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1、1,高层建筑楼盖,楼盖结构形式 肋梁楼盖 无梁楼盖 叠合板楼盖 压型钢板组合楼盖,2,结构设计简介,侧重具体结构构件的设计 教育问题：缺乏与总体系目标有关的基本知识，强调部分而不是总体,构件教育方法,3,总体设计思想,侧重总体空间形式结构体系的设计 教育的优点：提供一种总体思路去学习结构概念和体系，并将它们应用于建筑设计中，整体决定构件,加利福尼亚州某剧场的构思,4,水平体系与结构总体的相互关系,方案阶段一：设计者应能把基本设计方案概念化，总体分析整个结构的荷载抗力关系，提出所需要的分体系及并预估基本分体系的相互关系 初步设计阶段二：分层次证明相互作用的分体系的可行性，并确定其主要尺寸 设计过
2、程的最后阶段三：具体设计所有分体系的构件和连接、构造详图,整体性假设,分体系基本形式,（1）结构作用的层次,5,三维结构方案构思,例,6,二维结构设计阶段,7,把建筑形式视为空间结构时，看水平结构体系设置的必要性,四片竖向薄板连接成敞口筒,板太薄时，会被压屈,8,受荷薄板边缘的横向刚度很小，易向里局部弯曲，受剪薄板向内扭曲，对面薄板发生很小变形,增加顶端截面刚性，将荷载分配到两片受剪的竖向分体系,9,影响楼屋盖体系的因素,建筑空间功能所要求的开间大小及其跨度的长宽比 活荷载的大小 规划设计所限定的结构层间容许高度 所需对结构总体系整体刚度的贡献大小 允许的边支承条件,10,高层结构楼盖布置,平
3、板或无梁楼板（flat plate）体系 梁-板（slab and beam）体系 主-次梁（joist and girder）体系 双向密肋或井字梁（waffle）体系 空间桁架体系（space truss system）,11,支承在墙上平板的性能,总的设计弯矩,(1) 单向（简支）,12,(2) 双向（允许四角挠起）,13,(3) 双向（四角压住）,14,(4) 双向（板与墙连接）,15,对于双向作用的板，全部荷载由两个正交方向各承受一半 荷载通过板的抗剪和抗弯沿水平方向传给墙，并通过墙直接传到基础 假设墙的刚度很大，能阻止边缘板带向下位移 用刚度很大的梁代替墙时，体系的整体作用和设计方
4、法与墙支承类似,双向受力板的受力特征,16,刚度很大的梁近似于理想支承状态,双向板 梁必须设计成至少能承受跨度方向总弯矩的一半,单向板 梁必须承受跨中的全部弯矩,17,有梁板和无梁板受力状态比较,梁在一个方向承受全部弯矩时的单向板受力状态,（1）有梁简支板的受力状态,18,（2）无梁简支双向板的受力状态,19,（3） 支承在等间距柱网上的大平板,板的整体抗弯在两个正交方向同时和同样出现,20,柱上板带和 跨中板带,单开间板带的荷载分配,21,板-梁体系,（1）单向板-梁体系,用于一个方向为大跨度时,22,支座负弯矩,跨中正弯矩,初步设计内力分析建议,23,梁和板结合成一体形成T形梁共同抵抗弯矩
5、作用,24,（2）双向板-梁体系,25,1）结构特点 所有梁的跨度和刚度都相等。应考虑两个方向的抗弯 这是一种刚度较大的双向板，每个方向的总荷载和弯矩由每个方向的梁及其相应的板来共同承担，梁和板分担的比例取决于梁和板的相对刚度 结构性能实际上界于刚性边支承和无边支承的结构特性之间,26,2）双向板-梁体系初步设计 假定每个方向的跨中2/3板带约承担总弯矩的1/3，梁约承担该方向总弯矩的2/3 梁的设计可以考虑与板的组合作用，也可以不考虑，但T形梁能承受更多的总荷载和弯矩 对板的设计，跨中板带是决定性的,27,（3）双向密肋-板楼盖体系,井字梁,28,双向密肋体系的性能与平板相似 一个开间的整个
6、宽度范围实际上都参与承受荷载，且靠近或通过柱的梁要比离柱较远的梁分担更多的荷载，故常将紧靠支承柱的梁设计成刚度比较大 施工图设计时，应对双向密肋体系作弹性分析，以确定不同梁的实际承载比例 初步设计时，可假定：如果一个开间里所有梁的刚度都接近相等，他们所分担的荷载也都相同；如果沿柱带的梁刚度只比离柱较远的梁大12倍，则它们所分担的荷载至少是后者的两倍；如果这些梁的刚度非常大，那么它们所分担的荷载将会更多（3/4）,29,双向密肋体系,对象：无边支承、由正交密肋所构成的楼盖 荷载传递：沿两正交方向同时作用，双向密肋的梁格构是一种双向网格 使用条件：柱网开间接近正方形，L1/L21.5 最大优势：经
7、济适用跨度是四种体系中最大的，平均混凝土折算厚度也是所有体系中最小的，不用吊顶 受力性能：当每跨内有4根或以上的密肋时，楼盖的整体性能和弯矩分配接近于平板楼盖。,30,肋梁楼盖尺度与适应范围,双向密肋楼盖 普通砼适于9m以下，预应力砼12m以下 肋梁间距0.91.5m 肋梁高1/201/30，肋宽150200mm 单向密肋楼盖 跨度不大于6m 肋梁间距500700mm 肋梁高1/181/20，肋宽80120mm,31,32,（4）竖向支承构件周围的冲剪,柱上平板,33,板的局部加厚提高抗冲切能力,柱上梁,柱上密肋板填实,34,平板体系,（1） 混凝土无梁平板的钢筋布置,35,钢筋混凝土是两种材
8、料之间的一种被动结合，因为只有结构挠曲变形到一定程度后钢筋才开始起作用 预应力混凝土使这两种材料达到主动结合，以控制应力、平衡荷载和减少挠度。凭借预应力束的曲率效应，预应力束将承担很大部分直接传给支座的荷载，从而可以消除绝大部分的冲切剪力。,36,钢筋混凝土弯曲到一定程度后钢筋才开始起作用,37,预应力混凝土预应力筋的抗弯是主动的,38,对于跨度为7.210.5m的预应力混凝土平板，板厚可按45的跨高比取，即取200mm 板内的预应力钢绞线沿两个正交方向呈抛物线铺设 使抛物线预应力束的向上分力能平衡百分之百的板自重 恒载为0.2 25 kN/m3 9=45kN/m,200mm,30,140,9
9、m,30,39,板内的钢筋束沿两个方向呈抛物线铺设，所以常规的设计方法是对每一个方向的钢筋束都施加足够的预应力，使其向上分力能平衡板的自重。,建议,40,建议,试验表明，双向预应力混凝土平板的抗弯强度和剪切强度受总的预应力筋的承载能力和非预应力筋的数量及其所铺设的位置所控制，而不受预应力筋的分布位置所控制 必须有一定数量的预应力筋设置在柱上板的剪切周边内 双向无梁楼板结构预应力筋的最佳布置方法是将计算板带所需的预应力筋根数，在一个方向形成带状集中布置在柱上及柱子两边的板带中，在另一个方向则均匀布置 两个正交方向至少应该有两根预应力筋布置在柱上板的剪切周边内,41,无梁楼盖体系,所占有的结构空间
10、高度在所有体系中最小（综合效益不错），施工最方便，水密性好 对结构整体刚度的贡献在所有体系中是最小的 混凝土平均折算厚度比主-次梁和双向密肋体系大，与同等跨度的双向梁-板体系相当,42,由于预应力平托板或锥形柱帽起着加腋的作用，故能使预应力混凝土平板的使用跨度增大至10.513.7m,43,无梁楼盖尺度,44,无柱帽楼板厚:（1/361/30)L2 L2为短边长,最小板厚150mm 有柱帽楼板厚:（1/401/33)L2 L2为短边长,最小板厚150mm 空心无梁楼板厚（1/301/20)L2 L2为短边长,楼板最小厚度250mm,45,普通肋梁楼盖体系,1） 单向板-梁楼盖 2） 双向板-梁
11、楼盖 3） 现浇梁板共同作用的设计概念,46,1） 单向板-梁楼盖,1221m,7.510.5m,69m,4.56m,某一方向梁所承担的板面荷载小于或总荷载的20%,h 1/30L,47,2 ） 双向板-梁楼盖,例题：某机场候机楼楼盖的内力分析,图为12m12m柱网开间的无梁平板和梁-板式楼板用SAP分析得到的单向弯矩图,板厚 h 1/40L2,48,无梁楼板的最大正、负弯矩峰值都在柱轴线上,无梁楼板和双向板-梁楼盖的弯矩,49,3） 现浇梁板共同作用的设计概念,现浇楼板的共同作用增加了框架梁的截面刚度（EI） 提高了梁端负屈服弯矩的承载力 梁柱形成的框架作用对框架侧向刚度的影响 现浇梁板的共
12、同作用对框架的内力、变形及自振周期的影响,50,4） 主-次梁体系,主-次梁体系的特点 缺点： 相对于平板和双向密肋体系，结构高度大 相对于平板和双向板-梁体系，模板制作复杂,51,优点 平均折算厚度小，可与双向密肋一样，重量较轻 开间大，对于预应力混凝土楼盖可达（912）m（13.518）m 承载力大，活荷载可达1020kN/mm2 对框架结构的整体刚度贡献比平板和双向密肋大得多 结构受力清楚，传力途径简单明确,52,5）柱网与主、次梁的合理布局,荷载传递途径：单向板 次梁 主梁 柱 设计要点： 结构空间高度越小越好 主、次梁受力所需的结构高度宜相同,53,54,柱网宜设计成矩形（短跨为主梁
13、，短跨与长跨的比例小于0.75较经济） 主、次梁的刚度（主梁的弯曲变形控制在次梁弯曲变形的（1/21/3）内） 抗扭刚度的要求（边跨主梁）,55,以长跨为主梁的主-次梁楼盖存在的问题,主、次梁的截面高度相差悬殊，因而增加了层高和建筑物的总高度 主梁的竖向变形加大，作为次梁的支座的刚性和稳定性相对较差 楼盖混凝土的平均折算厚度增大，材料用量和结构自重相应加大 预应力筋和普通钢筋的用量增多，费用增大,56,边支承纵向框架梁的设计要求 边支承框架应具有较大的整体刚度，避免在地震或风荷载作用下产生过大的变形，以保证单向密肋的平面外稳定 要求边支承框架梁具有足够的抗弯刚度，以控制单向密肋的跨中弯矩和挠度
14、在合理的范围内。 要求具有足够的抗扭刚度来约束密肋端部的转动，设计成梁的宽度稍大于柱截面宽度 框架梁的截面接近方形，梁柱的线刚度比为23,57,平面或空间桁架组合楼盖,1） 主-次桁架体系 类似于主-次梁体系,58,2） 空间桁架,每一根腹杆对两个方向的上下弦同时起着对角斜撑的作用,59,双向空间桁架体系的几种布置方案,单开间（支承在四个角柱上）,悬臂式,60,带悬臂的开间,矩形（单向）,61,有边支承的单开间,带悬臂的有边支承单开间,62,实例 希尔斯大楼的楼盖结构：方形框筒开间为22.86m22.86m，框筒柱距为4.572m，桁架截面高度1016mm，跨高比为22.5。在平面桁架上铺设压型钢板，然后浇筑140mm厚的轻质混凝土楼面，形成平面桁架-混凝土组合楼盖。,63,64,复合桁架组件,65,空间桁架-混凝土组合楼盖结构,Catrus体系是一种连续弦杆体系，连接螺栓垂直穿过两根正交弦杆与四根斜腹杆扁端头的螺栓孔。上弦杆采用由空心矩形截面钢管切割成的槽形件禁箍拼接，下弦杆则采用简单的搭接方式。,66,67,68,69,70,71,空间网格-混凝土组合楼盖结构的标准系列产品,现浇混凝土顶板和空间网格之间的抗剪连接件是一种带有连接螺栓和顶螺帽的上节点延伸件，用来支托现浇混凝土楼面板的平薄钢板设置在两个正交方向的上弦杆之间，并用节点的连接螺栓将其夹紧。,
