钢筋混凝土结构设计 (2)

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1、4.1 一般规定,4.1.1 高层建筑结构体系的选择,高层建筑结构选择结构体系时应考虑的因素： 房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素。,4 结构设计的基本规定和设计要求,4.1.2 结构的规则性,马那瓜地震,美洲银行大楼结构平面图,中央银行大楼结构平面图,4.1.2 结构的规则性,无墙,砖隔墙,钢筋混凝土墙,4.1.2 结构的规则性,竖向布置不合理：底层薄弱,4.1.2 结构的规则性,竖向布置不合理：中间层薄弱,4.1.2 结构的规则性,竖向布置不合理：顶部薄弱,（1）高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，并应符合下列要求： 1）应具有必要的承载

2、能力、刚度和延性（变形能力）； 2）应避免因部分结构构件的破坏，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； 3）对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强； （2） 高层建筑的结构体系宜符合下列要求： 1）结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位； 2）宜具有多道抗震设防线。,4.1.2 结构的规则性,4.1.3 非荷载作用的影响,非荷载效应：一般指温度变化、混凝土收缩和徐变、支座沉降等对结构或结构构件产生的影响。 高度较高的高层建筑的温度应力比较明显，房屋高度不低于150m的高层建筑外墙宜采用各类建筑幕墙。 幕墙包覆主体结构而使

3、主体结构免受外界温度变化的影响，有效地减少了主体结构温度应力的不利影响。 幕墙是外墙的一种结构形式，由于面板材料的不同，建筑幕墙可以分为玻璃幕墙、铝板或钢板幕墙、石材幕墙和混凝土幕墙。实际工程中可采用多种材料组成的混合幕墙。,4.1.4 非结构构件的影响,高层建筑的填充墙、隔墙等非结构构件宜采用各类轻质材料，构造上应与主体结构可靠连接，并应满足承载力、稳定和变形要求。 高层建筑层数较多，减轻填充墙的自重是减轻结构总重量的有效措施；而且轻质隔墙容易实现与主体结构的连接构造，减轻或防止随主体结构发生破坏。除传统的加气混凝土制品、空心砌块外，室内隔墙还可以采用玻璃、铝板、不锈钢板等轻质复合墙板材料。

4、非承重墙体无论与主体结构采用刚性连接还是柔性连接，都应按非结构构件进行抗震设计。 为避免主体结构变形时室内填充墙、门窗等非结构构件损坏，较高建筑或侧向变形较大的建筑中的非结构构件应采取有效的连接措施来适应主体结构的变形。例如，外墙门窗采用柔性密封胶条或耐候密封胶嵌缝；室内隔墙选用金属板或玻璃隔墙、柔性密封胶填缝等，可以很好地适应主体结构的变形。,根据概念设计，确定抗震房屋的建筑体形和结构总体布置，则结构体系应符合下列各项要求：见抗规11页 （1）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。 （2）应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。 （3）应具备必要的

5、抗震承载力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力。 （4）对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。（前已讲）,4.2 结构总体布置原则,A级高度的高层建筑： 是指常规的、一般的高层建筑 。是与现行国家设计规 范、规程 各项设计规定和要求相适应的最大高度；也 是目前数量最多、应用最广泛的建筑。 B级高度的高层建筑： 是指比A级高度更高的高层建筑，因而对设计有更严格要 求的建筑。B级高度高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可 较A级适当放宽，其结构抗震等级、有关的计算和构造措施应 相应加严。,4.2 结构总体布置原则,4.2.1 房屋的适用高度和高宽比,4.2.1.1最大适用高度 每一种结构体

6、系，有其最佳的适用高度范围 规范规定的各种结构体系的最大适用高度考虑因素： 1）建筑材料（钢，混凝土，混合） 2）是否需要抗震设防（抗震设防烈度（6-9度） 3）房屋高度 室外地面到主要屋面板板顶的高度，不包括局部突出屋面的部分，如：水箱、电梯机房、构架等 坡屋面算到山尖墙的1/2高度处。,4.2 结构总体布置原则,表4.1 A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）,抗规48页,4.2.1.1最大适用高度,注： 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、水箱、构架等高度； 表中框架不含异形柱框架结构； 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； 甲类

7、建筑，6、7、8度时宜按本地区抗震设防烈度提高一度后符合本表的要求，9度时应专门研究； 框架结构，板柱-剪力墙结构以及9度抗震设防的表列其他结构，当房屋高度超过本表数值时，结构设计应有可靠依据，并采取有效的加强措施。,表4.2 B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）,4.2.1.1最大适用高度,注： 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、水箱、构架等高度； 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； 甲类建筑，6、7度时宜按本地区抗震设防烈度提高一度后符合本表的要求，8度时应专门研究； 当房屋高度超过本表数值时，结构设计应有可靠依据，并采取有效

8、的加强措施。,（1）对于房屋高度超过A级高度高层建筑最大适用高度的框架结构、板柱-剪力墙结构以及9度抗震设计的各类结构，因研究成果和工程经验尚显不足，在B级高度高层建筑中未予列入。 （2）具有较多短肢剪力墙结构的抗震性能有待于进一步研究和工程实践检验，混凝土高规第7.1.8条的规定其最大适用高度比剪力墙结构适当降低，7度时不应大于100m、8度（0.2g）和8度（0.3g）时分别不应大于80m和60m；高层建筑不应全部采用短肢剪力墙 ；B级高度高层建筑及9度时的A级高度高层建筑不应采用这种结构。 （3）混凝土高规第10.1.3条规定，7度和8度抗震设计时，剪力墙结构错层高层建筑的房屋高度，分别

9、不宜大于80m和60m；框架-剪力墙结构错层高层建筑的房屋高度分别不应大于80m和60m。,特别指出，应用表4.1和表4.2时，应注意以下问题：,（4）当房屋高度超出表4.2最大高度的特殊工程时，则应通过专门的审查、论证，补充多方面的计算分析，必要时进行相应的结构试验研究，采取专门的加强构造措施，才能予以实施。抗震设计的超限高层建筑，可按高层建筑混凝土结构技术规程3.11节的规定进行结构抗震性能设计。 （5）框架-核心筒结构中，除周边框架外，内部带有部分仅承受竖向荷载的柱与无梁楼板时 ，不属于本条所说的板柱-剪力墙结构。 （6）最大适用高度表中，框架-剪力墙结构的高度均低于框架-核心筒结构的高

10、度，其主要原因是，框架-核心筒结构的核心筒相对于框架-剪力墙结构的剪力墙较强，核心筒成为主要抗侧力构件，结构设计上也有更严格的要求。,特别指出，应用表4.1和表4.2时，应注意以下问题：,高宽比: H/B H：室外地面到主要屋面板板顶的高度。 B：房屋平面轮廓边缘的最小宽度尺寸。 结构的高宽比大则倾覆力矩也大，所以加以限制。 因为：即使房屋高度不变，地震倾覆力矩在结构竖向构件中引 起的压力和拉力，也会随着房屋高宽比的加大而增大，结构侧 移也随之增大。因此，对于钢筋混凝土结构，在控制房屋高度 的同时，房屋的高宽比也应该得到控制。,4.2.1.2 房屋高宽比,表4.3 钢筋混凝土高层建筑结构适用的

11、最大高宽比,4.2.1.2 房屋高宽比,高宽比: H/B H：室外地面到主要屋面板板顶的高度。 B：房屋平面轮廓边缘的最小宽度尺寸。,某高层建筑，屋面上皮标高为120.00m，屋面上有一高 32m的尖塔和高10m的局部建筑，室内外高差1.2m。试确定房 屋的计算高度。 【解】表4.1注1指出：房屋高度指室外地面到主要屋面高度， 不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。 【例4.2】 有一幢A级高度的钢筋混凝土高层筒中筒结构，矩形平面的 宽度20m，长度30m，抗震设防烈度7度。试确定该房屋适用 的最大高度。 【解】根据表4.3，该房屋的最大高宽比H/B=8 故 根据表4.3，抗震设防烈

12、度为7度时，筒中筒结构的最大高度 150m 160m，故取150m。,【例4.1】,4.2.2 结构平面布置和竖向布置,4.2.2.1结构平面布置的一般原则 （1）高层建筑承受较大的风力。在沿海地区，风力成为高层建筑的控制性荷载，采用风压较小的平面形状有利于抗风设计。对抗风有力的平面形状：是简单规则的凸平面，如圆形、正多边形、椭圆形、鼓形等平面。对抗风不利的平面：是有较多凹凸的复杂形状平面，如V形、Y形、H形、弧形等平面。,（2）抗震设防的高层建筑在一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、对称、规则，减少偏心，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置，以减少震害。混凝土高规3.4.

13、3 对建筑平面布置和形状做了规定，如图4.2所示。,（3）除平面形状外，各部分尺寸都有一定的要求。在实际工程中，在6、7度抗震设计时最好不超过4；在8、9度抗震设计时最好不超过3。,表4.4,、,的限值,4.2.2 结构平面布置和竖向布置,4.2.2.1结构平面布置的一般原则,（4）平面有较长的外伸时，外伸段容易产生局部振动而引起凹角处破坏，外伸部分l/b的限值在表4.4中已列出，但在实际工程设计中最好控制l/b不大于1,（5）角部重叠和细腰形的平面图形，在中央部位形成狭窄部分，在地震中容易产生震害，尤其在凹角部位，因为应力集中容易使楼板开裂、破坏。,（6）结构平面布置应减少扭转的影响。 楼层

14、竖向构件的最大水平位移和层间位移,A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期T1与平动为主的第一自振周期 T1 之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑不应大于0.85。 【注】当楼层的最大层间位移角不大于本书4.3.1条规定的限值的40%时，该楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值可适当放松，但不应大于1.6。 （7）在规则平面中，如果结构刚度不对称，仍然会产生扭转。为了防止楼板削弱后产生过大的应力集中，楼电梯间不宜设

15、在平面凹角部位和端部角区，但建筑布置上，从功能考虑，往往在上述部位设楼电梯间。如确实非设不可，则应采用剪力墙筒体予以加强。,4.2.2 结构平面布置和竖向布置,4.2.2.1结构平面布置的一般原则,4.2.2 结构平面布置和竖向布置,4.2.2.1结构平面布置的一般原则,（8）如图4.4所示的井字形平面建筑，由于立面阴影的要求平面凹入很深，中央设置楼电梯间后，楼板四边所剩无几，很容易发生震害，必须予以加强。在不妨碍建筑使用的原则下，则可采用下面两种措施之一： 1）如图中所示，设置拉梁a，为美 观也可以设置拉板（板厚可为250300mm）。拉梁、拉板内配 置受拉钢筋： 2）或如图中所示，增设不上

16、人的外挑板或可以使用的阳台b，在板内双层双向配筋，每层、每向配筋0.25%。,（9）在高层建筑周边设置低层裙房时，裙房可以单边、两边和三边围合设置，如图4.5(a)(c)所示，甚至高层主楼置于裙房内，如图4.5(d)所示。当裙房面积较小，与主楼相比其刚度也不大时，上、下层刚度中心不一致而产生的扭转影响较小，可以采用图4.5(a)(c)的偏置形式；当裙房面积较大，裙房边长与主楼边长之比、大于1.5时，宜采用图4.5(d)的内置式，并且裙房刚度中心与主楼刚度中心的偏心不宜大于裙房相应边长的20%。实际操作时可按质量中心考虑。,图4.5 主楼与裙房的平面布置,4.2.2 结构平面布置和竖向布置,4.2.2.1结构平面布置的一般原则,（10）当楼板平面过于狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有过大削弱时，应在设计中考虑楼板变形产生的不利影响，有效楼板宽度不宜小于该层楼面宽度的50% ，楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30%；在扣除凹入和开洞后，楼板任意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。如图4.6所示。,