可采取框支梁加腋或增大框支墙洞口连梁刚度等措施;
梁纵向钢筋接头宜采用机械连接,同一截面内接头钢筋截面面积不应超过全部纵筋截面面积的50%,接头位置应避开上部墙体开洞部位、梁上托柱部位及受力较大部位;
梁上、下纵向钢筋和腰筋的锚固宜符合图10.2.9的要求;当梁上部配置多排纵向钢筋时,其内排钢筋锚入柱内的长度可适当减小,但不应小于钢筋锚固长度1a(非抗震设计)或1aE(抗震设计);
框支梁不宜开洞。若需开洞时,洞口位置宜远离框支柱边,上、下弦杆应加强抗剪配筋,开洞部位应配置加强钢筋,或用型钢加强,被洞口削弱的截面应进行承载力计算。
转换层上部的竖向抗侧力构件(墙、柱)宜直接落在转换层的主结构上。当结构竖向布置复杂,框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时,应进行应力分析,按应力校核配筋,并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层,不宜采用框支主、次梁方案。
框支柱设计应符合下列要求:
柱内全部纵向钢筋配筋率应符合本规程第6.4.3条的规定;
抗震设计时,框支柱箍筋应采用复合螺旋箍或井字复合箍,箍筋直径不应小于10mm,箍筋间距不应大于100mm和6倍纵向钢筋直径的较小值,并应沿柱全高加密;
抗震设计时,一、二级柱加密区的配箍特征值应比本规程表6.4.7规定的数值增加0.02,且柱箍筋体积配箍率不应小于1.5%。
框支柱设计尚应符合下列要求:
框支柱截面的组合最大剪力设计值应符合下列要求:
柱截面宽度,非抗震设计时不宜小于400mm,抗震设计时不应小于450mm;柱截面高度,非抗震设计时不宜小于框支梁跨度的1/15,抗震设计时不宜小于框支梁跨度的1/12;
一、二级与转换构件相连的柱上端和底层的柱下端截面的弯矩组合值应分别乘以增大系数1.5、1.25,其他层框支柱柱端弯矩设计值应符合本规程第6.2.1条的规定;
一、二级柱端截面的剪力设计值应符合本规程第6.2.3条的规定;
框支角柱的弯矩设计值和剪力设计值应分别在本条第3、4款的基础上乘以增大系数1.1;
一、二级框支柱由地震作用产生的轴力应分别乘以增大系数1.5、1.2,但计算柱轴压比时不宜考虑该增大系数;
纵向钢筋间距,抗震设计时不宜大于200mm;非抗震设计时,不宜大于250mm,且均不应小于80mm。抗震设计时柱内全部纵向钢筋配筋率不宜大于4.0%;
框支柱在上部墙体范围内的纵向钢筋应伸入上部墙体内不少于一层,其余柱筋应锚入梁内或板内。锚入梁内的钢筋长度,从柱边算起不应小于1aE(抗震设计)或1a(非抗震设计);
非抗震设计时,框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍,箍筋体积配箍率不宜小于0.8%,箍筋直径不宜小于10mm,箍筋间距不宜大于150mm。
框支梁上部墙体的构造应满足下列要求:
当框支梁上部的墙体开有边门洞时,洞边墙体宜设置翼缘墙、端柱或加厚(图10.2.13),并应按本规程第7.2.16条约束边缘构件的要求进行配筋设计;
框支梁上墙体竖向钢筋在转换梁内的锚固长度,抗震设计时不应小于laE,非抗震设计时不应小于la;
框支梁上一层墙体的配筋宜按下列公式计算:
转换梁与其上部墙体的水平施工缝处宜按本规程第7.2.13条的规定验算抗滑移能力。
特一、一、二级落地剪力墙底部加强部位的弯矩设计值应按墙底截面有地震作用组合的弯矩值乘以增大系数1.8、1.5、1.25采用;其剪力设计值应按本规程第7.2.10条的规定进行调整,特一级的剪力增大系数应取1.9。落地剪力墙墙肢不宜出现偏心受拉。
部分框支剪力墙结构,剪力墙底部加强部位墙体的水平和竖向分布钢筋最小配筋率,抗震设计时不应小于0.3%,非抗震设计时不应小于0.25%;抗震设计时钢筋间距不应大于200mm,钢筋直径不应小于8mm。
框支剪力墙结构剪力墙底部加强部位,墙体两端宜设置翼墙或端柱,抗震设计时尚应按本规程第7.2.16条的规定设置约束边缘构件。
落地剪力墙基础应有良好的整体性和抗转动的能力。
抗震设计的矩形平面建筑框支层楼板,其截面剪力设计值应符合下列要求:
抗震设计的矩形平面建筑框支层楼板,当平面较长或不规则以及各剪力墙内力相差较大时,可采用简化方法验算楼板平面内的受弯承载力。
转换层楼板厚度不宜小于180mm,应双层双向配筋,且每层每方向的配筋率不宜小于0.25%,楼板中钢筋应锚固在边梁或墙体内;落地剪力墙和筒体外周围的楼板不宜开洞。楼板边缘和较大洞口周边应设置边梁,其宽度不宜小于板厚的2倍,纵向钢筋配筋率不应小于1.0%,钢筋接头宜采用机械连接或焊接。与转换层相邻楼层的楼板也应适当加强。
箱形转换结构上、下楼板厚度不宜小于180mm。板配筋时除应考虑弯矩计算外,尚应考虑其自身平面内的拉力、压力的影响。
厚板设计应符合下列要求:
转换厚板的厚度可由抗弯、抗剪、抗冲切计算确定;
转换厚板可局部做成薄板,薄板与厚板交界处可加腋;转换厚板亦可局部做成夹心板;
转换厚板宜按整体计算时所划分的主要交叉梁系的剪力和弯矩设计值进行截面设计并按有限元法分析结果进行配筋校核。受弯纵向钢筋可沿转换板上、下部双层双向配置,每一方向总配筋率不宜小于0.6%,转换板内暗梁抗剪箍筋的面积配筋率不宜小于0.45%;
为防止转换厚板的板端沿厚度方向产生层状水平裂缝,宜在厚板外周边配置钢筋骨架网进行加强;
转换厚板上、下部的剪力墙、柱的纵向钢筋均应在转换厚板内可靠锚固。
转换厚板上、下一层的楼板应适当加强,楼板厚度不宜小于150mm。
框架-核心筒结构、筒中筒结构的上部密柱转换为下部稀柱时可采用转换梁或转换桁架,转换桁架宜满层设置,其斜杆的交点宜作为上部密柱的支点。转换桁架的节点应加强配筋及构造措施,防止应力集中产生的不利影响。
采用空腹桁架转换层时,空腹桁架宜满层设置,应有足够的刚度保证其整体受力作用。空腹桁架的上、下弦杆宜考虑楼板作用,竖腹杆应按强剪弱弯进行配筋设计,加强箍筋配置,并加强与上、下弦杆的连接构造。空腹桁架应加强上、下弦杆与框架柱的锚固连接构造。
带加强层高层建筑结构
当框架-核心筒结构的侧向刚度不能满足设计要求时,可沿竖向利用建筑避难层、设备层空间,设置适宜刚度的水平伸臂构件,构成带加强层的高层建筑结构。必要时,也可设置周边水平环带构件。加强层采用的水平伸臂构件、周边环带构件可采用斜腹杆桁架、实体梁、整层或跨若干层高的箱形梁、空腹桁架等形式。
带加强层高层建筑结构设计应符合下列要求:
加强层位置和数量要合理有效,当布置1个加强层时,位置可在0.6倍房屋高度附近;当布置2个加强层时,位置可在顶层和0.5倍房屋高度附近;当布置多个加强层时,加强层宜沿竖向从顶层向下均匀布置;
加强层水平伸臂构件宜贯通核心筒,其平面布置宜位于核心筒的转角、T字节点处;水平伸臂构件与周边框架的连接宜采用铰接或半刚接。结构内力和位移计算中,设置水平伸臂桁架的楼层宜考虑楼板平面内的变形;
应避免加强层及其相邻层框架柱内力增加而引起的破坏。加强层及其上、下层框架柱的配筋构造应加强;加强层及其相邻层核心筒配筋应加强;
加强层及其相邻层楼盖刚度和配筋应加强;
在施工程序及连接构造上应采取措施减小结构竖向温度变形及轴向压缩对加强层的影响。
抗震设计时,带加强层高层建筑结构应符合下列构造要求:
加强层及其相邻层的框架柱和核心筒剪力墙的抗震等级应提高一级采用,一级提高至特一级,若原抗震等级为特一级则不再提高;
加强层及其上、下相邻一层的框架柱,箍筋应全柱段加密,轴压比限值应按本规程表6.4.2规定的数值减小0.05采用。
错层结构
抗震设计时,高层建筑沿竖向宜避免错层布置。当房屋不同部位因功能不同而使楼层错层时,宜采用防震缝划分为独立的结构单元。
错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系。
错层结构中,错开的楼层应各自参加结构整体计算,不应归并为一层计算。
错层处框架柱的截面高度不应小于600mm,混凝土强度等级不应低于C30,抗震等级应提高一级采用,箍筋应全柱段加密。
错层处平面外受力的剪力墙,其截面厚度,非抗震设计时不应小于200mm,抗震设计时不应小于250mm,并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱;抗震等级应提高一级采用。错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30,水平和竖向分布钢筋的配筋率,非抗震设计时不应小于0.3%,抗震设计时不应小于0.5%。
连体结构
连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面和刚度。宜采用双轴对称的平面形式。7度、8度抗震设计时,层数和刚度相差悬殊的建筑不宜采用连体结构。
8度抗震设计时,连体结构的连接体应考虑竖向地震的影响。
连接体结构与主体结构
连接体结构与主体结构宜采用刚性连接,必要时连接体结构可延伸至主体部分的内筒,并与内筒可靠连接。
连接体结构与主体结构非刚性连接时,支座滑移量应能满足两个方向在罕遇地震作用下的位移要求。
连接体结构
连接体结构应加强构造措施,连接体结构的边梁截面宜加大,楼板厚度不宜小于150mm,宜采用双层双向钢筋网,每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于0.25%。
连接体结构可设置钢梁、钢桁架和型钢混凝土梁,型钢应伸入主体结构并加强锚固。
当连接体结构包含多个楼层时,应特别加强其最下面一至两个楼层的设计和构造。
抗震设计时,连接体及与连接体相邻的结构构件的抗震等级应提高一级采用,一级提高至特一级,若原抗震等级为特一级则不再提高。
多塔楼结构
多塔楼建筑结构各塔楼的层数、平面和刚度宜接近;塔楼对底盘宜对称布置。塔楼结构与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%。
抗震设计时,转换层不宜设置在底盘屋面的上层塔楼内;否则,应采取有效的抗震措施。
底盘屋面楼板厚度不宜小于150mm,并应加强配筋构造;底盘屋面上、下层结构的楼板也应加强构造措施。当底盘屋面为结构转换层时,应符合本规程第10.2.20条的规定。
抗震设计时,多塔楼之间裙房连接体的屋面梁应加强;塔楼中与裙房连接体相连的外围柱、剪力墙,从固定端至裙房屋面上一层的高度范围内,柱纵向钢筋的最小配筋率宜适当提高,柱箍筋宜在裙楼屋面上、下层的范围内全高加密,剪力墙宜按本规程第7.2.16条的规定设置约束边缘构件。
筒体结构设计
一般规定
筒中筒结构的高度不宜低于60m,高宽比不应小于3。
筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30。
当相邻层的柱不贯通时,应设置转换梁等构件。转换梁的高度不宜小于跨度的1/6。带转换构件的结构设计应符合本规程第10章的有关规定。
筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋(图9.1.5),单层单向配筋率不宜小于0.3%,钢筋的直径不应小于8mm,间距不应大于150mm,配筋范围不宜小于外框架(或外筒)至内筒外墙中距的1/3和3m。
核心筒或内筒的外墙与外框柱间的中距,非抗震设计大于12m、抗震设计大于10m时,宜采取另设内柱等措施。
核心筒或内筒中剪力墙截面形状宜简单;截面形状复杂的墙体可按应力进行配筋。
筒体墙的加强部位、边缘构件的设置以及配筋设计,应符合本规程第7章的有关规定。抗震设计时,框架-核心筒结构的核心筒和筒中筒结构的内筒,应按本规程第7.2.15~7.2.17条的规定设置约束边缘构件或构造边缘构件,其底部加强部位在重力荷载作用下的墙体轴压比不宜超过本规程表7.2.14的规定。框架-核心筒结构的核心筒角部边缘构件应按下列要求予以加强:底部加强部位约束边缘构件沿墙肢的长度应取墙肢截面高度的1/4,约束边缘构件范围内应全部采用箍筋;其底部加强部位以上宜按本规程第7.2.16条的规定设置约束边缘构件。
核心筒或内筒的外墙不宜在水平方向连续开洞,洞间墙肢的截面高度不宜小于1.2m;当洞间墙肢的截面高度与厚度之比小于3时,其配筋设计应符合本规程第7.2.5条的有关规定。
抗震设计时,框筒柱和框架柱的轴压比限值可采用框架-剪力墙结构的规定。
楼盖主梁不宜搁置在核心筒或内筒的连梁上。
筒体结构各种构件的截面设计和构造措施除应遵守本章规定外,尚应符合本规程第6。
框架-核心筒结构
核心筒宜贯通建筑物全高。核心筒的宽度不宜小于筒体总高的1/12,当筒体结构设置角筒、剪力墙或增强结构整体刚度的构件时,核心筒的宽度可适当减小。
核心筒应具有良好的整体性,并满足下列要求:
墙肢宜均匀、对称布置;
筒体角部附近不宜开洞,当不可避免时,筒角内壁至洞口的距离不应小于500mm和开洞墙的截面厚度;
核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/20及200mm,对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的1/16及200mm,不满足时,应按本规程附录D计算墙体稳定,必要时可增设扶壁柱或扶壁墙;在满足承载力要求以及轴压比限值(仅对抗震设计)时,核心筒内墙可适当减薄,但不应小于160mm;
筒体墙的水平、竖向配筋不应少于两排
抗震设计时,核心筒的连梁,宜通过配置交叉暗撑、设水平缝或减小梁截面的高宽比等措施来提高连梁的延性。
抗震设计时,各层框架柱的地震剪力应参照本规程第8.1.4条的规定予以调整。
框架-核心筒结构的周边柱间必须设置框架梁。
核心筒连梁的受剪截面应符合本规程第9.3.6条的要求,其构造设计应符合本规程第9.3.7~9.3.8条的规定。
筒中筒结构
筒中筒结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆形或矩形等,内筒宜居中。
矩形平面的长宽比不宜大于2。
内筒的边长可为高度的1/12~1/15,如有另外的角筒或剪力墙时,内筒平面尺寸还可适当减小。内筒宜贯通建筑物全高,竖向刚度宜均匀变化。
三角形平面宜切角,外筒的切角长度不宜小于相应边长的1/8,其角部可设置刚度较大的角柱或角筒;内筒的切角长度不宜小于相应边长的1/10,切角处的筒壁宜适当加厚。
外框筒应符合下列规定:
柱距不宜大于4m,框筒柱的截面长边应沿筒壁方向布置,必要时可采用T形截面;
洞口面积不宜大于墙面面积的60%,洞口高宽比宜与层高与柱距之比值相近;
外框筒梁的截面高度可取柱净距的1/4;
角柱截面面积可取中柱的1~2倍。
外框筒梁和内筒连梁的截面尺寸应符合下列要求:
外框筒梁和内筒连梁的构造配筋应符合下列要求:
非抗震设计时,箍筋直径不应小于8mm;抗震设计时,箍筋直径不应小于10mm;
非抗震设计时,箍筋间距不应大于150mm;抗震设计时,箍筋间距沿梁长不变,且不应大于100mm,当梁内设置交叉暗撑时,箍筋间距不应大于150mm;
框筒梁上、下纵向钢筋的直径均不应小于16mm,腰筋的直径不应小于10mm,腰筋间距不应大于200mm。
跨高比不大于2的框筒梁和内筒连梁宜采用交叉暗撑;跨高比不大于1的框筒梁和内筒连梁应采用交叉暗撑,且应符合下列规定:
1 梁的截面宽度不宜小于300mm;
2 全部剪力应由暗撑承担。每根暗撑应由4根纵向钢筋组成,纵筋直径不应小于14mm,其总面积As应按下列公式计算:
两个方向斜撑的纵向钢筋均应采用矩形箍筋或螺旋箍筋绑成一体,箍筋直径不应小于8mm,箍筋间距不应大于200mm及梁截面宽度的一半;端部加密区的箍筋间距不应大于100mm,加密区长度不应小于600mm及梁截面宽度的2倍;
纵筋伸入竖向构件的长度不应小于1a1,非抗震设计时1a1可取1a;抗震设计时1a1宜取1.151a;
梁内普通箍筋的配置应符合本规程第9.3.7条的构造要求。
框架-剪力墙结构
框架- 剪力墙结构组成及受力特点
组成:框架结构有较大的自由灵活的使用空间;剪力墙则可提供很大的抗侧刚度,以减少结构在水平作用下的侧向位移,提高结构的抗震能力。因此,框架- 剪力墙结构具有很广泛的适用范围。
受力特点
在框架- 剪力墙结构中,框架和剪力墙同时承受竖向荷载和侧向力。
在竖向荷载作用下,框架和剪力墙分别承担其受荷范围内的竖向力。
在侧向力作用下,框架和剪力墙协同工作,共同抵抗侧力。
由于框架和剪力墙单独承受侧向力时的变形特性完全不同,因此,侧向力在框架和剪力墙之间的分配,不但与框架和剪力墙之间的刚度比有关,而且还随着高度而变化。
当侧向力单独作用于框架结构时,结构侧移曲线呈剪切型,如图15-38(a);当侧向力单独作用手剪力墙结构时,结构侧向位移曲线呈弯曲型,如图15-38(b)。当侧向力作用于框架- 剪力墙结构时,由于楼盖结构的连接作用。若不发生结构的整体扭转,则框架与剪力墙在各楼层处必须具有相同的侧向位移,协调后的结构侧向位移曲线如图15- 38(C)所示,呈弯剪型。
由此可见,框架与剪力墙对整个结构侧移曲线的影响,沿结构高度方向是变化的。在结构的底部,框架结构层间位移较大,剪力墙结构的层间位移较小,剪力墙发挥了较大的作用,框架结构的变形受到剪力墙结构的“制约”;而在结构的顶部,框架结构层间位移较小,剪力墙结构层间位移较大,剪力墙受到框架结构的“扶持”作用,如图15-38(c)、(d)所示。上述框架和剪力墙之间的相互作用是借助于楼盖结构平面内的剪力实现的,因此,在框架- 剪力墙结构中,楼盖结构的整体性和平面内刚度必须得到保证。
框架-剪力墙结构的侧向位移曲线呈弯剪型,结构侧移曲线随着框架- 剪力墙结构的刚度特征值λ的变化而变化。对于弯曲型侧移曲线,其最大层间位移在结构的顶层;对于剪切型侧移曲线,其最大层间位移在结构的底层;对于弯剪型曲线,其最大层间位移在结构的中部。
框架-剪力墙结构中剪力墙的数量及布置
剪力墙的合理数量
在框架- 剪力墙结构中,剪力墙的数量直接影响到整个结构的抗震性能和土建造价。剪力墙布置得多,结构的抗侧刚度大,侧向位移小;但材料用量增加,同时由于结构自振周期缩短,结构自重增大,导致地震反应随之加大,即侧向力变大。反之,剪力墙布置得少,材料用量减少,由于结构较柔,自振周期变长,地震反应即地震作用力变小;但结构抗侧刚度小,侧向位移较大,地震后结构开裂或破坏严重。
在扩大初步设计阶段或作为结构设计的原则,剪力墙的布置应满足结构抗侧刚度的要求,即通过计算校核结构顶点位移及结构最大层间位移分别满足高规限制值的同时,应控制结构的自振周期在一个合理的范围内。一般认为当结构基本自振周期T=(0.1~0.15)n(n为结构层数)时,剪力墙的数量和构件截面尺寸较为合理。
框架-剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求
剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位,剪力墙间距不宜过大;
平面形状凹凸较大时,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙;
纵、横剪力墙宜组成L形、T形和[形等型式;
单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40%;
剪力墙宜贯通建筑物的全高,宜避免刚度突变;剪力墙开洞时,洞口宜上下对齐;
楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置;
抗震设计时,剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。
楼盖结构的作用与布置
框架与剪力墙的协同工作需要由楼盖结构来保证。在框架-剪力墙结构中,楼盖的作用有时仅传递水平推力、不传递平面外弯矩和剪力,相当于铰接刚性连杆;有时既传递水平推力又传递弯矩,相当于连系梁,这在分析中应根据结构布置的具体情况确定。
首先,为了保证框架与剪力墙能够共同承受侧向力,楼盖结构在其自身平面内的刚度必须得到保证。以结构底部为例,由于剪力墙的抗侧刚度比框架的抗侧刚度大得多,当它们受到相同侧向外力作用时,在同一楼面处,剪力墙的侧向位移比框架小得多,这时楼盖结构可看成是支承于相邻两榀剪力墙上的深梁,见图15-39。为了保证框架与剪力墙在侧向力作用下的空间协同工作性能,应限制楼盖这根水平深梁的挠度, 这一方面要保证楼盖本身的结构整体性,避免在楼面内开过大的洞口,另一方面应控制剪力墙之间的间距,使之满足表15-12的要求。表中,B为楼盖结构的宽度。
当剪力墙间距小于表15-12限值时,楼盖结构在其自身平面内的刚度可视为无穷大,即结构受力后楼盖仅发生平面内的刚体位移。
其次,框架- 剪力墙结构中的内力分布也受到楼盖结构平面外刚度的影响。 如图15-40(a)所示
如各榀框架和剪力墙均不在一条直线上,楼盖的作用相当于仅传递水平推力、不传递平面外弯矩和剪力的铰接刚性连杆。这一类结构方案称为框架- 剪力墙结构铰接体系。
如剪力墙和框架位于同一竖向平面内而且有连梁相连,则在连梁内除轴向力外,还将在框架与剪力墙之间传递竖向平面内的剪力和弯矩,该剪力将分别在框架柱和剪力墙内产生轴向拉力和压力,所形成的弯矩将平衡一部分外力所产生的弯矩。这一类结构方案称为框架- 剪力墙结构刚接体系。
框架-剪力墙结构可采用的组合形式
框架与剪力墙(单片墙、联肢墙或较小井筒)分开布置;
在框架结构的若干跨内嵌入剪力墙(带边框剪力墙);
在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙;
上述两种或三种形式的混合。
框架剪力墙结构设计中的几个问题
抗震设计的框架-剪力墙结构,在基本振型地震作用下,框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时,其框架部分的抗震等级应按框架结构采用,柱轴压比限值宜按框架结构的规定采用;其最大适用高度和高宽比限值可比框架结构适当增加。
抗震设计时,框架-剪力墙结构对应于地震作用标准值的各层框架总剪力应符合下列规定:
满足高规(8.1.4)式要求的楼层,其框架总剪力不必调整;高规不满足(8.1.4)式要求的楼层,其框架总剪力应按0.2V0和1.5Vf,max二者的较小值采用;Vf≥0.2V0
各层框架所承担的地震总剪力按本条第1款调整后,应按调整前、后总剪力的比值调整每根框架柱和与之相连框架梁的剪力及端部弯矩标准值,框架柱的轴力标准值可不予调整;
按振型分解反应谱法计算地震作用时,本条第1款所规定的调整可在振型组合之后进行。
按振型分解反应谱法计算地震作用时,本条第1款所规定的调整可在振型组合之后进行。
框架-剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系。抗震设计时,结构两主轴方向均应布置剪力墙。
框架-剪力墙结构中,主体结构构件之间除个别节点外不应采用铰接;梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合;框架梁、柱中心线之间有偏离时,应符合本规程第6.1.3条的有关规定。
长矩形平面或平面有一部分较长的建筑中,其剪力墙的布置尚宜符合下列要求:
横向剪力墙沿长方向的间距宜满足表8.1.8的要求,当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时,剪力墙的间距应适当减小;
纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。
框架- 剪力墙结构计算
剪力墙结构的组成与布置
结构组成与结构布置
剪力墙的基本形式
剪力墙一般有I形、 L形、 T形、[形、Z形等截面形式
剪力墙的基本特点
剪力墙的高度一般与整个房屋的高度相同,其宽度则根据建筑平面布置而定;相对而言,它的厚度则很薄,一般仅20~30mm
剪力墙在其墙身平面内的抗侧刚度很大,而其墙身平面外的刚度却很小,一般可忽略不计。
剪力墙的布置要求
剪力墙结构中,剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置;抗震设计的剪力墙结构,应避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。
高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。
B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高度高层建筑,不应采用本规程第7.1.2条规定的具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。
剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置,形成明确的墙肢和连梁。宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置。抗震设计时,一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位不宜采用错洞墙;一、二、三级抗震等级的剪力墙均不宜采用叠合错洞墙。
较长的剪力墙宜开设洞口,将其分成长度较为均匀的若干墙段,墙段之间宜采用弱连梁连接,每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2。墙肢截面高度不宜大于8m。
剪力墙宜自下到上连续布置,避免刚度突变。
应控制剪力墙平面外的弯矩。
当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时,应至少采取以下措施中的一个措施,减小梁端部弯矩对墙的不利影响:
沿梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙,抵抗该墙肢平面外弯矩;
当不能设置与梁轴线方向相连的剪力墙时,宜在墙与梁相交处设置扶壁柱。扶壁柱宜按计算确定截面及配筋;
当不能设置扶壁柱时,应在墙与梁相交处设置暗柱,并宜按计算确定配筋;
必要时,剪力墙内可设置型钢。
剪力墙开洞形成的跨高比小于5的连梁,应按本章有关规定进行设计,当跨高比不小于5时,宜按框架梁进行设计。
抗震设计时,一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值,当剪力墙高度超过150m时,其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10;部分框支剪力墙结构底部加强部位的高度应符合本规程第10.2.4条的规定。
不宜将楼面主梁支承在剪力墙间的连梁上。
楼面梁与剪力墙连接时,梁内纵向钢筋应伸入墙内,并可靠锚固。
剪力墙结构应具有适宜的侧向刚度,其布置应符合下列规定
平面布置宜简单、规则,宜沿两个主轴方向或其他方向双向布置,两个方向的侧向刚度不宜相差过大。抗震设计时,不应采用仅单向有墙的结构布置。
宜自下到上连续布置,避免刚度突变。
门窗洞口宜上下对齐、成列布置,形成明确的墙肢和连梁;宜避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置;抗震设计时,一、二、三级剪力墙的底部加强部位不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙,全高均不宜采用洞口局部重叠的叠合错洞墙。
剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C20;带有筒体和短肢剪力墙的剪力墙结构的混凝土强度等级不应低于C25。
剪力墙的截面厚度规定
应符合高规附录D的墙体稳定验算要求。
二级剪力墙:底部加强部位不应小于200mm,其他部位不应小于160mm; 一字形独立剪力墙底部加强部位不应小于220mm,其他部位不应小于180mm。
三、四级剪力墙:不应于160mm,一字形独立剪力墙的底部加强部位尚不应小于180mm。
非抗震设计时不应小于160mm。
剪力墙井筒中,分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小,但不宜小于160mm。
短肢剪力墙的布置要求
高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时,应布置筒体(或一般剪力墙),形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构,并应符合下列规定:
其最大适用高度应比高规表4.2.2-1中剪力墙结构的规定值适当降低,且7度和8度抗震设计时分别不应大于100m和60m;
抗震设计时,一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%;短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%;
抗震设计时,短肢剪力墙的抗震等级应比本规程表4.8.2规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用;
抗震设计时,各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比,抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6和0.7;对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙,其轴压比限值相应降低0.1;
抗震设计时,除底部加强部位应按本规程第7.2.10条调整剪力设计值外,其他各层短肢剪力墙的剪力设计值,一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2。
抗震设计时,短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率,底部加强部位不宜小于1.2%,其他部位不宜小于1.0%;
短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm;
7度和8度抗震设计时,短肢剪力墙宜设置翼缘。一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁。
注:短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、墙肢截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙;一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。
底部大空间剪力墙的结构布置要求,见复杂高层建筑中带转换层的高层建筑的结构布置要求
剪力墙结构计算的几个问题
多层框架结构的组成与布置
框架结构的组成
由梁和柱连接而成的。
梁柱交接处的框架节点通常为刚接,有时也将部分节点做成铰接或半铰接。
柱底一般为固定支座,必要时也设计成铰支座。
为利于结构受力,框架梁宜拉通、对直,框架柱宜纵横对齐、上下对中,梁柱轴线宜在同一竖向平面内。
有时由于使用功能或建筑造型上的要求,框架结构也可做成缺梁内收或梁斜向布置等,如图14-1所示
框架结构中的填充墙
框架结构中的刚性填充墙可以使结构的刚度变大
框架结构是高次超静定结构,既承受竖向荷载,又承受侧向作用力, 如风荷载或水平地震作用等。一般情况下,计算时不考虑填充墙对框架抗侧的作用,因为填充墙的存在在建筑物的使用过程中具有不确定性,而且填充墙常常采用轻质材料,或在柱与墙之间留有缝隙仅通过钢筋柔性连接。但当填充墙采用砌体墙并与框架结构为刚性连接时,例如砌体填充墙的上部与框架梁底之间充分“塞紧”,或采用先砌墙后浇梁的施工顺序时,则在水平地震作用下,框架结构将发生侧向变形,填充墙将起斜压杆的作用。如图14-2所示。在水平地震作用下,刚性填充墙对框架侧向刚度有较大贡献,要注意尽量使结构的整体抗侧刚度对称,以免地震时产生过大的整体扭转。
框架结构的种类
现浇式框架即梁、柱、楼盖均为现浇钢筋混凝土结构。
装配式框架是指梁、柱、楼板均为预制,通过 焊接拼装连接成整体的框架结构。
配整体式框架是指梁、柱、楼板均为预制, 在构件吊装就位后,焊接或绑扎节点区钢筋,浇筑节点区混凝土,从而将梁、柱、 楼板连成整体框架结构。
框架结构布置
柱网布置
柱网布置应满足生产工艺的要求(内廊式、等跨式、对称不等跨式)
柱网布置应满足建筑平面布置的要求(旅馆、办公楼)
柱网布置要使结构受力合理
柱网布置应方便施工
承重框架的布置
横向框架承重方案
纵向框架承重方案
纵横向框架混合承重方案
多层框架结构的基础
基础埋置深度 :一般是指基础底面到室外设计地面的距离,简称基础埋深。地下室采用箱型基础或筏基时,基础埋置深度自室外地面标高算起。采用独立基础或条形基础时,应从室内地面标高算起。
一般有柱下独立基础、条形基础、十字形基础、片桩基础,必要时也可采用箱形基础或桩基等。
条形基础呈条状布置,,横截面一般呈倒T形,其作用是把各柱传来的上部结构的荷载较为均匀地传给地基,同时把上部各报框架结构连成整体,以增加结构的整体性,减少不均匀沉降。条形基础可沿纵向布置,亦可沿横向布置。
十字形基础布置成十字形,,即沿柱网纵横方向均布置条形基础,既扩大了基底受荷面积,又可使上部结构在纵横两向都有联系,具有较强的空间整体刚度。
若十字形基础的底面积不能满足地基的承载力与上部结构容许变形的要求,则可扩大基础底面积直至使底板连成一片,即成为片筏基础。片筏基础可做成平板式或梁板式。平板式片筏基础实际上是一片等厚的平板,,施工简单方便,但混凝土用量大;梁板式片筏基础一般沿柱网纵横方向布置肋梁因而可减小底板厚度,增强结构刚度,但施工较为复杂。
基础类型的选择,取决于现场的工程地质条件、上部结构荷载的大小、上部结构对地基土不均匀沉降及倾斜的敏感程度以及施工条件等因素。设计时应进行必要的技术经济比较,综合考虑后确定。
确定基础埋深的原则:在满足地基稳定和变形要求及有关要求的前提下,基础应尽量浅埋。
确定基础埋置深度应考虑哪些因素
建筑物的用途,有无地下室、设备基础和地下设施,基础的形式和构造。
作用在地基上的荷载大小和性质。
工程地质和水文地质条件。
相邻建筑物的基础埋深。
地基土冻胀和融陷的影响。
框架结构高度计算
框架的层高即框架柱的长度可取相应的建筑层高,即取本层楼面至上层楼面的高度,但底层的层高则应取基础顶面到二层楼板顶面之间的距离。
高层建筑
概述
高层建筑的定义及高度计算
定义:我国在《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称“高规”)中,规定10层及10层以上或房屋高度超过28m的混凝土结构高层民用建筑物称为高层建筑,并把常规高度的高层建筑称为A级高度的高层建筑,把高度超过A级高度限值的高层建筑称为B级高度的高层建筑。(十层及十层以上或房屋高度超过28m的混凝土结构高层住宅或者高度超高24米的公共建筑称为高层建筑,把常规高度的高层建筑成为A级高度的高层建筑,高度超过A级高度限值的高层建筑称为B级高度的高层建筑。)
高度计算:
A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度见表15-1,B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度见表15-2,上述两表对于甲类建筑宜按设防烈度提高一度后查用,对于位于IV类场地的建筑或不规则特殊建筑,其适用高度宜适当降低。
在结构设计中,高层建筑的高度一般是指从室外地面至主要屋面的距离,不包括突出屋面的水箱、电梯间、地下室等部分的高度。
高层建筑结构受力特点
高层建筑结构,在竖向荷载的作用下,柱内轴力随着层数的增加而增大,可近似地认为轴力与层数成线性关系,见图15-l(a);
而水平向作用的风荷载或地震作用力可近似地认为呈三角形或倒三角分布,该分布力在结构底部所产生的弯矩与结构高度的三次方成正比,见图 15-1(b),
水平力作用下结构顶点的侧向位移与高度的四次方成正比,见图15-1(c)。上述弯矩和侧向位移常常成为决定结构方案、结构布置及构件截面尺寸的控制因素。
高层建筑的优缺点
优点:高层建筑可以带来明显的社会经济效益:首先,使人口集中,可利用建筑内部的竖向和横向交通缩短部门之间的联系距离,从而提高效率;其次能使大面积建筑的用地大幅度缩小,有可能在城市中心地段选址;第三,可以减少市政建设投资和缩短建筑工期。第四,高层建筑远离地面区有较好的通风和较高的空气质量品质。最后,高层建筑也是一个城市发展程度的一个标志。
缺点:①关于城市经济效益和环境效益问题,应遵照城市规划部门指定的地段和控制高度建造,而不能完全根据建筑本身的需要。②高层建筑由于应力增加,设备和装修水平必须提高,施工难度增大,因而造价必然大大高于多层建筑。因此,需要各业设计人员密切合作使平面布局合理,提高使用系数,做到构造简洁,自重轻,便于安装,综合降低造价。③高层建筑最突出的是防火安全设计,各业设计人员应严格遵守高层建筑设计防火规范的规定。新闻上经常说到高层建筑的火灾问题,可见其防火安全的设计相对困难。
高层建筑结构水平位移的限制
在正常使用条件下,应使高层建筑处于弹性状态,并且有足够的刚度,为此,“高规”对楼层层间最大位移与层高之比Δu/h作了如下规定。
a. 高度不大于150m的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比Δu/h不宜大于表15-3的限值。
b. 高度等于或大于250m的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比△u/h不宜大于1/500;
c. 3高度在150~250m之间的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比△u/h的限值按本条第1款和第2款的限值线性插入取用。
注:楼层层间最大位移△u以楼层最大的水平位移差计算,不扣除整体弯曲变形。抗震设计时,本条规定的楼层位移计算不考虑偶然偏心的影响。
高层建筑结构设计的一般规定
高层建筑不应采用严重不规则的结构体系,并应符合下列要求:
(1) 应具有必要的承载能力、刚度和变形能力;
(2) 应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力;
(3) 对可能出现的薄弱部位,应采取有效措施予以加强。
(4) 结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布,避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位;
(5) 宜具有多道抗震防线。
(6)复杂高层建筑结构和混合结构设计,除应符合上述规定外,尚应符合复杂高层建筑结构和混合结构设计有关规定。
高层建筑结构的竖向与水平结构体系
钢筋混凝土高层建筑竖向结构体系有:
框架结构体系
剪力墙结构体系
框架一剪力墙结构体系
筒体结构体系等
水平结构即指楼盖及屋盖结构
在高层建筑中,水平结构的主要作用
承受作用于楼面或屋面上的竖向荷载
连接各竖向承重构件。
传递或分配水平力到竖向结构构件
高层建筑结构的平面布置要求
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。
高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。
抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑,其平面布置宜符合下列要求:
a.平面宜简单、规则、对称,减少偏心;
b.平面长度不宜过长,突出部分长度l不宜过大(高规图4.3.3);L、l等值宜满足表4.3.3的要求;
c.不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。
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高规所指的复杂高层建筑,其平面布置应简单、规则,减少偏心。
结构平面布置应减少扭转的影响。
当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时,应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。
艹字形、井字形等外伸长度较大的建筑,当中央部分楼、电梯间使楼板有较大削弱时,应加强楼板以及连接部位墙体的构造措施,必要时还可在外伸段凹槽处设置连接梁或连接板。
楼板开大洞削弱后,宜采取以下构造措施予以加强:
1 加厚洞口附近楼板,提高楼板的配筋率;采用双层双向配筋,或加配斜向钢筋;
2 洞口边缘设置边梁、暗梁;
3 在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋。
抗震设计时,高层建筑宜调整平面形状和结构布置,避免结构不规则,不设防震缝。当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时,宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。
设置防震缝时,应符合高规的有关规定。
高层建筑结构的竖向布置要求
(1) 高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收。结构的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)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%。
(3)A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构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级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。
注:楼层层间抗侧力结构受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上,该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和。
(4)抗震设计时,结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。
(5)抗震设计时,当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时,上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍(高规图4.4.5a、b);当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时,下部楼层的水平尺寸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(高规图4.4.5c、d)。
(6) 结构顶层取消部分墙、柱形成空旷房间时,应进行弹性动力时程分析计算并采取有效构造措施。
(7) 高层建筑宜设地下室。
高层建筑上的作用
竖向荷载
(1) 高层建筑结构的楼面活荷载应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的有关规定采用。
(2)施工中采用附墙塔、爬塔等对结构受力有影响的起重机械或其他施工设备时,应根据具体情况验算施工荷载对结构的影响。
(3)旋转餐厅轨道和驱动设备的自重应按实际情况确定。
(4) 擦窗机等清洗设备应按其实际情况确定其自重的大小和作用位置。
(5) 直升机平台的活荷载应采用下列两款中能使平台产生最大内力的荷载:
风荷载
基本风压:风荷载的基准压力,一般按当地空旷平坦地面上10m 高度处10min 平均的风速观测数据,经概率统计得出50 年一遇最大值确定的风速,再考虑相应的空气密度,按公式( )确定的风压.
主体结构计算时,垂直于建筑物表面的风荷载标准值应按下式计算,风荷载作用面积应取垂直于风向的最大投影面积。
基本风压应按照现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定采用。对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑,其基本风压应按100年重现期的风压值采用。
位于平坦或稍有起伏地形的高层建筑,其风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按高规表3.2.3确定。地面粗糙度应分为四类:A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区;C类指有密集建筑群的城市市区;D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
位于山区的高层建筑,按高规第3.2.3条确定风压高度变化系数后,尚应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定进行修正。
计算主体结构的风荷载效应时,风荷载体型系数μs可按下列规定采用:
圆形平面建筑取0.8;
正多边形及截角三角形平面建筑,由下式计算:
高宽比H/B不大于4的矩形、方形、十字形建筑取1.3;
下列建筑取1.4:
V形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑;
L形、槽形和高宽比H/B大于4的十字形平面建筑;
高宽比H/B大于4,长宽比L/B不大于1.5的矩形、鼓形平面建筑。
在需要更细致进行风荷载计算的场合,风荷载体型系数可按高规附录A采用,或由风洞试验确定。
高层建筑的风振系数βz可按下式计算:
当多栋或群集的高层建筑相互间距较近时,宜考虑风力相互干扰的群体效应。
房屋高度大于200m时宜采用风洞试验来确定建筑物的风荷载;房屋高度大于150m,有下列情况之一时,宜采用风洞试验确定建筑物的风荷载:
平面形状不规则,立面形状复杂;
立面开洞或连体建筑;
周围地形和环境较复杂。
檐口、雨篷、遮阳板、阳台等水平构件,计算局部上浮风荷载时,风荷载体型系数μs不宜小于2.0。
设计建筑幕墙时,风荷载应按国家现行有关建筑幕墙设计标准的规定采用。
地震作用
各抗震设防类别的高层建筑地震作用的计算,应符合下列规定:
甲类建筑:应按高于本地区抗震设防烈度计算,其值应按批准的地震安全性评价结果确定;
乙、丙类建筑:应按本地区抗震设防烈度计算。
高层建筑结构应按下列原则考虑地震作用:
一般情况下,应允许在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用计算;有斜交抗侧力构件的结构,当相交角度大于15°时,应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用;
质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应计算单向水平地震作用下的扭转影响;
8度、9度抗震设计时,高层建筑中的大跨度和长悬臂结构应考虑竖向地震作用;
9度抗震设计时应计算竖向地震作用。
计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下式采用:
高层建筑结构应根据不同情况,分别采用下列计算方法:
a. 高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法;
b.高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构,可采用底部剪力法;
c.7~9度抗震设防的高层建筑,下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算:
甲类高层建筑结构;
高规表3.3.4所列的乙、丙类高层建筑结构;
不满足规程第4.4.2~4.4.5条规定的高层建筑结构;
本规程第10章规定的复杂高层建筑结构;
质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构。
按高规规定进行动力时程分析时,应符合下列要求:
a.应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线,其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符,且弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%,多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%。
b.地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期的3~4倍,也不宜少于12s,地震波的时间间距可取0.01s或0.02s;
c.输入地震加速度的最大值,可按表3.3.5采用;
d.结构地震作用效应可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
计算地震作用时,建筑结构的重力荷载代表值应取永久荷载标准值和可变荷载组合值之和。可变荷载的组合值系数应按下列规定采用:
雪荷载取0.5;
楼面活荷载按实际情况计算时取1.0;按等效均布活荷载计算时,藏书库、档案库、库房取0.8,一般民用建筑取0.5。
水平长悬臂构件、大跨度结构以及结构上部楼层外挑部分考虑竖向地震作用时,竖向地震作用的标准值在8度和9度设防时,可分别取该结构或构件承受的重力荷载代表值的10%和20%。
计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减。
水平地震作用和竖向地震作用的计算
温度作用
引起高层建筑结构温度内力的温度变化主要有三种,即:室内外温差、日照温差和季节温差。
一般说来。由于温度变化引起的结构内约束力与结构内楼面的数量成正比。温度变化引起的结构变形一般有以下几种:
1.柱弯曲:由于室内外的温差作用,引起外柱的一侧膨胀或另一侧收缩,柱截面内应变不均而引起弯曲。
2.内外柱之间的伸缩差:外柱柱列受室外温度影响,内柱柱列受室内空调温度控制,两者的轴向伸缩不一致,便引起楼盖结构的平面外剪切变形。
3.屋面结构与下部楼面结构的伸缩差:暴露的屋面结构随季节日照的影响,热胀冷缩变化较大,而下部楼面结构的温度变化较小,由于上下层水平构件的伸缩不等,就会引起墙体的剪切变形和剪切裂缝。
一般来说,对于10层以下的建筑物,且当建筑平面长度在6Om以下时,温度变化的作用可以忽略不计。对10层至30层的建筑物,温差引起的变形逐渐加大。温度作用的大小主要取决于结构外露的程度、楼盖结构的刚度及结构高度。只要在建筑隔热构造和结构配筋构造上作适当的处理,在内力计算中仍可不考虑温度的作用。对于30层以上或10Om以上的超高层建筑,则在设计中必须注意温度作用,以防止建筑物的结构和非结构的破坏。
目前在我国,对高层建筑结构设计中如何考虑温度作用尚无具体规定。精确而实用的内力计算方法和具体而有效的构造措施都有待于进一步研究。
高层建筑基础
高层建筑的基础设计,应综合考虑建筑场地的工程地质和水文地质状况、上部结构的类型和房屋高度、施工技术和经济条件等因素,使建筑物不致发生过量沉降或倾斜,满足建筑物正常使用要求;还应了解邻近地下构筑物及各项地下设施的位置和标高等,减少与相邻建筑的相互影响。
在地震区,高层建筑宜避开对抗震不利的地段;当条件不允许避开不利地段时,应采取可靠措施,使建筑物在地震时不致由于地基失效而破坏,或者产生过量下沉或倾斜。
基础设计宜采用当地成熟可靠的技术;宜考虑基础与上部结构相互作用的影响。施工期间需要降低地下水位的,应采取避免影响邻近建筑物、构筑物、地下设施等安全和正常使用的有效措施;同时还应注意施工降水的时间要求,避免停止降水后水位过早上升而引起建筑物上浮等问题。
高层建筑应采用整体性好、能满足地基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;宜采用筏形基础 或带桩基的筏形基础,必要时可采用箱形基础。当地质条件好且能满足地基承载力和变形要求时,也可采用交叉梁式基础或其他形式基础;当地基承载力或变形不满足设计要求时,可采用桩基或复合地基。
变形缝的设置
变形缝的设置原则(怎样避免或者少设置变形缝)
在建筑设计时,应通过调整平面形状、尺寸、体型等措施;
在结构设计时,应通过选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等措施;
在施工方面,应通过分阶段施工、设置后浇带、做好保温隔热层等措施,来防止由于温度变化、不均匀沉降、地震作用等因素所引起的结构或非结构构件的损坏。
当建筑物平面较狭长,或形状复杂、不对称,或各部分刚度、高度、重量相差悬殊且上述措施都无法解决时,则设置伸缩缝、沉降缝、防震缝也是必要的。
伸缩缝
伸缩缝的设置,主要与结构的长度有关。“混凝土规范”对钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距作了规定,详见附录9,钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距。当结构的长度超过规范规定的容许值时,应验算温度应力并采取相应的构造措施。
在哪些情况下,伸缩缝的间距宜适当减小?
柱高(从基础顶面算起)低于8m的排架结构;
屋面无保温、隔热措施的排架结构;
位于气候干燥地区、夏季炎热且暴雨频繁地区的结构或经常处于高温作用下的结构;
采用滑模类工艺施工的各类墙体结构;
混凝土材料收缩大,施工期外露时间较长的结构。
在哪些情况下,伸缩缝的间距可适当加大?
采取减小混凝土收缩或温度变化的措施;
采用专门的预加应力或增配构造钢筋的措施;
采用低收缩混凝土材料,采取跳仓浇筑、后浇带、控制缝等施工方法,并加强养护施工。
现浇挑檐、雨罩等外露结构的伸缩缝间距不宜大于12m。
伸缩缝与沉降缝的宽度一般不宜小于50mm。
沉降缝
沉降缝的设置,主要与基础受到的上部荷载及场地的地质条件有关。当上部荷载差异较大,或地基土的物理力学指标相差较大,则应设沉降缝,沉降缝可利用挑梁或搁置预制板、预制梁等办法做成,见图14-9。
防震缝
防震缝的设置主要与建筑平面形状、高差、刚度、质量分布等因素有关。
防震缝的设置,应使各结构单元简单、规则,刚度和质量分布均匀,以避免地震作用下的扭转效应。为避免各单元之间的结构在地震发生时互相碰撞,防震缝的宽度不得小100mm。
设置防震缝时,应符合下列规定:
防震缝最小宽度应符合下列要求:
框架结构房屋,高度不超过15m的部分,可取100mm;超过15m的部分,6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m,宜加宽20mm;
框架-剪力墙结构房屋不应小于本款1)可按第一项规定数值的70%采用,剪力墙结构房屋不应小于本款1)可按第一项规定数值的50%采用,但二者均不宜小于100mm。
数值的50%采用,但二者均不宜小于100mm。2 防震缝两侧结构体系不同时,防震缝宽度应按不利的结构类型确定;
防震缝两侧的房屋高度不同时,防震缝宽度应按较低的房屋高度确定;
8、9度抗震设计的框架结构房屋,防震缝两侧结构层高相差较大时,防震缝两侧框架柱的箍筋应沿房屋全高加密,并可根据需要沿房屋全高在缝两侧各设置不少于两道垂直于防震缝的抗震墙;
当相邻结构的基础存在较大沉降差时,宜增大防震缝的宽度;
防震缝沿房屋全高设置,地下室、基础可不设防震缝,但在与上部防震缝对应处加强构造和连接;
结构单元之间或主楼与裙房之间不宜采用牛腿托梁的做法设置防震缝,否则应采取可靠措施。
高层建筑结构概念设计
国内外高层建筑的发展概况
国内高层建筑的发展
古代
近代
国外高层建筑的发展
高层建筑的特点
高层建筑的分类
第一类:9~16层,高度不超过50m
第二类:17~25层,高度不超过75m
第三类:26~40层,高度不超过100m
第三类:26~40层,高度不超过100m
我国对高层建筑的定义
高层建筑的特点
高层建筑结构的类型
钢结构
优点:强度高、韧性大、抗震性能好、易于加工,能缩短现场施工工期,施工方便。
缺点:用钢量大,造价很高,而且耐火性能差。
钢筋混凝土结构
优点:造价较低,材料来源丰富,可浇注成各种复杂断面形状,可以组成多种结构体系;可节省钢材,承载能力较高,经过合理设计,可获得较好的抗震性能。
缺点:构件断面大,占据面间大,自重大。
组合结构
优点:在钢筋混凝土结构基础上,充分发挥钢结构优良的抗拉性能以及混凝土结构的抗压性能进一步减轻结构重量,提高结构延性。
类型
钢材加强钢筋混凝土构件,钢骨钢筋混凝土构件,钢管钢筋混凝土构件
部分抗侧力结构用钢结构,另一部分采用钢筋混凝土结构(或部分采用钢骨钢筋混凝土结构)
高层建筑结构的结构体系
高层建筑的基本的抗侧力单元
框架
剪力墙
筒体
结构体系:结构抵抗外部作用的构件单元组成方式
结构体系类型
框架结构体系:由梁、柱构件通过结点连接组成的结构称为框架,框架结构是多层房屋的主要结构形式,也是高层建筑的基本结构单元。
框架结构体系
纯框架结构
剪力墙结构体系
框架—剪力墙结构体系
筒中筒结构体系
多筒体系
巨型结构体系