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1、第二章 高层建筑结构设计 基本规定 v具体设计抗侧力体系时应考虑三个方面的要 求:一是应具有必要的承载能力、刚度和变 形能力;二是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;三是对可能出现的薄 弱部位,应采取有效措施予以加强。 2.1 结构平面布置 v结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖 向荷载, 力争均匀对称, 减少扭转的影响 。扭转是否过大,可用概念设计方法近似计 算刚心质心及偏心距后进行判断,还可比较 结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的 层间变形 ,其比值超过1.1者,可认为扭转 太大而结构不规则。 一、平面形状 v地震区的建筑不宜采用角
2、部重叠的平面形状或细 腰形平面形状 . v高层建筑不应采用严重不规则的结构布置,当由 于使用功能与建筑的要求,结构平面布置严重不 规则时,应将其分割成若干比较简单,规则的独 立结构单元。 v根据高规的规定,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: v1.平面宜简单、规则、对称,减少偏心; v2.平面长度不宜过长,突出部分长度l不宜 过大(图2.2);L、l等值宜满足表2.1的要 求; v3.不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平 面图形。 二、楼板洞口 v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
3、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。 v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。 三、缝的设置 v设置防震缝时,应符合下列规定: v防震缝最小宽度应满足下列要求:框架结 构房屋,高度不超过15m的部分,可取 70mm;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 可按第一项规定数值的70%采用,剪力墙结 构房屋可按第一项规定数值的5
4、0%采用,但 二者均不宜小于70mm。 v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; v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; v防震缝宜沿房屋全高设置;地下室、基础可不设 防震缝,但在与上部防震缝对应处应加强构造和 连接; v结构单元之间或主楼与裙房之间如无可靠措施, 不应采用牛腿托梁的做法设置防震缝。 v当相邻部分基础、埋深不一致、地基土层变 化很大或房屋层数、荷载相差悬殊时,应设 沉降缝将相邻部分分开,基础在沉降缝处应 断开。 v为消除温度和收缩应力对结构造成的危害, 当房屋的总长度超过
5、一定数值时,要设置伸 缩缝(从基础以上断开)或采用其他一些计 算和构造措施。 表2.2 防震缝的间距 结构体系施工 方法最大间距() 框架结构现浇 剪力墙现浇 2.2 结构的竖向布置 一、侧向刚度和体形的要求 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%。 抗侧力结构层间受剪承载力的突变将导致薄弱层出现严重破 坏甚至倒塌。为防止结构出现薄弱层,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宜小于其
6、 上一层受剪承载力的75%。 抗震设计时,结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。 v对于结构上下有收进或挑出时, 其收进或挑出部分的尺寸 限制为:上部楼层收进时, 且 H 1 / H 0.2 时, 应有 B 1 / B 0.75 ; 上部楼层外挑时, 应有 B / B 1 0.9 且 a 4 m 。 二、最大适用高度与高宽比 结构体系非抗震设计 抗震设防烈度 6789 框架7060554525 框架-抗震墙14013012010050 抗震墙 全部落地15014012010060 部分框支13012010080不应采用 筒体 框架-核心筒16015014010070 筒中筒200180160120
7、80 板柱-抗震墙70403530不应采用 A 级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比 结构类型非抗震设计 抗震设防烈度 6度、7度8度9度 框架,板柱抗震墙432 框架抗震墙5543 筒体,抗震墙,框架筒 体 6654 注:(1)当有大底盘时 ,计算高宽比的高度从大底盘的顶部算起; (2)超过表内高宽比的体型复杂的房屋,应进 行专门 研究。 2.3楼盖结构 v房屋高度超过50m时,框架-剪力墙结构、 筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇楼 盖结构,剪力墙结构和框架结构宜采用现浇 楼盖结构。当房屋高度不超过50m时,剪力 墙结构和框架结构可采用装配式楼盖,但应 采取必要的构造措施。 v楼
8、盖构造要求 v(1)为了保证楼盖的平面内刚度,现浇楼盖的混凝土强度 等级不宜低于C20;同时由于楼盖结构中的梁和板为受弯构 件,所以混土强度等级不宜高于C40。 v(2)房屋高度不超过50m的框架结构或剪力墙结构,当采用 装配时楼盖时,应符合下列要求:楼盖的预制板板缝宽度 不宜小于40mm,板缝大于40mm时应在板缝内配置钢筋, 并宜贯通整个结构单元。预制板板缝、板缝梁的混凝土强度 等级应高于预制板的混凝土强度等级,且不宜低于C20; 预制板搁置在梁上或剪力墙上的长度分别不宜小于35mm或 25mm; 预制板板端宜预留胡子筋,其长度不宜小于 100mm;预制板板孔堵头宜留出不小于50mm的空腔
9、,并 采用强度等级不低于C20的混凝土浇灌密实。 v(3)房屋高度不超过50m、6、7度抗震设计的框架-剪力 墙结构,当采用装配整体式楼盖时,除应符合上述第(2 )条第款的规定外,其楼盖每层宜设置钢筋混凝土现浇 层。现浇层厚度不应小于50mm,混凝土强度等级不应低 于C20,不宜高于C40,并应双向配置直径68mm、间距 150200mm的钢筋网,钢筋应锚固在剪力墙内。 v(4)一般楼层现浇楼板厚度不应小于80mm,当板内预埋暗 管时不宜小于100mm;顶层楼板厚度不宜小于120mm, 宜双层双向配筋。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%,
10、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。 v(5)采用预应力混凝土平板的厚度,应考虑刚度 、抗冲切承载力、防火以及防腐蚀等要求。在初 步设计阶段,现浇混凝土楼板厚度可按跨度的 1/451/50采用,且不应小于150mm。 v(6)现浇预应力楼板为防止或减小主体结构刚度 对施加楼盖预应力的不利影响,应采用合理的施 加预应力的方案。如采用板边留缝以张拉和锚固 预应力钢筋,或在板中部预留后浇带,待张拉并 锚固预应力钢筋后再浇筑混凝土。 2.4
11、 水平位移限制和舒适度要求 表2.8 弹性层间位移角限值 结构类型 e 钢筋混凝土框架1/550 钢筋混凝土框架-抗震墙,板柱-抗震墙,框架- 核心筒 1/800 钢筋混凝土抗震墙,筒中筒1/100 0 钢筋混凝土框支层1/100 0 多、高层钢结 构1/300 表2.9 层间弹 塑性位移角限值 结 构 体 系 p 框 架 结 构1/50 框架剪力墙结 构、框架核心筒结构 、 板柱剪力墙结 构 1/100 剪力 墙结 构和筒中 筒结构1/120 框 支 层1/120 遇到下列情况时,必须进行罕遇地震作用下的变形验算: 1)79度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构; 2)甲类建筑和9度抗震设
12、防的乙类建筑结构; 3)采用隔震和消能减震技术的建筑结构。 下列结构宜进行弹塑性变形验算: 1)采用时程分析的房屋且竖向分布不规则的房屋的高层建 筑结构; 2)7度、类场地和8度抗震设防的乙类建筑结构; 3)板柱-剪力墙结构。 楼层屈服强度系数按下式计算 式中, 按楼层实际配筋及材料强度标准值计算的楼 层承载力,以楼层剪力表示; 在罕遇地震作用下,由等效地震荷载按弹性 计算所得的楼层剪力。 规程推荐的一种简化计算法: 该方法适用于不超过 12层且层侧向刚度无突变的框架结构。 结构的薄弱层或薄弱部位,对楼层屈服强度系数沿高度分布均 匀的结构,可取底层;对楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀 的结构,
13、可取该系数最小的楼层(部位)和相对较小的楼层, 一般不超过 23处。 层间弹塑性位移可按下列公式之一计算: 弹塑性层间位移增大系数 三、舒适度要求 v高层建筑在风荷载作用下将产生振动,过大 的振动加速度将使在高层建筑内居住的人们 感觉不舒服,甚至不能忍受,下表为两者之 间的关系。 参照国外研究成果和有关标准,高层规程规定,高度超 过 150m的高层建筑结构应具有良好的使用条件,以满足舒 适度要求,按 10 年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风 向结构顶点最大加速度不应超过下表 的限值。必要时,可 通过专门风洞试验结果计算确定顺风向与横风向结构顶点最 大加速度 2.5 抗震设计基本规定 v在地震
14、区,除了要求结构具有足够的承载力 和合适的刚度外,还要求它具有良好的延性 。 v抗震设计时,高层建筑钢筋混凝土结构构件 应根据设防烈度、结构类型和房屋高度采用 不同的抗震等级,并应符合相应的计算和构 造措施要求。 抗震等级划分:为了对不同的情况能够 区别对待以及方便设计,对一般建筑结 构延性要求的严格程度可分为四级:很 严格(一级)、严格(二级)、较严格 (三级)和一般(四级),这称之为结 构的抗震等级。相对于一般建筑而言, 高层建筑更柔一些,地震作用下的变形 就更大一些,因而对延性的要求就更高 一些。因此,高层规程对地区设防 烈度为9度时的A类建筑以及B级高度丙 类建筑钢筋混凝土结构又增加了
15、特一 级. v需要注意,表中的烈度不完全等于房屋所在 地区的设防烈度,还与房屋重要性有关. v1 甲类、乙类建筑:当本地区的抗震设防烈 度为68度时,应符合本地区抗震设防烈度 提高一度的要求;当本地区的设防烈度为9度 时,应符合比9度抗震设防更高的要求。当建 筑场地为类时,应允许仍按本地区抗震设 防烈度的要求采取抗震构造措施; v2 丙类建筑:应符合本地区抗震设防烈度的 要求。当建筑场地为类时,除6度外,应允 许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采 取抗震构造措施。 高层建筑结构抗震概念设计时应注意以下几方面内容。 (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。 (2)结构
16、体系和抗侧刚度的合理选择。 (3)结构平面布置力求简单、规则、对称,尽量减 少易产生应力集中的凸出、凹进和狭长等复杂平 面;同时,更重要的是结构平面布置时要尽可能 使平面刚度均匀,即使结构的“刚心”与质心靠近 . (4)结构竖向宜做成上下等宽或由下向上逐渐减小 的体型,更重要的是结构的抗侧刚度应当沿高度 均匀,或沿高度逐渐减小。 (5)结构的承载力、变形能力和刚度要均匀连续 分布,适应结构的地震反应要求。 (6)抗震结构在设计上和构造上应实现具有多道 设防。 (7)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。 (8)延性结构的塑性变形可以耗散地震能量,因 此可降低对延性结构的承载力要求。 (9)结构倒塌往往是由竖向构件破坏造成的,既 承受竖向荷载又抗侧力的竖向构件属于重要构 件 。 (10)保证地基基础的承载力、刚度和有足够的 抗滑移、抗转动能力 。 本章结束