高层建筑结构课件第2章(结构体系与结构布置).ppt

高层建筑结构讲解：吕辉Tallbuildingsstructure 第二章结构体系与结构布置2-5水平位移限值和舒适度要求2-1结构体系概述2-2结构布置原则2-4基础结构布置2-3楼盖结构体系及其选择 2-1结构体系概述EnterEnterEnterEnterEnterback 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：back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：back广州白云宾馆，33层，112.45米，1976年建成，国内首栋百米高层。360040008000800066000300036000300066000800080004000360070000785078502300 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 代表作品及平面：back深圳国贸大厦 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 back 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2）保证地基基础的承载力、刚度3）合理设置抗震缝4）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径5）多道抗震设防能力6）合理选择结构体系7）结构应有足够的刚度8）结构应有足够的结构承载力9）节点的承载力应大于构件的承载力10）结构应有足够的变形能力及耗能能力 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、2.4。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2.5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）。LBe/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2-5　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2.6　平面尺寸及突出部位尺寸的比值限值 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、设置施工后浇带等做法见书P16 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）。放：抗：调：4.设置防震缝：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P68表4.4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。back 2-3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，≤1/500150150m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。