多高層建筑結(jié)構(gòu)第二章

第2章

高層結(jié)構(gòu)的選型與布置

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)，重視結(jié)構(gòu)選型與平、立面布置的規(guī)則性，擇優(yōu)選用抗震和抗風(fēng)好且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)體系，加強(qiáng)構(gòu)造措施。在抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體性能，使整個結(jié)構(gòu)具有必要的承載力、剛度和延性。結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足下列規(guī)定：1.應(yīng)具有必要的承載力、剛度和變形能力。2.應(yīng)避免因局部破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)破壞。3.對可能的薄弱部位要采取加強(qiáng)措施。4.結(jié)構(gòu)選型與布置合理，避免局部突變和扭轉(zhuǎn)。5.宜具有多道抗震防線。2.1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求指根據(jù)理論與試驗(yàn)研究結(jié)果和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)的總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。如簡單、規(guī)則、均勻、對稱；又如強(qiáng)柱、弱梁、節(jié)點(diǎn)更強(qiáng)等。

指體型規(guī)則、平面布置均勻、對稱并具有很好的抗扭剛度；豎向質(zhì)量和剛度無突變的結(jié)構(gòu)。

概念設(shè)計(jì):

規(guī)則結(jié)構(gòu):

2.2高層建筑結(jié)構(gòu)的選型

2.2.1

高層結(jié)構(gòu)的選型原則房屋結(jié)構(gòu)可分成豎向結(jié)構(gòu)、水平結(jié)構(gòu)和底部結(jié)構(gòu)。

根據(jù)房屋高度、高寬比、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場地類別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)等因素考慮其適宜的結(jié)構(gòu)體系。這個結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合以下要求：

滿足使用要求；盡可能地與建筑型式相一致；平面和立面型式規(guī)則，受力好，有足夠的承載力、剛度和延性；施工簡便；經(jīng)濟(jì)合理。

2.2.2豎向承重結(jié)構(gòu)的型式及選用1．框架結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：布置靈活；可形成大的使用空間；施工簡便；較經(jīng)濟(jì)；抗側(cè)剛度小，側(cè)移大；對支座不均勻沉降較敏感。

適用范圍：70m及以下建筑。

框架結(jié)構(gòu)不包括無剪力墻或井筒的板柱結(jié)構(gòu)。板柱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和抗震性能較差，不適宜做高層建筑。異形柱結(jié)構(gòu)可做成框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。非抗震設(shè)計(jì)和6度抗震設(shè)防時,框架結(jié)構(gòu)體系房屋的高度不應(yīng)超過24m,框架-剪力墻體系房屋的高度不應(yīng)超過45m。7度和8度抗震設(shè)防時，允許高度更小。2．剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻：能有效抵抗水平荷載的墻體，又稱結(jié)構(gòu)墻或抗震墻。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：抗側(cè)剛度大，側(cè)移??；室內(nèi)墻面平整；平面布置不靈活；結(jié)構(gòu)自重大，吸收地震能量大；施工較麻煩，造價較高。適用范圍：150m以內(nèi)的高層住宅和高層旅館。

3.框架-剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兼有框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)二者的優(yōu)點(diǎn)。適用：150m以內(nèi)的高層建筑。4．筒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：空間結(jié)構(gòu)，剛度很大，受力好。適用：超高層建筑。5．其它結(jié)構(gòu)如多塔結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)、帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)、錯層結(jié)構(gòu)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。此外還有巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型桁架結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)、高層混合結(jié)構(gòu)、帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)、錯層結(jié)構(gòu)、多塔結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)等。巨型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分兩級結(jié)構(gòu)，第二級為一般框架，只承受豎向荷載，并將其傳遞給第一級。第一級結(jié)構(gòu)承受全部水平荷載和豎向荷載。巨型結(jié)構(gòu)適用于超高層建筑。

多塔高層結(jié)構(gòu)連體高層結(jié)構(gòu)圖2-6香港匯豐銀行大廈（43層，高180m，懸掛結(jié)構(gòu)）

圖2-7香港中國銀行大廈

（71層，高369m，巨型鋼桁架結(jié)構(gòu)）（1）

適用高度

分A級高度和B級高度，B級高度允許的高度比A級的高一些，但是在建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性、結(jié)構(gòu)抗震等級劃分、作用效應(yīng)計(jì)算和構(gòu)造措施方面的要求比A級也嚴(yán)一些。具體規(guī)定見表2-3。

各類房屋的適用高度和高寬比：表2-1A級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度(m)

結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6度7度8度9度0.20g0.30g框架7060504035--框架-剪力墻1501301201008050剪力墻全部落地剪力墻1501401201008060部分框支剪力墻1301201008050不應(yīng)采用筒體框架-核心筒1601501301009070筒中筒20018015012010080板柱-剪力墻11080705540不應(yīng)采用注：

房屋高度指室外地面至主要屋面的高度,不包括局部突出屋面的電梯機(jī)房、水箱、構(gòu)架等高度；表中框架不含異形柱框架結(jié)構(gòu)；部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)指地面以上有部分框支剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；平面和豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)或Ⅳ類場地上的結(jié)構(gòu)，最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低；甲類建筑，6、7、8度時宜按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度后符合本表的要求，9度時應(yīng)專門研究；9度抗震設(shè)防、房屋高度超過本表數(shù)值時,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)有可靠依據(jù),并采取有效措施。

表2-2

B級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度(m)結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防6度7度8度0.20g0.30g框架-剪力墻170160140120100剪力墻全部落地剪力墻180170150130110部分框支剪力墻15014012010080筒體框架-核心筒220210180140120筒中筒300280230170150框架結(jié)構(gòu)、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)以及9度設(shè)防的各類結(jié)構(gòu)，因研究成果和工程經(jīng)驗(yàn)尚顯不足，未列入B級高層中。

(2)高寬比高寬比是房屋結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制。高寬比的限值見表2-3。

表2-3鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)適用的最大高寬比結(jié)構(gòu)類型非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6、7度8度9度框架板柱-剪力墻框架-剪力墻、剪力墻框架-核心筒筒中筒567884567834567----445復(fù)雜體型的高層建筑，如何計(jì)算高寬比？

一般情況下，可按所考慮方向的最小寬度計(jì)算高寬比，但對突出建筑物平面很小的局部結(jié)構(gòu)（如樓、電梯間等），一般不應(yīng)包含在計(jì)算寬度內(nèi)；對于不宜采用最小寬度計(jì)算高寬比的情況，應(yīng)由設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況確定合理的計(jì)算方法；對帶有裙房的高層建筑，當(dāng)裙房的面積和剛度相對于其上部塔樓的面積和剛度較大時，計(jì)算高寬比的房屋高度和寬度可按裙房以上塔樓結(jié)構(gòu)考慮。2.2.3水平承重結(jié)構(gòu)型式及選擇水平承重結(jié)構(gòu)對保證建筑物的整體穩(wěn)定和傳遞水平力有重要作用。1．樓蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的要求

房屋高度超過50m時，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)及復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)宜采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)。房屋高度不超過50m時，8、9度抗震設(shè)計(jì)的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)宜采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)；6、7度抗震設(shè)計(jì)時可采用裝配整體式樓蓋結(jié)構(gòu)。(2)現(xiàn)澆樓蓋的混凝土強(qiáng)度等級不宜低于

C20，也不宜高于C40。

(3)裝配整體式樓蓋應(yīng)符合下列要求：①

每層宜設(shè)鋼筋混凝土現(xiàn)澆層，厚度不應(yīng)小于50mm，混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C20，不宜高于C40，并應(yīng)雙向配置直徑不小于6mm、間距不大于200mm的鋼筋網(wǎng)，鋼筋應(yīng)錨固在梁或剪力墻內(nèi)。②樓蓋的預(yù)制板板縫上緣寬度不宜小于40mm，板縫大于40mm時應(yīng)在板縫內(nèi)配置鋼筋，并宜貫通整個結(jié)構(gòu)單元?，F(xiàn)澆板板縫、板縫梁的混凝土強(qiáng)度等級宜高于預(yù)制板的混凝土強(qiáng)度等級，且不低于C20。③無現(xiàn)澆疊合層的預(yù)制板，板端擱置在梁上的長度不宜小于50mm。預(yù)制板端宜預(yù)留長度不宜小于100mm的胡子筋，預(yù)制空心板端應(yīng)有堵頭，堵頭深度不宜小于60mm，并應(yīng)采用強(qiáng)度等級不低于C20的混凝土澆灌密實(shí)。2．樓蓋結(jié)構(gòu)的型式及選擇(1)普通肋形樓蓋

特點(diǎn)：板薄，砼用量少，自重輕，施工方便，較經(jīng)濟(jì)。但板底不平，可能影響美觀和使用。

類型：單向板肋形樓蓋;雙向板肋形樓蓋;井式樓蓋.一般樓層現(xiàn)澆樓板厚度不應(yīng)小于80mm，當(dāng)板內(nèi)預(yù)埋暗管時不宜小于100mm；頂層樓板厚度不宜小于120mm，宜雙層雙向配筋；普通地下室頂板厚度不宜小于160mm；作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)，樓板厚度不宜小于180mm，應(yīng)采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%。(2)無梁樓蓋①實(shí)心平板:非預(yù)應(yīng)力砼平板無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼平板②空心平板:板厚30cm至40cm，內(nèi)埋大孔空心管。

現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土樓板厚度可按跨度1/45~1/50采用，且不宜小于150mm?，F(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土板設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施防止或減小主體結(jié)構(gòu)對樓板施加預(yù)應(yīng)力的阻礙作用。(3)組合式樓蓋壓型鋼板—砼樓板鋼梁—砼板組合樓蓋網(wǎng)架樓蓋圖2-8組合式樓蓋

2.2.4基礎(chǔ)型式及選擇1.柱下獨(dú)立基礎(chǔ)適用：層數(shù)不多、土質(zhì)較好的框架結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)鼗鶠閹r石時，可采用地錨將基礎(chǔ)錨固在巖石上，錨入長度≥40d。2.交叉梁基礎(chǔ)雙向?yàn)闂l形基礎(chǔ)。

適用：層數(shù)不多、土質(zhì)一般的框架、剪力墻、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。

圖2-9交叉梁基礎(chǔ)

圖2-10交叉梁與上部結(jié)構(gòu)連接

3.片筏基礎(chǔ)適用：層數(shù)不多土質(zhì)較弱或?qū)訑?shù)較多土質(zhì)較好時用。圖2-11帶墩基的片筏基礎(chǔ)

圖2-12梁板式片筏基礎(chǔ)4.箱形基礎(chǔ)適用：層數(shù)較多、土質(zhì)較弱的高層建筑。圖2-13箱形梁基礎(chǔ)剖面圖

5.

樁基礎(chǔ)適用：地基持力層較深時采用。6.

復(fù)合基礎(chǔ)適用：層數(shù)較多或土質(zhì)較弱時采用。

圖2-14樁基礎(chǔ)圖2-15樁筏基礎(chǔ)圖2-16樁箱基礎(chǔ)2.3高層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置原則：滿足使用要求，并盡可能地與建筑的平、立、剖面劃分相一致。滿足人防、消防要求，使水、暖、電各專業(yè)的工作能有效進(jìn)行。結(jié)構(gòu)上受力可靠，變形小。妥善處理溫度、地基不均勻沉降以及地震影響。施工簡便。經(jīng)濟(jì)合理。2.3.1平面布置要點(diǎn)每一獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)滿足以下要求：簡單、規(guī)則、均勻、對稱。承重結(jié)構(gòu)應(yīng)雙向布置，偏心小，構(gòu)件類型少。平面長度和突出部分應(yīng)滿足表2-4要求，凹角處宜采用加強(qiáng)措施。施工簡便,造價省。設(shè)防烈度L/Bl/Bmaxl/b6度和7度≤6.0

≤0.35

≤2.0

8度和9度≤5.0

≤0.30

≤1.5

表2-4L、l的限值圖2-17建筑平面平面過于狹長的建筑物在地震時由于兩端地震波輸入有位相差，容易產(chǎn)生不規(guī)則振動，造成較大的震害。

平面有較長的外伸時，外伸段容易產(chǎn)生局部振動而引發(fā)凹角處破壞。角部重疊和細(xì)腰的平面容易產(chǎn)生應(yīng)力集中使樓板開裂、破壞。不規(guī)則的類型定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移,大于該樓層平均值的1.2倍。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比大于0.85。凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%，即l/Bmax大于0.3。樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化,例如,有效樓板寬度小于該樓層樓板典型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面積的30%,或較大的樓層錯層

表2-5平面不規(guī)則的類型2.3.2

豎向結(jié)構(gòu)布置要點(diǎn)1、豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收。結(jié)構(gòu)的剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應(yīng)采用豎向布置嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。2、抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度變化應(yīng)符合下列規(guī)定:（1）對框架結(jié)構(gòu),樓層與相鄰上層的側(cè)向剛度比

γ1可按式(2-1)計(jì)算,且本層與相鄰上層的比值不宜小于0.7,與相鄰上部三層剛度平均值的比值不宜小于0.8。Vi、Vi+1

——第i層和第i+1層的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值（kN)；?i、?i+1

——第i層和第i+1層在地震作用標(biāo)準(zhǔn)值作用下的層間位移（m)。(

2-1

)

3、A級高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80﹪，不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑不應(yīng)小于75﹪。4、抗震設(shè)計(jì)時，結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)宜上下連續(xù)貫通。(2-2)

（2）對框架-剪力墻、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)，樓層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比γ2可按式(2-2)計(jì)算,且本層與相鄰上層的比值不宜小于0.9；當(dāng)本層層高大于相鄰上層層高的1.5倍時，該比值不宜小于1.1；對結(jié)構(gòu)底部嵌固層，該比值不宜小于1.5。5、不宜采用同一樓層剛度和承載力變化同時不滿足前面第2、3條規(guī)定的高層建筑結(jié)構(gòu)。6、側(cè)向剛度變化、承載力變化、豎向抗側(cè)力構(gòu)件連續(xù)性不符合前面2、3、4條要求的樓層，其對應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的剪力應(yīng)乘以1.25的增大系數(shù)。7、抗震設(shè)計(jì)時，當(dāng)結(jié)構(gòu)上部樓層收進(jìn)部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時，上部樓層收進(jìn)后的水平尺寸B1不宜小于下部樓層水平尺寸B的0.75倍；當(dāng)上部結(jié)構(gòu)樓層相對于下部樓層外挑時，上部樓層的水平尺寸

B1不宜大于下部樓層水平尺寸B的1.1倍，且水平外挑尺寸不宜大于4m。8、樓層質(zhì)量沿高度宜均勻分布，樓層質(zhì)量不宜大于相鄰下部樓層質(zhì)量的1.5倍。9、結(jié)構(gòu)頂層取消部分墻、柱形成空曠房間時，宜進(jìn)行彈性或彈塑性時程分析補(bǔ)充計(jì)算并采取有效的構(gòu)造措施。

（a)(b)(c)(d)

圖2-18結(jié)構(gòu)豎向收進(jìn)和外挑示意圖2-19屋頂帶塔樓的情況圖2-20

表2-6豎向不規(guī)則的類型

不規(guī)則的類型定義側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%,或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%;除頂層外,局部收進(jìn)的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架等）向下傳遞樓層承載力突變抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪力小于相鄰上一樓層的80%作業(yè)

1.請收集由于結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞實(shí)例一個，并加以詳細(xì)地分析。2.請收集由于結(jié)構(gòu)豎向布置不規(guī)則導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞實(shí)例一個，并加以詳細(xì)地分析。以上作業(yè)做成PPT用于課堂討論，請于11月19日前發(fā)到我的郵箱。2.3.3

變形縫設(shè)置1.伸縮縫變形縫：伸縮縫、沉降縫、防震縫。

圖2-21為防止溫度變化和砼收縮導(dǎo)致房屋開裂而設(shè)。

表2-7伸縮縫最大間距結(jié)構(gòu)體系施工方法最大間距（m）框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆55剪力墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆45注：框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的伸縮縫間距可根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體布置情況取表中框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)之間的數(shù)值；當(dāng)屋面無保溫或隔熱措施時，混凝土的收縮較大或室內(nèi)結(jié)構(gòu)因施工外露時間較長時，伸縮縫間距應(yīng)適當(dāng)減??；位于氣候干燥地區(qū)、夏季炎熱且暴雨頻繁地區(qū)的結(jié)構(gòu)，伸縮縫的間距宜適當(dāng)減小。

伸縮縫只設(shè)在上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)不設(shè)。伸縮縫處宜做雙柱，伸縮縫最小寬度為50mm。伸縮縫與結(jié)構(gòu)平面布置有關(guān)。結(jié)構(gòu)平面布置不好時，