建筑结构选型之高层建筑其它设计方法

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1、第五章 高层建筑结构的其它设计 方法 n5-1 选择有效的房屋形式以控制侧移 n5-2 楼屋盖结构 n5-3 基础 5-4 国内外高层建筑实例 5-1 选择有效的房屋形式以控制侧 移 n控制侧移的途径： n选择合适的结构体系 n砖混结构框架结构框剪结构剪力墙结构 框筒结构筒中筒结构成束筒结构巨型框架 结构 n选择有效的房屋形式 有效的房屋形式 n外柱倾斜的房屋形式 图例：设计方案（1） 二、上窄下宽的房屋形式 三、圆形或椭圆形房屋形式 图例： 设计方案（2） 图例：设计方案（3） 四、三角形房屋形式 n五、新月形房屋形式 楼（屋）面结构 n肋梁楼盖 n无梁结构 n井字梁结构 n密肋结构小间距，

2、小梁 n钢混凝土组合结构 n后张预应力技术加大柱距，降低层高 单向板单向板：两对边支承， 或四边支承而l1/l22 双向板双向板：四边支承而且 l1/l22 优点：受力合理 缺点：使用净空间受限 肋梁楼盖 肋梁楼盖 肋梁楼盖 无梁结构 特点：钢筋混凝土板直接支承在柱上，无主次梁，板较厚 。有柱帽 优点：板底平整，可有效利用净空，便于管道在室内天棚 架设，可使隔墙安设在楼盖的任何地方 l缺点：结构整体刚度差 ，抗震性能不好 l适用范围： 冷藏室、仓库、商场、 多层工业厂房 分类：现浇、一般装配 、升板式 现浇无梁结构 n1组成：板、柱、柱帽 n柱网： 正方形（跨度不超过6米） 矩形（长短跨比不大

3、于4：3） 等效梁 等效梁 无梁楼盖 密肋楼盖 板柱结构 柱帽形式及 构造 板带划分 装配式无梁楼板 n分类：单向板、双向板 n1组成：跨中板、柱上板、柱帽 单向板无梁楼板 n1组成：双向跨中板、柱上板、柱帽 双向板无梁楼板 无梁楼板升板结构 无梁楼板升板结构 无梁楼板升板结构 框架承重方案与楼盖布置有关 单向板楼盖双向板楼盖 图例： 井字梁体系 图例：井字梁体系类型 大跨井字梁楼面 图 例 ： 密 肋 体 系 图例： 密肋体系 图例： 密肋体系 楼（屋）面结构（3） n钢混凝土组合结构 n钢梁，混凝土楼板 n钢梁，压型钢板作混凝土楼板永久底模 钢混凝土组合楼盖 组合楼盖类型 n现浇钢筋混凝土

4、板组合楼盖 钢梁与现浇混凝土板通过剪力联结件组成。 n预制钢筋混凝土板组合楼盖 预制（预应力）混凝土板，两预制板间留有槽口， 用细石混凝土浇筑，钢梁上焊有栓钉。 可在预制板进行叠合，形成叠合楼板。 n压型钢板组合楼盖 压型钢板作为施工底模和混凝土板的组合部分；混 凝土板与凹凸相间压型钢板和和带剪力联结件浇筑 在一起。 图例： 钢混凝土 体系 现浇板组合楼盖 预制板组合楼盖 压型钢板组合楼盖 压型钢板组合板 n主要依靠压型钢板纵向波槽作用 n为加强与压型钢板沿凸肋方向的粘结作用，在钢板上 制作压痕、开小孔、焊接横向钢筋 n为减小压型钢板与混凝土之间相对滑移，须设置端部 锚固件 压型钢板 组合梁、

5、板工作原理 混凝土与钢梁共同作用基础 n混凝土与钢梁界面的抗剪 n混凝土与钢梁界面设置抗剪联结件，以抵抗钢梁与混凝土 板之间的相对滑移 n组合梁在弯矩作用下符合平截面假定 组合梁、板工作原理 楼（屋）面结构（4） n后张预应力技术加大柱距，降低层高 n预应力大梁 n预应力楼板 n预应力悬挑梁、板 n大跨度预应力楼板 预应力混凝土技术 n概念：张拉钢筋并利用混凝土阻止钢筋恢复变形，使混凝土获得 压应力。 n定义：高强度钢材、较高强度混凝土、先进工艺、现代设计概念 和设计方法的高效预应力混凝土。 n优点 n减轻结构重量（减小截面尺寸） n增大结构跨度 n增大使用空间 n改善使用性能 n改善卸载后的

6、恢复能力 n提高耐疲劳强度 n充分利用高强度钢材 预应力混凝土梁的基本原理 图例：板内预应力钢筋 大跨多层框架结构 高层建筑预应力楼面（1） 高层建筑预应力楼面（2） 5-3 基础 n基础形式与受力特点 n独立基础 n条形基础 n十字型基础 n片筏基础 n箱型基础 n桩基础 图例：独立基础 图例： 条形基础 图例： 十字形基础 单独基础、条形基础和十字框架形基础底面 积小，地基所能提供给它的承载能力低，一般 多应用于层数较少的多层工业厂房和民用房屋 中 当多层框架房屋的基础条件较好（承载力高 ，土层均匀时），可以考虑单独基础 n当荷载较大或地基比较软弱时，多层框架房屋则采用条形基础 n当采用一

7、般条形基础仍不能满足强度和刚度要求时，可采用十 字形基础 n当地基持力层略深或土层分布不均时，也可采用刚性墙单独基 础或刚性墙条形基础 片筏基础 n特点： n片筏基础以整个房屋下大面积的筏片和地基相接触， 可以传递很大的上部荷载，并且具有良好的整体刚度 ，适用于地基承载力较低、上部结构荷载较大的工程 n平板式筏片基础厚度大用料多，刚度较差，但施工较方便 n倒交梁楼盖式片筏基础厚度小、用料省、刚度好，但施工麻 烦，费模板 图例： 片筏基础 n构造要求： n（1）混凝土 n筏形基础下的垫层厚度不小于100mm，强度等级不低于 C10。 n筏形基础混凝土强度等级不宜低于C20，防渗等级不应低 于S6

8、。 n（2）筏形基础与柱、墙的连接 n框架柱与基础梁连接时，梁应局部加宽，使柱外皮至梁边 的净宽不小于50mm。 n剪力墙与筏形基础相连处应加厚，形成基础梁，或直接落 在基础梁上 n（3）施工后浇带 n每隔2040m设一道，收缩裂缝产生。 n后浇带宽大于800mm，设置在柱距三等分的中间1/3范 围内，等到基础顶板完工14天后，采用比设计强度高一 级的无收缩混凝土浇筑。 图例：基础后浇带 n筏形基础一般伸出外墙1米左右，使筏形基础面积稍大于 上部结构面积 n筏形基础不必设置很多内部墙体，可以形成较大的自由空 间 n片筏基础在地基较软且不甚均匀时，常显得过小，难于满 足要求，这时可采用箱形基础

9、箱形基础 n特点： n由数量较多的纵向与横向墙体和有足够厚度的底板、顶 板组成刚度很大的箱形空间结构。 n整体刚度好，能将上部荷载角均匀地传递给地基 n有利于抗震 图例： 箱形基础 n箱形基础结构布置的要求 n（1）平面尺寸 n应满足地基承载力的需要，一般与上部结构相同，如地基 承载力不足，可以向外扩大。 n（2）箱基高度 nH(1/81/12)H nH(1/161/18)L nH3m n当采用桩基础、基础埋深小于H/12时，可以有一部分箱 基露出地面，作为半地下室。 n（3）箱基埋深 n采用天然地基时不小于H/15，采用桩基时不小于H/18 n（4）纵墙和横墙的布置 n沿周边布置外墙，内墙一

10、般沿上部结构的柱网或剪力墙 下布置，墙体宜在纵横两个方向均匀布置 n构造要求： n（1）墙体的厚度和配筋 n外墙最小厚度为250mm，内墙最小厚度为200mm。 n墙体分布钢筋采用双排双向钢筋，间距不大于200mm， 直径不小于： n外墙：竖向钢筋12mm，水平钢筋10mm n内墙：10mm n墙身上下连续配筋 n墙身混凝土强度等级不宜低于C20，外墙防渗等级不应低 于S6 n（2）筏形基础与柱、墙的连接 n框架柱与箱形基础连接处，墙应局部加宽，使柱外皮至墙 边的净宽不小于50mm。 n（3）顶板和底板 n顶板厚度不小于150mm，底板厚度不小于300mm，顶板 和底板的钢筋间距不宜大于200

11、mm，直径不宜小于12mm n(4)后浇施工带 n同筏形基础 图例： 桩基础 图例： 预制桩 n桩长：现场预制桩不宜超过米，工 厂预制不宜超过米 n桩身混凝土强度不低于 图例： 桩工作原理 图例： 灌注桩 n桩身混凝土强度等级不低于 n链接 图例： 预制桩 n桩长：现场预制桩不宜超过米，工 厂预制不宜超过米 n桩身混凝土强度不低于 图例： 桩工作原理 图例： 灌注桩 n桩身混凝土强度等级不低于 图例： 灌注桩 n桩身混凝土强度等级不低于 n链接 （七）结构转换层 n转换层作用 n转换层结构特点：大跨度、巨大荷载作用 n结构形式 n实腹梁 n孔腹梁 n桁架 n箱型结构 n厚板结构 转换层的结构功

12、能 结构转换层概念 实腹梁式转换层 孔腹梁式转换层 桁架式托梁转换层 箱形楼盖转换层 厚板式转换层 结构选型 上部结构类型 下部结构选型 结构布置 定位轴线 构件布置 设置变形缝 方案设计 尺寸估算 水平位置 竖向位置 伸缩缝 沉降缝 防震缝 结结构选选型 上部结结构 水平结结构竖竖向结结构 肋梁楼盖 井式楼盖 无梁楼盖 框架结结构 剪力墙结墙结 构 框架剪力墙结墙结 构 筒体结结构 下部结结构 独立基础础 片筏基础础 箱型基础础 十字型基础础 条形基础础 桩桩基础础 沉井基础础 地下连续墙连续墙 筒中筒结结构 多筒结结构 成束筒 巨型框架 密肋楼盖 组合楼盖 预应力楼盖 结构体系选择 n主要

13、考虑因素 建筑物高度-结构抗侧刚度与抗震性能 建筑物用途-建筑平面布置，空间利用要求 抗侧移能力 框架结构框剪结构剪力墙结构框筒结构 筒中筒结构成束筒结构巨型框架结构 n各种结构体系的适用层数： n框架结构15层以下（最经济为10层） n框架-剪力墙结构30层以下（最适宜为1125层 ） n剪力墙结构-40层以下（最适宜为1640层） n框筒结构30层以下 n筒中筒结构30层以上的超高层 房屋适用的最大高度与结构体系 房屋类型与结构体系 图1 装配式结构实例 结构选型 上部结构类型 下部结构选型 结构布置 平面布置 设置变形缝 方案设计 尺寸估算 伸缩缝 沉降缝 防震缝 竖向布置 多层层 框架

14、 柱网布置 承重方案 高层层 平面布置 竖竖向布置 高宽宽比限制 结结构布置 多层 砌体 墙墙体布置 圈梁构造柱布置 层层高、总总高限制 . 尽量避免部分突出及刚度突变 .控制房屋的长宽比 L/B不宜超过4.0 结构平面布置的原则 1.结构平面布置简单、规则、对齐、对称，有利于抵抗水平荷载 图例：不利抗震建筑平面 抗侧力结构的 布置应尽可能使 房屋的刚度中心 与地震力合力作 用线接近或重合 1. 沿房屋的竖向高度刚度和质量分布均匀，不要发 生过大的突变 （二）结构立面布置的原则 房屋顶部不宜有局部突 出和刚度突变，如不能 避免，突出部分应逐步 收小，并需作抗震验算 图例：结构薄弱层反应 H是指

15、建筑物地面到檐口高度 B是指建筑物平面的短方向总宽 控制结构高宽比HB 高宽比超过限值需进行整体稳定 性和抗倾覆验算 伸缩缝缩缝 沉降缝缝 抗震缝缝 变变形缝设缝设 置 表1钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距 （1）建筑物建在不同的地基土壤上； （2）当同一建筑物相邻高度相差在两层以上或部分 高度差超过10m时； （3）当建筑物部分的基础底部压力值有较大差别时 ； （4）原有建筑物与新建建筑物之间； （5）当相邻的基础宽度和埋置深度相差悬殊时； （6）平面形状较复杂的建筑物，分成几个形状。 设置条件： n在房屋的下列部位应设防震缝： n建筑平面突出部分较长处（如L形、T型、I形、H形 、U形平面等）

16、； n房屋有错层，且楼面高较大处； n房屋各部分的刚度、高度及重量相差悬殊处。 n表2 防震缝的最小宽度 n注：表中H为相邻结构单元较低的屋面高度(m) 结构类型设计烈度 6度7度8度9度 框架结构H/240H/200H/150H/100 框架-剪力 墙结构 H/270H/240H/180H/120 剪力墙结构H/340H/280H/210H/150 柱 梁 墙墙 板 构件种类 混凝土整浇浇梁 钢钢梁 混凝土叠合梁 钢钢砼组砼组 合梁 钢钢骨砼砼梁 混凝土板 钢钢砼组砼组 合板 钢钢板（平台） 砼砼剪力墙墙 剪力墙墙 钢钢骨砼砼剪力墙墙 承重(砌体)墙墙 钢钢柱 钢钢骨砼砼柱 砼砼柱 钢钢管砼砼柱 砌体柱 n框架横梁截面： n梁高h=(1/81/12)l梁跨 n梁宽b=(1/21/3)h梁高 n框架柱截面的宽与高=(1/151/20)H层高 n刚度、使用要求 七、现浇楼盖中的梁板的尺寸