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1、多层及高 层 建 筑 结 构设计 参考资料 1 高层建筑混凝土技术规程 JGJ 3 2002 2 建筑抗震设计规范 GB 50011 2001 3 高层层建筑结结构 吕吕西林 主编编 1 绪论 我国 高层建筑混凝土结构技术规程 规定 10层及10层以 上或房屋高度超过28m的建筑物为高层 高层建筑的特点 1 可以获得更多的建筑面积 解决城市用地紧张和地价高涨 2 高层建筑可以比多层建筑提供更多地空闲地面 用作绿化和 休息场地 美化环境 3 建筑物向高空延伸可以缩小城市地规模 缩短城市道路 和 各种公共管线的长度 节省城市建设与管理地投资 4 高层建筑增加了建筑物地造价和运行成本 5 从结构受力
2、角度看 侧向荷载 风荷载和地震作用 在高层 建筑分析和设计中起着重要地作用 高层结构体系的发展过程 始用年代 结构体系和特点 1885 1889 1903 20世纪初 二次大战后 20世纪50年代 20世纪六七十年 代 20世纪80年代 20世纪80年代中 期 砖墙 铸铁柱 钢梁 钢框柱 钢筋混凝土框架 钢框架 支撑 钢筋混凝土框架 剪力墙 钢筋混凝土剪力墙 预制钢筋混 凝土结构 钢框架 钢筋混凝土核芯筒 钢骨钢筋混凝土结构 框筒 筒中筒 束筒 悬挂结构 偏心支撑和带缝剪力墙板 框架 巨型结构 应力蒙皮结构 隔震结构 被动耗能结构 主动控制结构 混合控制结构 高层建筑结构的发展趋势 新材料的开
3、发和利用 高层建筑的高度将出现突破 组合结构高层建筑将增多 新型结构形式的应用将增多 耗能减震技术的应用将得到发展 世界有名的高层建筑世界有名的高层建筑 1 国际金融中心大厦 中国台北 台北101 大楼高508米 含天线 有世界最大且最 重的 风阻尼器 还 有两台世界最高速的 电梯 从一楼到89楼 只要39秒的时间 2 国家石油双子星座大厦 高451 9米 位于马来西亚吉隆坡 3 西尔斯大楼 443米 位于美国芝加哥 4 金茂大厦 420 5米 位于中国上海 高层建筑结构体系与结构布置 1 高层建筑结构型式繁多 以材料来分有配筋砌体结 构 钢筋混凝土结构 钢结构和钢 混凝土组合结 构等 2 高
4、层建筑常见的结构体系有框架结构体系 剪力墙 结构体系 框架 剪力墙结构体系和筒体结构体系 3 随着层数的增加 水平作用对高层建筑结构安全的 控制作用更加显著 包括地震作用和风荷载 高层 建筑的承载能力 抗侧刚度 抗震性能 材料用量 和造价高低 与其所采用的结构体系密切相关 框架结构体系 由梁 柱构件组成的结构称为框架 整幢结构都由梁 柱组成 就 称为框架结构体系 剪力墙结构体系 利用建筑物作为承受竖向荷载 抵抗水平荷载的结构 称为剪力墙结构体系 墙体同时也作为维护及房间分割构件 此外 还有特殊的 底部大空间剪力墙 和跳层剪力墙结构 体系 框架 剪力墙结构体系 在框架结构中设置部分剪力墙 使框架
5、和剪力墙两者结合起来 取长 补短 共同抵抗水平荷载 就组成了框架 剪力墙结构体系 筒体结构体系 将剪力墙结构在平面内围合成箱形 形成一个竖向布置的空间刚度很 大的薄壁筒体 也可由密柱框架或壁式框架围合 形成空间整体受力的框 筒 形成具有较好抗风和抗震性能的筒体结构体系 根据筒的布置 组成和数量等可分为框架 筒体结构体系 筒中筒结 构体系 成束筒结构体系 巨型结构体系 巨型结构由多级结构组成 一般有 巨型框架结构和巨型桁架结构 此外高层建筑还有悬挂结构体系 板柱 剪力墙结构体系等 结构布置原则 抗震设防结构布置原则 房屋适用高度和高宽比 结构平面布置原则 结构竖向布置原则 设伸缩缝 沉降缝和防震
6、缝的原则 结构截面尺寸初估 抗震设防结构布置原则 o 选择有利的场地 o 保证地基基础的承载力 刚度 o 合理设置抗震缝 o 应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途 径 o 多道抗震设防能力 o 合理选择结构体系 o 结构应有足够的刚度 o 结构应有足够的结构承载力 o 节点的承载力应大于构件的承载力 o 结构应有足够的变形能力及耗能能力 房屋适用高度和高宽比 结构类型非抗震6度7度8度9度 框架7060554525 框架 剪力墙14013012010050 剪力墙 全部落地剪力墙1501401401201201001006060 部分框支剪力墙1301201201001008080不应采
7、用 筒体 框架框架 核芯筒核芯筒1601501501301301001007070 筒中筒2001801801501501201208080 板柱板柱 抗震墙抗震墙 70404035353030不应采用不应采用 A级高度钢筋混凝土乙 丙类高层建筑的最大适用高度 m 注 1 房屋高度指室外地面至主要屋面高度 不包括局部突出屋面的电梯机房等高度 2 框架 核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构 3 部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构 4 9度抗震设防 超过表内高度的房屋 应进行专门研究 采取必要的加强措施 房屋适用高度和高宽比 B级高度钢筋混凝土乙 丙类高层建筑的最大适用
8、高度 m 结构体系非抗震设计抗震设防烈度 6度7度8度 框架 剪力墙170160140120 剪力墙 全部落地剪力墙180170150130 部分框支剪力墙150140120100 筒体 框架 核心筒220210180140 筒中筒300280230170 注 1 房屋高度指室外地面至主要屋面高度 不包括局部突出屋面的电梯机房等高度 2 部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构 3 平面和竖向均不规则的建筑或位于 类场地的建筑 表中数值应适当降低 4 当房屋高度超过表内数值时 结构设计应有可靠依据 采取有效的加强措施 房屋适用高度和高宽比 A级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最
9、大高宽比 结构体系非抗震设计抗震设防烈度 6度7度8度 框架 板柱 剪力墙5432 框架 剪力墙5543 剪力墙6654 筒中筒 框架 核心筒6654 B级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比 非抗震设计抗震设防烈度 6度 7度8度 876 结构平面布置原则 o高层建筑结构平面形状宜简单 规则 对称 刚度和承载力分布 均匀 不应采用严重不规则的平面形状 不规则类型定义 扭转不规则 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 凹凸不规则结构一侧凹进的尺寸 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
10、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 平面不规则类型 结构平面布置原则 设防烈度L Bl Bmaxl bL Bmax 6度 7度 6 0 0 35 2 0 1 0 8度 9度 5 0 0 3 1 5 1 0 平面尺寸L l l 的限值 结构竖向布置原则 抗震设防的建筑结构竖向布置应使体型规则 均匀 避免有 较大的外调和内收 结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐地减小 避免抗侧力结构的刚度和承载力突变 竖向不规则的类型 不规则类型定义 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 除顶层外 局部收
11、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 结构沿竖向刚度突变有下述原因 o结构的竖向体系突变 1 建筑顶部内收形成塔楼 2 楼层外调内收 o结构体系的变化 1 剪力墙结构或框筒结构的底部大空间需要 底层或底部若干层剪力 墙不落地 可能产生刚度突变 2 中部楼层部分剪力墙中断 3 顶层设置空旷的大空间 取消部分剪力墙或内柱 结构竖向布置原则 结构竖向布置原则 当结构的轴线布置或者结构形式发生变化时 要设 置结构转换层 常见的有厚板转
12、换和箱形梁转换 设伸缩缝 沉降缝和防震缝的原则 截面尺寸的初估 o 柱截面尺寸的初估 o 梁截面尺寸的初估 o 板截面尺寸的初估 梁截面尺寸的初估 梁的种类hb l 单跨梁1 8 1 12 连续梁1 12 1 15 扁梁1 2 1 18 单向密肋梁1 18 1 22 双向密肋梁1 22 1 25 悬臂梁1 6 1 8 井字梁1 15 1 20 框支墙托架1 5 1 7 单跨预应力梁1 12 1 18 多跨预应力梁1 18 1 20 梁截面高度与跨度之比hb l 板截面尺寸的初估 板的类型t l 单向板1 25 1 30 单向连续板1 35 1 40 双向板 短边 1 40 1 45 悬挑板1
13、10 1 12 楼梯平台1 30 无粘结预应力板1 40 无柱帽无梁板 重载 1 30 有柱帽无梁板 轻载 1 35 楼板厚度与跨度之比t l 水平承重体系 楼盖体系 及其选择 楼 屋 盖体系的作用 承受竖向荷载 连接抗侧力构件 承受其传来的剪力和轴力 选择原则 结构整体性 面内刚度 结构高度小 质量轻 建筑使用功能 装饰要求 设备安装 施工技术等 常用楼盖体系及其适用性 现浇楼盖 预制板楼盖 预应力叠合板楼盖 组合楼盖 常用楼盖体系及其适用性 现浇楼盖 S 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 S 密肋楼盖 省材料 自重轻 高度大 适用于大跨且梁高
14、受限时 当使用 荷载较大时可有较好技术经济指标好 不美观 吊顶处理 S 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 S 非预应力平板楼盖 广泛用于剪力墙 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 S 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 预制板楼盖 S 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 S 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 预应力叠合板楼盖 预制RC薄板 50 60mm 上现浇RC 省模板 刚度大 整体性好 组合楼盖 压型钢板
15、上现浇RC 省模板 自重小 厚度小 用钢量大 基础结构布置 基础类型 基础选型原则 基础埋深 基础底板厚度 基础类型 o 钢筋混凝土筏板基础 当高层建筑层数不多 地基土质 较好 上部结构轴线间距较小且荷载不大时 可以采用钢筋混凝 土筏形基础 o 箱形基础 箱形基础具有较大的结构刚度和整体性 适用于 上部荷载较大而地基土较软弱的情况 o 桩基 桩基具有承载力可靠 沉降小的优点 适用于软弱地基 土和可能液化的地基条件 有端承桩和摩擦桩之分 基础选型原则 o当地基土质均匀 承载力高而沉降量小时 可以采用天然地基和 竖向刚度较小的基础 反之 则应采用人工地基或竖向刚度较大 的整体式基础 o当高层建筑基
16、础直接搁置于未风化或微风化的岩层上 或者层数 较少的独立裙房 可采用单独基础和条形基础 采用独立基础时 应设置纵横向的拉梁 o当采用桩基时 应尽可能采用单根 单排大直径桩或扩底墩 使 上部结构的荷载直接由柱或墙体传至桩顶 基础底板因此可以做 得较薄 基础埋深 基础结构形式钢筋混凝土结构钢结构 天然地基或复合地基H 15H 15 桩基H 18 桩长不计 H 185 基础埋深 埋深是指 侧向限值位移的土体深度 即由天然地面至箱基 筏基底板或桩 承台底标高底距离 桩长不计 基础底板厚度 平均反力f KN 受力状况t l 150 200 单向1 6 1 8 双向1 9 1 12 400 500 单向1 3 1 4 双向1 4 1 6 基础厚度与跨度之比t l 基础底板厚度可按表选用 水平位移限值和舒适度要求 在正常使用条件下 高层建筑结构 应具有足够的刚度 避免产生过大的位 移而影响结构的承载力 稳定性和刚度 表现在 1 弹性方法计算的验算 2 弹塑性验算 3 其他要求 弹性方法计算的验算 1 高度不大于150m的高层建筑 其楼层层间最大位移与层高之比不宜 大于表中限值 2 高度等于或大于25
