第2章结构体系与结构布置

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结构体系概述EnterEnterEnterEnterEnterbackEnter一.框架结构体系（不包括异形柱结构）1.特点：1）平面布置灵活。2）自重较轻。3）计算理论较成熟。4）侧向刚度小，侧移大。5）节点是薄弱部位，是设计关键。

（必须为刚接）6）在地震力作用下，易引起非结构构件破坏。

（应设计成延性框架）7）侧移曲线呈剪切型（层间位移随楼层增高而减小）。2.适用范围：属于柔性结构，适用于70m或15层以下、地震烈度不太高的各类建筑Hδδjδi框架侧移曲线δj＜δi常用于6、7度或12层以下代表作品及平面：back400080008000800080008000400040005800400058006200北京长富宫中心，26层，高90.85m，89年建成。二.剪力墙结构体系（包括短肢剪力墙、框支剪力墙）1.特点：2.适用范围：属于刚性结构，适用于150m或30层以下的小开间建筑Hδδjδi剪力墙侧移曲线δj﹥δi1）在竖向荷载下视为受压的薄壁柱，在水平荷载下视为底部固定、顶端自由的悬臂深梁。2）整体性能好。3）刚度大、侧移小，抗震性能优越。4）结构自重大，间距受到楼板跨度限制。5）侧移曲线呈弯曲型（层间位移随楼层增高而增加）。（L/δ=5～8，常用于小高层）代表作品及平面：广州白云宾馆，33层，112.45米，1976年建成，国内首栋百米高层。3600400080008000660003000360003000660008000800040003600700007850785023003、变化情况（1）框支剪力墙：底层做成框架柱，上层上剪力墙。底层刚度小，上下刚度突变，地震作用下底层内力及塑性变形很大，在地震区不允许单独采用（2）部分落地大空间剪力墙结构地震区满足建筑需要底层商店或大堂的需要布置要点：①落地剪力墙布置在两端或中部，对称布置，防止扭转②底层采取加大墙厚，提高砼强度等措施提高刚度，减小上、下刚度差③上部应采用开间较大剪力墙方案④落地剪力墙之间距离要加以限制⑤过渡层楼板整体性和刚度要加大—应采用厚度较大的现浇钢筋混凝土板back三.框架-剪力墙结构体系1.特点：

2.适用范围：属于中刚性结构，适用于140m以下的各类高层建筑Hδ框架-剪力墙侧移曲线1）与框架结构相比，承载力和刚度提高，侧向变形减小；

与剪力墙结构相比，平面布置较灵活。

2）剪力墙由于刚度大，承担大部分（80-90%）的力，是抗侧力的主体，而框架承担竖向力和少部分水平力，且提供了较大空间。3）通过框—剪（筒）的协调工作，改善了框架结构的受力和变形性能，使各层层间剪力和位移趋于均匀，侧移曲线呈弯剪型（反S型、下弯上剪）。框架剪力墙框架-剪力墙代表作品及平面：back北京饭店四.筒体结构体系1.筒体形式：1）空间受力，在水平荷载作用下可视为固定在基础上的箱形悬臂构件。实腹筒

框筒

桁架筒

剪力墙

桁架

密柱深梁

筒中筒

内筒

外筒

外筒

2.特点：2）承载力、抗侧刚度和抗扭刚度很高。3）由于采用密柱深梁，结构的延性较差，层数不多时不宜采用。3.适用范围：适用于200m以下的超高层框筒60年代美国工程师法卢齐·坎恩首次提出，并设计了第一幢框筒结构：芝加哥43层德威特切斯纳特公寓筒体常放在建筑外围，由间距很密的柱与截面很高的梁组成，筒体内设置一些柱子，以减小楼板和梁在垂直荷载下的跨度，但对抵抗侧向力几乎不起作用筒中筒筒体内设置剪力墙，组成筒中筒，内筒可设置电梯、楼梯和竖向管道等。内、外筒不再设柱，内筒、外筒共同抵抗垂直与水平荷载成束筒将多个筒体合并一起形成，成束筒抗侧刚度比筒中筒更大，可建造很高的结构1~50层51~66层67~90层91层以上代表作品及平面：back深圳国贸大厦五、巨型结构体系1、巨型框架：筒体间用刚度很大的水平构件相互联系形成，巨型框架用筒体作柱子，用高度很大（一层或几层）的水平构件作梁2、巨型桁架：以大截面的竖杆和斜杆组成悬臂桁架，主要承受水平和竖向荷载五.结构体系（抗侧力体系）的选择建筑使用功能建筑平面建筑高度抗震等级地质条件施工技术……用途≤50m≥50m住宅剪力墙、框架-剪力墙剪力墙、框架-剪力墙旅馆剪力墙、框架-剪力墙、框架剪力墙、框架-剪力墙、筒体公共框架-剪力墙、框架框架-剪力墙、筒体2-2

结构布置原则一.抗震设防结构布置原则1）选择有利的场地，避开不利的场地，采取措施保证地基的稳定性。危险场地不宜兴建高层建筑，如基岩有活动性断层和破碎带、不稳定的滑坡地带等；不利场地，高层建筑要采取相应措施以减轻震害，如场地冲积层过厚、沙土有液化危险、湿陷性黄土等2）保证地基基础的承载力、刚度，以及足够的抗滑移、抗倾覆能力，使整个高层建筑形成稳定的结构体系，防止在外荷载作用下产生过大的不均匀沉降、倾覆和局部开裂等3）合理设置抗震缝。一般情况下宜采取调整平面形状与尺寸，加强构造措施，设置后浇带等方法，尽量不设缝、少设缝。设缝时必须保证有足够的缝宽。4）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。结构平面布置力求简单、规则、对称，避免凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼电梯间；避免楼电梯间偏置。结构竖向体形尽量外挑、内收，力求刚度均匀渐变5）多道抗震设防能力，避免因局部结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力。如框架为强柱弱梁，梁屈服后柱仍能保持稳定；剪力墙结构的连梁先屈服；框架—剪力墙的连梁首先屈服，然后才是墙肢、框架破坏等6）合理选择结构体系。对于钢筋混凝土结构，一般来说纯框架结构抗震能力有限；框架—剪力墙性能较好；剪力墙结构和筒体结构具有良好的空间整体性，刚度也较大。7）结构应有足够的刚度，且具有均匀的刚度分布控制结构顶点总位移和层间位移，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。在小震时，应防止过大的变形使结构或非结构构件开裂，影响正常使用；在强震下，结构应不发生倒塌、失稳或倾覆现象8）结构应有足够的结构承载力，具有较均匀的刚度和承载力分布。局部强度太大会使其他部位形成相对薄弱的环节。9）节点的承载力应大于构件的承载力。要从构造上采取措防止地震作用下节点的承载力和刚度过早退化。10）结构应有足够的变形能力及耗能能力，应防止构件脆性破坏，保证构件有足够的延性。如采取提高抗剪能力、加强约束箍筋等措施11）突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承受鞭梢效应影响。对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强12）减轻结构自重，最大限度降低地震的作用，积极采用轻质高强材料13）应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失承载重力荷载、风荷载和地震作用的能力1.房屋适用高度：二.房屋适用高度和高宽比（分A类和B类）1）见书中表2.1、2.2。超过A级高度的为B级，B级的高度和高宽比大，但抗震等级、计算和构造措施严。不宜超过B级。2）表中数值适用于钢筋混凝土高层，高层钢结构另有规定。3）注意表下注。（房屋高度）2.房屋高宽比：高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制1）见书中表2.3。2）当高宽比超过5，应验算结构整体稳定和抗倾覆。3）实际工程中存在超限建筑，如深圳地王大厦H/B=8.8，金茂大厦7.6。三.结构平面布置原则1）平面宜规则、简单、均匀对称，受力合理，传力简捷。

（超过表2.4规定时为平面不规则）2）平面刚度宜均匀对称，以减少扭转。

（使平面刚心和质心接近或重合，其偏心距e/L≤5%）3）宜采用长宽接近的“塔式”建筑，避免“板式”或一字形建筑，L/B≤4（7度）或3（8度）。L

B

e/L

≤5%P

刚心

质心4）平面局部突出部分的尺寸应满足表2.6要求，否则应采取加强措施，减轻应力集中。5）宜避免在拐角处设置楼电梯间（因井筒刚度大，易产生应力集中）。6）开有大洞口的楼板应采取加厚楼板、增设边梁、加大配筋等加强措施。不规则类型定义和参考指标扭转不规则在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30％楼板局部不连续

楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50％，或开洞面积大于该层楼面面积的30％，或较大的楼层错层表2-4平面不规则的主要类型设防烈度L/Bl/Bmaxl/b6、7度

8、9度≤6.0

≤5.0≤0.35

≤0.30≤2.0

≤1.5表2.5平面尺寸及突出部位尺寸的比值限值结构平面布置应减少扭转的影响：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级不应大于0.9，B级，超过A级高度的结构，及复杂高层建筑不应大于0.85当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞时：

楼面凹入或开洞尺寸不宜大于楼面宽度的一半；楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30%；在扣除凹入或开洞后，楼板在任一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度不应小于2m楼板开大洞削弱后，宜采取的构造措施：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四.结构竖向布置原则1）沿竖向体型规则均匀，刚度宜连续，避免刚度突变和软弱层。（超过表2.7规定时为竖向不规则）顶部塔楼、楼层外挑内收、底部或顶层大空间、中部剪力墙或筒体中断或错位等2）宜设置地下室，帮助上部结构抗倾覆和滑移，减少地震力对上部结构的影响。不规则类型定义和参考指标侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70％，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80％；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25％竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80％表2.7竖向不规则类型各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等计算信息

FloorNo:层号

TowerNo:塔号

Xstif，Ystif:刚心的X，Y坐标值

Alf:层刚性主轴的方向

Xmass，Ymass:质心的X，Y坐标值

Gmass:总质量

Eex，Eey:X，Y方向的偏心率

Ratx，Raty:X，Y方向本层塔侧移刚度与下一层相应塔侧移刚度的比值

Ratx1，Raty1:X，Y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者

RJX，RJY，RJZ:结构总体坐标系中塔的侧移刚度和扭转刚度

===========================================================================FloorNo.1TowerNo.1Xstif=5.3359(m)Ystif=8.3667(m)Alf=0.0000(Degree)Xmass=5.3383(m)Ymass=9.2226(m)Gmass=712.8025(t)Eex=0.0002Eey=0.0827Ratx=1.0000Raty=1.0000Ratx1=2.3840Raty1=2.8242薄弱层地震剪力放大系数=1.00RJX=3.3494E+06(kN/m)RJY=3.0398E+06(kN/m)RJZ=0.0000E+00(kN/m)---------------------------------------------------------------------------FloorNo.2TowerNo.1Xstif=5.3358(m)Ystif=8.3742(m)Alf=0.0000(Degree)Xmass=5.3382(m)Ymass=9.3271(m)Gmass=536.5076(t)Eex=0.0002Eey=0.0924Ratx=0.5992Raty=0.5058Ratx1=1.7947Raty1=1.9676薄弱层地震剪力放大系数=1.00RJX=2.0071E+06(kN/m)RJY=1.5376E+06(kN/m)RJZ=0.0000E+00(kN/m)---------------------------------------------------------------------------五.设置变形缝的原则1）尽量不设缝，而调整平面形状、尺寸和结构布置，采取构造和施工措施。2）设缝时，应形成独立的结构单元，保证足够的缝宽。1）伸缩缝最大间距2）当采取有效措施时，间距可适当放宽：1.设置原则：2.设置伸缩缝：现浇框架

55m现浇剪力墙

45m

如提高温度变化较大处的配筋、顶层设置架空通风屋面或加强保温隔热、外墙做保温层、设置施工后浇带等后浇带：1）一般每隔30~40m设一道，后浇带宽800~1000㎜，混凝土后浇，钢筋采用搭接接头2）后浇带的混凝土可在主体混凝土施工后60d浇筑，至少也不应小于30d3)后浇混凝土浇筑时的温度宜低于主体混凝土浇筑时的温度4）后浇带应贯通建筑物的整个横截面，将全部结构墙、梁和板分开，使得缝两边结构都可自由伸缩5）后浇带可设在框架梁和楼板的1/3跨处或剪力墙连梁跨中和内外墙连接处6）后浇带支撑模板圈里不能全部拆除。当框架主梁跨度较大时，梁的钢筋可以直通而不切断，以免搭接长度过长产生施工困难，也防止悬臂状态下产生不利的内力和变形。1）设缝时，缝两侧形成双梁、双柱、双墙，导致立面处理困难、地下室渗漏等。3.设置沉降缝：2）三种手段放：抗：调：设置沉降缝（导致用料多，处理困难，不经济）采用桩基或刚度很大的基础（场地土较好时）调整施工顺序或设置后浇带，或预留沉降差设置位置:①高度差异或荷载差异较大处；②上部不同结构体系或结构类型的相邻交界处；③地基土的压缩性有显著的差异处；④基础底面标高相差较大，或基础类型不一致处4.设置防震缝：1）应沿地面以上全高设置（地下室、基础可不设，但相应部位应加强）。2）应合理选择缝宽，并保证最小防震缝宽度。根据两侧中不利的结构体系和较低高度选择防震缝最小宽度为：1、框架结构：≤15ｍ时，取70mm；＞15ｍ时，每增加2~5m，加宽20mm；2、框架-剪力墙结构：取上述规定的70%,但不小于70mm。3、剪力墙结构：取框架结构的50%，但不小于70mm。4、缝两侧结构体系不同时，缝宽按不利的结构类型确定。六.截面尺寸初估（方案设计和初步设计时）1.柱截面：由轴压比控制轴压比限值P71表4.15系数1.1～1.2柱负荷面积单位面积荷载：框架、框-剪12～14kN/m2；剪力墙、筒体13～16计算截面以上层数

结构体系抗震等级一级二级三级框架结构0.70.80.9框架—剪力墙结构、筒体结构0.750.850.95部分框支剪力墙结构0.60.7---表4.4框架柱轴压比限值2.梁截面：由高跨比控制：P18表2.93.板厚：注意：梁高有减小的趋势。一般楼层：80-140顶层现浇板：≥120，宜双层双向配筋地下室顶板：≥160抵抗温度应力加强顶层约束提高抗风抗震4.墙厚：一般为150-300。超过200时，应双层配筋。back2-3

楼盖结构体系及其选择3）建筑使用功能、装饰要求、设备安装、施工技术等。一.楼（屋）盖体系的选择原则二.常用楼盖体系及其适用性1.现浇楼盖：肋梁楼盖——普通、技术经济指标好；结构高度大、不便管线安装⇒宽扁梁（用于层高受限时）。密肋楼盖——省材料、自重轻、高度大、适用于大跨且梁高受限时、不美观、吊顶处理。无梁楼盖——适用于大跨且梁高受限、或升层法施工时；冲切问题。1）结构整体性、面内刚度。2）结构高度小、质量轻。预应力空心板楼盖——适用于高度50m以下时，但要求严格（缝内设钢筋、设现浇面层、加强板端连接）。预应力大楼板楼盖——与房间同尺寸，双向先张法预应力筋，板边齿槽；吊装问题。非预应力平板楼盖——常用于剪力墙、筒体结构、可降低层高、平整；跨度大时自重大、不经济。

⇒现浇非预应力空心板楼盖无粘结预应力平板楼盖——适用于大跨且梁高受限时、平面布置灵活。2.预制板楼盖：3.预应力叠合板楼盖：4.组合楼盖：预制RC薄板（50-60mm），上现浇RC。省模板、刚度大、整体性好。压型钢板上现浇RC。省模板、自重小、厚度小；用钢量大。back一.基础选型原则2-4

基础结构布置1）应综合考虑地质条件、上部结构类型、荷载大小、施工条件、使用要求。4）基础设计宜考虑地基、基础和上部结构相互作用的影响。3）高层宜采用筏形基础、箱形基础、大直径桩基或扩底桩。涉及整个结构的使用功能和安全影响周边现有建筑影响施工进度基层造价占整个工程的比例很高2）要求：整体性好、能满足地基承载力、满足结构容许变形要求、能调节不均匀沉降。二.基础埋深建筑物高度埋置深度天然地坪或裙房地下室底板至箱基、筏基底板或桩承台底标高的距离埋深埋深考虑因素地基土质体型抗震设防烈度规定天然地基或复合地基≥H/15桩基≥H/18back例：专家楼基础条件：11层住宅，若基础埋深均2.5米，深度修正系数γm=1.6，宽度修正系数γ=0问：在下列的地质情况下，预估基础形式情况一、地基持力层为fa=180KPa情况二、地基持力层为fa=350KPa

情况三、地基持力层为fa=100KPa答：筏板基础答：独立基础答：桩基础fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)2-5

水平位移限值及舒适度要求一.弹性层间位移限值二.薄弱层弹塑性位移限值三.顶点最大加速度限值αmax在水平风荷载和地震作用下，层间弹性位移角应满足：H>250m时，≤1/500150<H≤250m时，前两者插值在罕遇地震作用下，薄弱层层间弹塑性位移角应满足：（同抗震规范）H>150m时，在风荷载作用下KJ1/50K-W、K-T1/100T-T、W1/120H≤150m时，KJ1/550K-W、K-T1/800T-T、W1/1000≤0.15（住宅、公寓）≤0.25（办公、旅馆）本章学习要求熟悉几种常见结构体系的特点和适用范围，了解结构体系的选择方法。掌握结构平面、竖向、变形缝的主要布置原则。熟悉基本构件的截面尺寸初估方法。了解常用楼盖结构体系的类型和选择。熟悉高层建筑基础的选型原则和基础埋深的确定。熟悉高层建筑结构的水平位移控制和舒适度要求。以下幻灯待以后编辑入讲稿中

第五节

抗震结构的概念设计

结构抗震中设计中存在着不确定或不确知的因素，例如：地震地面运动的特征(强度、频谱、持时)是不确定的，结构的地震响应也就很难确定，同时又很难对结构进行精确计算。概念设计要求工程师运用“概念”而不是只依赖计算)进行分析，作出判断，采取相应措施。经验包括结结构地震破坏机理的认识、力学知识、专业知识、对地震震害经验教训和试验破坏现象认识的积累等等。只列标题：

选择对建筑抗震有利的场地和地基。场地条件通常指局部地形、断层、地基土

、砂土液化等。土覆盖层土质硬、厚度小，则承载力高、稳定性好，在地震作用下不易产生地基失效;土质愈软、厚度愈大，对地震的放大效应愈大；局部突出的土质山梁，孤立的山包，对地震效应有放大作用；在发震断层，地震中常出现地层错位、滑坡、地基失效或土体变形。抗震设计时，应选择坚硬

土哉中硬土场地，当无法避开不利的或危险的场地时应采取相应措施选择延性好的结构体系与材料。

抗震结构平面及立面布置应简单、规则。抗震结构刚度、承载力和延性在楼层平面内应均匀，沿结构竖向应连续、刚度及质量