高层建筑结构设计

高层建筑结构设计 中国建筑工业出版社 目录 1 目录 2 第1章高层建筑结构概述 高层建筑结构的特点 1 随着高度增加 水平荷载将成为控制结构设计的主要因素 2 习惯上 将高于24m 且大于10层的建筑 叫做高层建筑 3 高层建筑基本的结构构件是梁 柱 支撑 墙和墙组成的筒 国内外高层建筑的历史和现状 1 我国的塔是古代多层和高层建筑的典型代表 2 现代高层建筑出现在19世纪 1884 1885年美国芝加哥建成了11层的家庭保险大厦 HomeInsuranceBuilding 现代高层建筑结构的发展 1 多功能和智能化2 结构体系的多样化3 动力反应智能化4 结构分析设计高度集成化5 低下空间进一步利用6 体型圆锥化7 支撑大型化 减轻剪力滞后 第2章抗侧力结构与布置 2 1框架结构 1 由梁 柱组成的结构单元叫做框架 2 框架在侧向力的作用下的侧移曲线以剪切型为主 3 框架柱网的柱距在4 10m 4 框架结构的填充墙宜选用轻质墙体 尽可能对称布置 砌体墙不承重 1 用钢筋混凝土剪力墙承受竖向荷载和抵抗水平侧向力的结构称为剪力墙结构 2 在侧向力作用下 剪力墙结构的侧移曲线呈弯曲型 3 为了使底层获得较大的空间 可以将结构做成底层或底部若干层为框架 上部为剪力墙的框支剪力墙 4 地震作用下 框支层的层间变形大 造成框支柱破坏 甚至引起整栋楼倒塌 因此 地震区不允许采用框支剪力墙结构 可采用部分剪力墙落地 部分剪力墙由框架支撑的部分框支剪力墙结构 5 短肢剪力墙是指墙肢截面高度与宽度之比为5 8的剪力墙 主要用在住宅建筑 高层建筑不允许采用全部为短肢墙的剪力墙结构 应设置一定数量的一般剪力墙或井筒 形成短肢剪力墙与井筒共同抵抗水平作用的结构 2 2剪力墙结构 第2章抗侧力结构与布置 2 3框架 剪力墙结构 1 框架 剪力墙结构是一种双重抗侧力结构 2 框架 剪力墙结构 在水平力作用下 侧移曲线为弯剪型 层间位移沿建筑高度比较均匀 改善了框架结构和剪力墙结构的抗震性能 3 框架 剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系 结构的两个主轴方向都要布置剪力墙 4 剪力墙的布置可以灵活 但要符合一定要求 P17 1 板柱结构是指钢筋混凝土无梁楼板和柱组成的结构 2 4板柱 剪力墙结构 第2章抗侧力结构与布置 2 5框架 支撑 抗震墙板 结构 1 中心支撑框架的支撑斜杆的轴线交汇于框架梁柱轴线的交点 偏心支撑框架的特点是支撑连接位置偏离梁柱节点 每根斜杆应至少一端与框架梁相连 在梁端或梁的跨中形成一段短梁 称为耗能梁端 2 偏心支撑框架的抗震性能明显优于中心支撑框架 3 1965年东京大学武藤清教授发明的带竖缝钢筋混凝土墙板 虽然开缝使墙板的刚度和承载力降低约40 但是提高了延性和耗能能力 使之适合抗震结构 1 框筒结构 1 框筒是由布置在建筑物周围的柱距小 梁截面高的密柱深梁框架组成 2 翼缘框架柱和腹板框架柱的轴力分布不均匀 这是剪力滞后的现象 2 桁架筒结构 1 用稀柱 浅梁和支撑斜杆组成的桁架 布置在建筑物的周边 就形成了桁架筒结构 3 筒中筒结构4 束筒结构 1 用框筒作为外筒 将楼 电 梯间 管道竖井等服务设施集中在建筑平面的中心做成内筒 就成为筒中筒 2 采用钢筋混凝土结构时 一般外筒采用框筒 内筒采用剪力墙围成的井筒 采用钢结构时 外筒采用框筒 内筒采用钢框筒或钢支撑框架 2 6筒体结构 第2章抗侧力结构与布置 2 7框架 核心筒结构 1 框架 核心筒结构的周边框架与核心筒之间形成的可用空间较大 广泛用于写字楼 多功能建筑 2 伸臂构件使一侧框架柱受压 另一侧框架柱受拉 对核心筒形成反弯 减小结构的侧移和减小伸臂构件所在楼层以下核心筒各截面的弯矩 3 设置水平伸臂构件的楼层 叫做加强层 1 巨型框架结构 深圳亚洲大酒店 1 巨型框架结构也称为主次框架结构 主框架为巨型框架 次框架为普通框架 2 巨型空间桁架结构 香港中国银行大厦 1 整幢结构用巨柱 巨梁和巨型支撑等巨型杆件组成空间桁架 相邻立面的支撑交汇在角柱 形成巨型空间桁架结构 2 8巨型结构 第2章抗侧力结构与布置 2 9抗侧力结构体系的适用高度及高宽比 1 最大适用高度 1 要根据房屋建筑的高度 是否需要抗震设防 抗震设防烈度等因素 确定一个与之匹配的 经济的结构体系 使结构效能得到充分发挥 建筑材料得到充分利用 而每一种结构体系 也有其最佳的适用高度范围 2 高宽比限值 1 若结构的高宽比大 则倾覆力矩也大 为了帮助设计者在初步阶段根据结构高度和结构体系确定比较合理而经济的平面尺寸 宏观控制结构的刚度 稳定性和承载力 混凝土高规 和 高钢规 规定了各种体系的高宽比限值 2 计算高宽比时 房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度 宽度指房屋轮廓边缘的最小宽度尺寸 第2章抗侧力结构与布置 2 10建筑体型和结构总体布置 1 震害及抗震概念设计 1 建筑体型是指建筑的平面和立面 建筑师 结构总体布置是指结构构件的平面布置和竖向布置 结构工程师 2 根据概念设计 抗震房屋的建筑体型和结构总体布置要符合一定原则 P362 建筑平面和结构平面布置 1 对抗震有利的建筑平面形状是简单 规则 对称 长宽比不大的平面 2 对抗风有利的建筑平面形状是简单规则的凸平面 如圆形 正方形 椭圆形等 可减小风压 3 建筑立面和结构沿高度布置 1 结构沿高度布置应连续 均匀 顶部收进过多 或顶部刚度过小 会由于振动的鞭梢效应而使结构顶部变形过大而导致破坏 4 不规则结构 1 平面不规则a 扭转不规则b 楼板凹凸不规则c 楼板局部不连续 2 竖向不规则a 侧向刚度不规则b 竖向抗侧力构件不连续c 楼层承载力突变 第2章抗侧力结构与布置 2 11变形缝的设置 1 防震缝 1 目前工程中更倾向于不设置防震缝 而采用加强结构整体性 防止薄弱部位破坏的措施 2 防震缝应该有一定宽度 否则在地震时相邻两部分会互相碰撞而破坏 70 20n mm 2 伸缩缝 1 混凝土收缩和温度应力常常会使混凝土架构产生裂缝 为了避免收缩裂缝和温度裂缝 房屋建筑可以设置伸缩缝 2 伸缩缝最大间距45 55m 3 工程中可以采取措施 避免设置伸缩缝a 设后浇带b 温度变化较大的部位提高配筋率c 顶层隔热 外墙保温d 高层建筑顶部设置双墙或双柱e 采用收缩小的水泥 加入外加剂f 提高每层楼板的构造配筋率或采用局部预应力3 沉降缝 1 在地基条件许可的时候 通过采取措施减小沉降缝 可以不设沉降缝 第2章抗侧力结构与布置 2 12基础形式 1 基础底面积的大小 基础的形式和埋深 取决于上部结构的类型 重量 作用力和地基土类型 2 箱型基础和筏型基础是高层建筑结构常用的基础类型 3 筏基有平板式和梁板式 筏基的底板较厚 梁板式筏基可以减小板厚 减少混凝土用量 4 当地基土质较软 应采用桩基 桩承台上可做成箱型或筏型基础 1 空气流动形成的风遇到建筑物时 就在建筑物表面产生压力或者吸力 这种作用力就叫做风荷载 2 确定高层建筑风荷载有两种方法 大多数可按照荷载规范规定的方法计算风荷载值 少数建筑还要通过风洞实验确定风荷载 3 单位面积上的风荷载标准值 a 基本风压值b 风压高度变化系数c 风载体型系数d 风振系数4 总体风荷载是建筑物各表面承受风作用力的合力 是沿高度变化的分布荷载 5 局部风荷载 应采用局部风荷载体型系数 对于檐口 雨篷 遮阳板阳台等突出构件的上浮力 风荷载体型系数大于等于 2 0 设计建筑幕墙时 按照国家现行幕墙设计标准规定 6 风洞实验采用的模型通常有三类a 刚性压力模型 测量表面的压力 吸力 b 气动弹性