建筑构造下册 第一章---高层建筑

东南大学重庆大学共四本书，全面介绍了高层建筑的各个方面。提到了高层建筑的优缺点，以便对高层建筑有一个全面的认识。对高层建筑进行了概括，包括底层或多层民用建筑、超高层建筑等类型，以及高层建筑结构的主要分类：纯框架体系、简支体系（这里可能存在误写，应为“简支体系”）和结构体系。还详细介绍了高层建筑常用的楼盖形式，如密肋楼盖和无梁楼盖，以及它们的特点和构造方式。

高层建筑

• 高层建筑概括
  • 高层建筑优缺点
    • 优点
      • 高层建筑占地面积小，提高土地利用率，扩大市区空地，节省更多的地方交通绿化等，有效缓解市区用地紧张问题
      • 带来明显的社会经济效益，增加在城市中心地段选址的可能性。
      • 使得道路、管线等设施集中，减少市政建设投资
      • 垂直交通要比水平交通方便，高层可以使相关机构放在一顿建筑内，提高使用效率。
      • 是城市发展程度的标志
      • 可以改善城市面貌，是丰富城市天际线必不可少的部分
    • 缺点
      • 与一般多层建筑相比用钢量大，施工难度大，建设成本高。
      • 巨大体量影响周边建筑光线通风等
      • 高层建筑的火灾隐患问题突出
      • 一些大型建筑能耗较大，加剧城市热岛效应
      • 拆除比较麻烦，资源浪费
      • 高层建筑造型大多千篇一律，体现不出文化传统与地方特色
      • 室内空间单调
    • 措施
      • 高层建筑发展要考虑周边环境，尊重历史，文脉更好的融入其中。
      • 应该尽可能在视觉上削弱建筑的体量，如将高层分为多个体块的组合，引入绿化平台
      • 消弱内部空间的单调感，采取多种空间组合形式
      • 注重建筑的可持续发展和生态设计，根据当地气候条件采取保温隔热、自然通风等措施
        • 注重建筑布局，最大限度利用自然光
        • 考虑当地风向和气流影响，形成自然通风系统，可以采取中庭通风，弗兰克商业银行大楼
        • 对于高层的体形系数有一定的考虑，因为具有相同面积的高层建筑比一般建筑大得多，能耗自然增大
        • 应该在满足建筑美学和建筑密度的前提下，尽可能降低建筑高度
        • 高层建筑外围护结构和窗墙要比一般建筑多，注重构造细部设计等。
  • 世界最高楼：迪拜哈利法塔
  • 中国第一高楼，世界第二高楼：上海中心大厦
  • 高层建筑概念
    • 建筑高度大于27米的住宅建筑和建筑高度大于24米的非单层厂房、仓库和其他民用建筑。
  • 底层或多层民用建筑
    • 建筑高度不大于27米的住宅建筑，建筑高度不大于24米的公共建筑以及建筑高度大于24米的单层公共建筑
  • 超高层建筑
    • 建筑高度大于100米的民用建筑
• 高层建筑结构
  • 分类
    • 形体分类
      • 板式高层建筑
        • 建筑平面成长条形的高层建筑，一般长宽比在2以及以上
      • 塔式高层建筑
        • 建筑平面长宽比相近的高层建筑，一般长宽比在2以下
    • 结构形式（类型）
      • 砌体结构
      • 钢筋混凝土结构
        • 防火好，造价低，刚度大，用钢量少，我国应用最广泛的结构形式
        • 断面和自重较大
      • 钢结构
        • 耐火性差，造价高
        • 截面小，工期短，抗震性能好
      • 钢-混凝土混合结构
        • 综合前两者的优点
      • 高层建筑水平荷载起着决定性的作用
    • 结构体系
      • 纯框架体系
      • 纯剪力墙体系
      • 筒体体系
      • 体系组合
        • 框支剪力墙体系
        • 框架剪力墙体系
        • 框架筒体体系
        • 筒中筒体系
        • 束筒体系
        • 巨型框架
      • 特殊结构体系
        • 竖筒挑托体系
        • 竖筒悬挂体系
• 结构体系
  • 纯框架体系
    • 概念
      • 框架结构由梁柱构件通过节点连接构成。
    • 优点
      • 建筑平面布置灵活，立面约束较少
    • 缺点
      • 在水平荷载的作用下，侧向刚度小，水平位移大，是柔性结构体系，不易在地震区使用，主要用于20层以下的建筑。
    • 根据楼板布置的不同分为
      • 横向框架承重
      • 纵向框架承重
      • 横纵向框架承重
    • 要求
      • 柱网布置尽量满足使用要求，符合模数、减少构件类型，力求建筑形状规则简单，结构布置合理，受力明确，施工方便。
      • 梁的跨度在4-9米之间经济，梁的跨度为L，梁截面高度h=（1/15）L到（1/10）L。梁宽度b=（1/2）h到（1/3）h，但不宜小于200mm，柱截面高度h不易小于300mm，高宽比不大于3
      • 避免室内出现棱角、影响房间使用，由L、T、Z、或者十字形构成的异形框架柱不断被采用。
  • 纯剪力墙体系
    • 概念
      • 体系中竖向承重结构全部由横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙组成。
    • 优点
      • 其侧向刚度大，水平位移小，属于刚性结构体系，房内无梁柱外露，主要用于40层以下的建筑。
    • 缺点
      • 剪力墙间距比较小，剪力墙的间距6-8米，建筑平面布置不够灵活，结构自重大，高层公寓和宾馆等空间比较适合采用这种体系。
  • 筒体体系
    • 概念
      • 整体结构由框架或者剪力墙合成竖向井筒，并以各层楼板将井筒四壁相互连接起来，形成一个空间构架。
    • 特点
      • 刚度大，建筑平面布置灵活，内部空间较大，能适应多种类型的建筑
    • 分类
      • 实腹式筒体（墙筒）
        • 由剪力墙围合而成
      • 空腹式筒体（框筒）
        • 由密集立柱围合成
  • 体系组合
    • 框支剪力墙体系
      • 概念
        • 建筑上部采用剪力墙结构下部采用框架体系。如高层旅馆，高层综合楼中运用较多，建筑上部为客房，下部为商场，地下车库等大空间。
      • 缺点
        • 上下刚度在交接处产生突变，需要结构转换层，不能用于抗震地区
      • 措施
        • 应增加底部框架结构的刚度和承载力，通常将上部结构中部分剪力墙延伸至底部大空间。
    • 框架剪力墙体系
      • 概念
        • 框架体系的基础上，增设一定数量纵横向剪力墙，与框架结构形成整体。
      • 特点
        • 竖向荷载由柱和剪力墙承担，水平荷载主要由剪力墙承担
      • 剪力墙的布置原则
        • 平面布置
          • 剪力墙是该体系的主要抗震构件，应沿建筑平面的两个主轴方向布置，即双向布置，保证可以承担来自任何方向的水平地震作用。
          • 剪力墙的数量要适当，过多则刚度太大不经济，过少则刚度不足不符合设计要求。
          • 每个剪力墙均匀布置应该做到分散、均匀、周边、对称、四原则。
          • 剪力墙应自上到下连续布置，避免刚性突变。
          • 剪力墙门窗洞口宜上下对齐，成列布置，避免不规则洞口的设置
          • 纵横向剪力墙宜合并布置为L型，U型，T型等形式
          • 双向布置且刚度接近，避免偏心太多。
          • 三心合一：质心，形心，刚心
        • 剪力墙的高宽比
          • 剪力墙不宜过长，墙段长度宜小于8米，墙高与长度之比宜大于3
        • 剪力墙的高厚比
          • 高厚比中的高度是剪力墙在平面图上的长度，也就是高宽比中的宽度，高厚比中的厚度是指墙厚。（柱子、短肢剪力墙都是这个概念）
          • 当高厚比小于等于4时为柱，高厚比大于4且小于等于8为短肢剪力墙，高厚比大于8为一般剪力墙。
          • 抗震设防烈度为7级时，墙厚可按每层10mm叠加估算。
          • 剪力墙间距<4.0B（建筑宽度)<50m（6、7度震区）
    • 框架筒体体系
      • 概念
        • 由筒体和框架共同组成的结构体系称为框架筒体体系。筒体承担水平荷载，框架主要承担垂直荷载
      • 布置原则
        • 核心筒强度高，宜贯穿建筑全高
        • 多筒宜对称布置
        • 通常将所有服务用房和公共设施等集中布置在筒体内，以保证框架大空间的完整性，从而有效的利用空间
      • 分类
        • 核心筒框架体系
          • 指筒体布置在建筑核心部分，在外围布置框架。适用于平面形状比较规整的高层建筑。
        • 多筒框架体系
          • 两个端筒+框架
            • 可以在建筑中获得开敞大空间
          • 核心筒+端筒+框架
            • 适用于平面形状比较狭长的高层建筑
          • 核心筒+角筒+框架
            • 适用于平面尺寸较大的各种多边形高层建筑
    • 筒中筒体系
      • 概念
        • 两个以及两个以上的筒体内外嵌套所组成的结构体系，称为筒中筒体系
      • 特点
        • 核心筒一般布置成辅助房间和交通空间，采用实腹墙筒，外筒多为空腹框筒。刚度大，内部空间较大，抗侧力能力好，用于30层以下的建筑是不经济的。
      • 要求
        • 矩形框筒体系中，长短边之比不宜大于1.5，框筒柱距不宜大于3m，个别可扩大到4.5米，但一般不应大于层高。
        • 筒中筒结构中，为了保证外框的整体性，开窗面积不宜大于50%，不应该超过60%
        • 为了保证内外筒共同工作，内筒的长度和宽度不应小于外筒长度的1/3
        • 核心筒宜贯穿建筑全高，框架核心筒宽度不宜小于总高的1/12，核心筒内筒边长为总高的1/12到1/15（现浇筒放宽）
        • 内筒与外筒间距宜小于12米，超过时应该加内柱
        • 内筒连续开洞时，其墙肢宜大于等于1.2米
    • 束筒体系
      • 概念
        • 束筒体系是由两个以及两个以上的框筒并列在一起的结构体系，框筒可以是各种凸多边形。
      • 特点
        • 其每个框筒形状任意，每个单筒可以根据实际需要在任何高度终止。
      • 优点
        • 灵活多变，适用范围更广，适用于各种平面形式，对形体的制约也较少。
        • 立面开洞率比框筒体系要大
        • 可用于高烈度区110层以下 的高层建筑，如西尔斯大厦。
    • 巨型框架
      • 概念
        • 利用筒体或桁架作为巨型柱，柱子一般布置在建筑平面周边
        • 在柱子之间每隔10层到15层设一道桁架巨型梁，其截面一般为一层到几层高，筒体和巨型梁就形成了巨型框架结构。
        • 在两层桁架之间的空间设置次框架结构，以承担桁架层的荷载。
  • 特殊结构体系
    • 竖筒挑托体系
      • 概念
        • 核心筒+悬挑梁（箱型梁、空腹桁架）
        • 同济大学图书馆新楼
    • 竖筒悬挂体系
      • 概念
        • 核心筒+桁架+吊杆
  • 结构体系的选择因素
    • 砖混结构<框架结构（20层以下、60m）<框剪结构（30层、80米）<剪力墙结构（40层、120米）<框筒结构（60层、250米）<筒中筒结构（30层到100层、400米）<束筒结构（110层、450米）<巨型框架结构（120层、500米）
• 高层建筑楼盖构造与布置
  • 高层建筑常用的楼盖形式
    • 现浇密肋楼盖
    • 无梁楼盖
    • 叠合板楼盖
    • 压型钢板组合楼盖
  • 密肋楼盖
    • 概念
      • 是由薄板和间距较小的肋梁组成，肋距小于等于1.5米，密肋楼盖用于跨度大且梁高受到限制情况。分单向密肋楼盖和双向密肋楼盖两种。
    • 分类
      • 单向密肋楼盖
        • 常用于长宽比大于1.5的楼盖，跨度不宜大于9米
      • 双向密肋楼盖
        • 建筑的柱网尺寸为正方形或接近正方形时，常采用双向密肋楼盖
  • 无梁楼盖
    • 概念
      • 一种不设梁，楼板直接支撑在柱子上、楼面荷载直接通过柱子传至基础的板柱结构体系。
    • 特点
      • 无梁楼盖通常用于商场、冷藏库、仓库等，分为有柱帽和无柱帽形式，其柱节点抗震性能差，常用于带有剪力墙的结构和筒体结构中。
  • 叠合板楼盖
    • 概念
      • 由预制的预应力薄板作为叠合板的底模，与上部现浇混凝土叠合而成的装配整体式楼板。
    • 特点
      • 整体性能好，但施工较麻烦，所有管线事先预埋在叠合层里面。
    • 连接方式
      • 薄板表面做凹凸刻槽处理
      • 薄板表面裸露结合钢筋
    • 楼板的厚度以薄板厚度的两倍为宜
  • 压型钢板组合楼盖
    • 概念
      • 是以截面为凹凸型的压型钢板为底板，在上现浇钢筋混凝土组合而成的一种楼板结构，它的跨度大，梁的数量少，楼板自重轻，施工快，高层中广泛应用。
    • 缺点
      • 要进行防火处理，用钢量多，造价相对高
• 高层建筑转换层
  • 转换层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，地震作用时在转换层上下容易形成薄弱环节，对结构抗震不利，设计转换层结构时应遵循以下原则
    • 布置转换层上下主体竖向结构时，注意使尽可能多的上部竖向结构能向下落地连续贯通，尤其框架筒体体系结构中核心筒应上下贯通。
    • 弱化上部，强化下部，抗震设计时应保证转换层上、下部主体结构的总剪切刚度比值满足要求
    • 尽可能减少需结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，转换结构越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利。
    • 优化转换层结构，选择具有明确传力路径的转换层结构型式，以便于结构分析设计和保证施工质量
    • 将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分采用符合实际受力变形状态的计算模型进行三维空间整体结构计算分析．必要时可采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算。
  • 转换层的设置位置如下
    • 底部取消部分剪力墙或柱子形成大空间
    • 顶层有空旷的大空间
    • 建筑结构类型改变
    • 柱子和剪力墙等结构的加减与移位
  • 常用结构形式
    • 梁式（增加梁的高度，桁架式，箱型等）
• 高层建筑结构增强措施
  • 当建筑平面尺寸较大时，在框筒中增设斜撑或斜向布置抗剪墙板
  • 构件沿周边布置，形成空间结构，如转角巨柱。
  • 锥形体在高层结构有突出优点，减少了上部风荷载和地震的作用
  • 增设加强层
  • 连体结构将独立建筑连接成为一个整体，使得高层建筑结构特征改成巨型框架结构。刚度得到提高。如马来西亚吉隆坡双塔大厦（西萨佩里）
    • 连接部分与主体之间宜采用刚性连接
    • 宜采用双轴对称形式
    • 将体型、平面和高度相同或者相近的独立结构连接成为整体
• 高层建筑设备层
  • 设备层是指高层建筑的某一楼层，其有效使用面积全部或大部分用于空调，给排水，电气，电梯机房等设备的布置。
  • 各层设备布置的要求
    • 合理利用建筑空间
      • 设备层通常设在地下室或者顶层
    • 满足设备布置的要求
      • 将震动发热大的设备放在建筑最下部
      • 将竖向分区用的设备（水泵、空调机）放在中间层
      • 将利用重力差的设备、需要对外换气的设备放在建筑最上层
    • 与结构布置相结合
      • 高层建筑中的结构转换层、加强层等特殊的楼层由于结构构件多，空间难以利用，用来布置设备层。
    • 与避难层相结合
      • 建筑高度大于100米的公共建筑，应该设置避难层
  • 中间设备层的特点
    • 底板承载能力比标准层要大
    • 层高低于或高于标准层
    • 施工时需要预留孔洞，结构上需要考虑防水防震等
    • 设备的竖井管道要做好防火措施
    • 一般根据避难层等相结合设置
    • 施工难度大
• 高层避难层
  • 概念
    • 建筑高度大于100米的公共建筑，应该设置避难层
  • 规定
    • 第一个避难层的楼地面至灭火救援场地面的高度不应大于50米，两个避难层之间的高度不宜大于50米
    • 通向避难层的疏散楼梯间应在避难层同层错位或者上下层断开。
    • 避难层的净面积宜按照5人/平方米计算
    • 避难层可以兼做设备层，设备管道应该集中布置，易燃、可燃设备管道区应采用耐火极限不低于3h的防火隔墙与避难层分隔
    • 管道井与设备间应该采用耐火极限不低于2h的防火隔墙与避难层分隔，管道井和设备间的门不应直接开向避难区，与避难区以及疏散走道联通时，应该设置避难隔间，门采用甲级防火门。
    • 避难层不应该开设除外窗、疏散门之外的其他开口
    • 应设置直接对外的可开启窗口，外窗应该采用乙级防火窗。
• 直升机停机坪
  • 建筑高度大于100米且标准层建筑面积大于2000平方米的公共建筑，顶层设置直升机停机坪供直升机救援设施
  • 规定
    • 设置在屋顶平台上时，距离天线，水箱，电梯机房，设备机房等突出物不应该小于五米
    • 建筑通向停机坪等出口不应该小于两个，每个出口宽度不宜小于0.9米
    • 四周设置航空障碍灯，应设置应急照明
    • 应设置消火栓
    • 符合国家航空管理相关标准
• 高层建筑玻璃幕墙
• 高层建筑外墙构造
• 高层建筑地下室构造
• 高层建筑的楼梯，电梯，防火要求