第十一章-多高層建筑的體型與結(jié)構(gòu)布置課件

多高層建筑的體型與結(jié)構(gòu)布置

第十一章多高層建筑的體型與結(jié)構(gòu)布置第一節(jié)建筑體型第二節(jié)結(jié)構(gòu)布置第三節(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)造教學(xué)要求掌握多高層建筑的結(jié)構(gòu)布置的對稱性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造中伸縮縫和后澆帶的布置原則、沉降縫的設(shè)置條件以及建筑抗震設(shè)防的主要原則，熟悉建筑體型的形式、結(jié)構(gòu)布置的其他原則。建筑體型

建筑體型的形成平面、立面：凹形、凸形四種基本類型：簡單平面+簡單立面復(fù)雜平面+簡單立面簡單平面+復(fù)雜立面復(fù)雜平面+復(fù)雜立面建筑體型

建筑體型的變化1、簡單平面+簡單立面（1）H越大，水平荷載作用越大（2）H/B越大，結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度、抗傾覆穩(wěn)定性越差（3）H/B一定時，質(zhì)心越低穩(wěn)定性越好2、復(fù)雜平面+簡單立面肢翼越細(xì)長，抗震越不利復(fù)雜平面簡單平面，懸挑、變形縫、連梁3、簡單平面+復(fù)雜立面小塔樓造成鞭梢效應(yīng)4、復(fù)雜平面+復(fù)雜立面（1）限制：裙房外伸、塔樓高度、內(nèi)收尺寸（2）加強(qiáng)：結(jié)構(gòu)的整體性（3）分解：設(shè)縫（復(fù)雜簡單）平面不規(guī)則的類型扭轉(zhuǎn)不規(guī)則凹凸角不規(guī)則局部不連續(xù)大開洞錯層平面不規(guī)則的類型豎向不規(guī)則的類型沿豎向的側(cè)向剛度不規(guī)則（有柔軟層）豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)屈服抗剪強(qiáng)度不均勻（有薄弱層）

嚴(yán)重不規(guī)則是指體型復(fù)雜，多項不規(guī)則指標(biāo)超過表中指標(biāo)或某一項大大超過規(guī)定值，具有嚴(yán)重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，將會導(dǎo)致地震破壞的嚴(yán)重后果者。注：以上規(guī)定主要針對鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的多層和高層建筑。豎向不規(guī)則的類型結(jié)構(gòu)布置

對稱性包括建筑平面的對稱、質(zhì)量分布的對稱、結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度的對稱三個方面。最佳方案為使建筑平面的形心、質(zhì)量中心、結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度中心在平面上位于同一點(diǎn)上，豎向位于同一鉛垂線上，簡稱“三心合一”。結(jié)構(gòu)布置一、對稱性1、建筑平面的對稱性平面形狀最好雙軸對稱。不對稱的建筑平面對結(jié)構(gòu)來說有三個問題：一是引起外荷載作用的不均勻，產(chǎn)生扭矩；二是在凹角處產(chǎn)生應(yīng)力集中；三是不對稱的建筑平面很難使三心重合。結(jié)構(gòu)布置2、質(zhì)量布置的對稱性僅僅由于建筑平面布置的對稱并不能保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。在建筑平面對稱和結(jié)構(gòu)剛度均勻分布的情況下，若建筑物質(zhì)量分布有較大偏心，當(dāng)遇到地震作用時，地震慣性力的合力將會對結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度中心產(chǎn)生扭矩。結(jié)構(gòu)布置3、結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的對稱性抗側(cè)力構(gòu)件的布置對結(jié)構(gòu)受力有重要影響。如在對稱的建筑外形中進(jìn)行了不對稱的建筑平面布置，從而導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)剛度的不對稱布置。

例馬拿瓜國家銀行，在矩形的建筑平面中，一側(cè)集中布置了實(shí)心填充墻及兩個核心筒，而另三邊采用了空曠的密柱框架，樓蓋結(jié)構(gòu)為單向密肋板。結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度中心明顯與建筑平面形心和建筑質(zhì)量中心偏離。該建筑在一次地震中倒塌。結(jié)構(gòu)布置馬那瓜中央銀行大廈試問：那一幢破壞嚴(yán)重呢？馬那瓜美洲銀行大廈1）平面不規(guī)則4個樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻。4層以上的樓板僅為5cm厚，擱置在高45cm，長14m小梁上。2）豎向不規(guī)則塔樓上部（4層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4層樓板水平處的過渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（間距9.4m）。上下兩部分嚴(yán)重不均勻，不連續(xù)。主要破壞：第4層與第5層之間(豎向剛度和承載力突變),周圍柱子嚴(yán)重開裂，柱鋼筋壓屈；橫向裂縫貫穿3層以上的所有樓板(有的寬達(dá)1cm),直至電梯井東側(cè)；塔樓西立面、其他立面窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其它非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均嚴(yán)重破壞或倒塌。震后計算分析結(jié)果:1.結(jié)構(gòu)存在十分嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)效應(yīng);2.塔樓3層以上北面和南面大多數(shù)柱子抗剪能力大大不足,率先破壞；3.水平地震作用下,柔而長的樓板產(chǎn)生可觀的豎向運(yùn)動等。馬那瓜中央銀行大廈結(jié)構(gòu)是均勻?qū)ΨQ的，基本的抗側(cè)力體系包括4個L形的桶體，對稱地由連梁連接起來，這些連梁在地震時遭到剪切破壞，是整個結(jié)構(gòu)能觀察到的主要破壞。分析表明：1.對稱的結(jié)構(gòu)布置及相對剛強(qiáng)的聯(lián)肢墻，有效地限制了側(cè)向位移，并防止了明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；2.避免了長跨度樓板和砌體填充墻的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞；3.當(dāng)連梁剪切破壞后，結(jié)構(gòu)體系的位移雖有明顯增加，但由于抗震墻提供了較大的側(cè)向剛度，位移量得到控制。美洲銀行結(jié)構(gòu)布置的基本原則是：①結(jié)構(gòu)平面應(yīng)力求簡單規(guī)則，結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)對稱均勻布置，盡量使結(jié)構(gòu)的剛心與質(zhì)心重合，避免地震時引起結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)及局部應(yīng)力集中。

剛度中心質(zhì)量中心結(jié)構(gòu)布置②結(jié)構(gòu)的豎向布置，應(yīng)使其質(zhì)量沿高度方向均勻分布，避免結(jié)構(gòu)剛度突變，并應(yīng)盡可能降低建筑物的重心，以利結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

結(jié)構(gòu)布置③合理地設(shè)置變形縫。

結(jié)構(gòu)布置④加強(qiáng)樓屋蓋的整體性。使結(jié)構(gòu)受力均勻。

⑤盡可能做到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。結(jié)構(gòu)布置二、連續(xù)性連續(xù)性是結(jié)構(gòu)布置中的重要方面，而又常常與建筑布置相矛盾。建筑師希望從平面到立面都豐富多變，而合理的結(jié)構(gòu)布置卻應(yīng)該是連續(xù)的、均勻的、不應(yīng)使剛度發(fā)生突變。結(jié)構(gòu)布置圖11-2-6a由于底層空間要求抽掉了部分柱子，即由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置的不連續(xù)形成了薄弱層。圖b由于結(jié)構(gòu)底層層高較高，即由于結(jié)構(gòu)尺寸變化在豎向的不連續(xù)形成了薄弱層，圖c是建筑物建在山坡上，由于結(jié)構(gòu)尺寸變化在層平面內(nèi)的不連續(xù)形成薄弱層。結(jié)構(gòu)布置圖11-2-7為剪力墻布置不連續(xù)的例子。圖b,c為不規(guī)則布置的剪力墻結(jié)構(gòu)，由于立面造型上的要求或者門窗布置的要求使剪力墻布置上下無法對齊。圖d常常出現(xiàn)在樓梯間，由于樓梯間采光的要求使洞口錯位布置。這些情況最終導(dǎo)致由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂縫或造成局部的損壞。結(jié)構(gòu)布置三、周邊作用：圖11-2-8中建筑平面、結(jié)構(gòu)構(gòu)件形式、結(jié)構(gòu)材料用量均相同，構(gòu)件布置位置不同。由于墻體具有較大的抗側(cè)力剛度，因此墻體位置的變化對整個結(jié)構(gòu)的抗傾覆和抗扭轉(zhuǎn)能力有明顯影響。

高層建筑布置時，應(yīng)把具有較大抗側(cè)剛度的剪力墻、核心筒布置在建筑物周邊。結(jié)構(gòu)布置四、角部構(gòu)件角部構(gòu)件往往受到較大的荷載或較復(fù)雜的內(nèi)力。如在框架中，角柱的破壞要重于內(nèi)柱。結(jié)構(gòu)布置角柱震害：

由于雙向受彎、受剪,加上扭轉(zhuǎn)作用，震害比內(nèi)柱重。結(jié)構(gòu)布置五、多道防御即在結(jié)構(gòu)中設(shè)置多道抗震防線。如框架結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)柱弱梁。存在兩道防線：一是從彈性到部分梁出現(xiàn)塑性鉸；二是從梁塑性鉸發(fā)生較大轉(zhuǎn)動到柱根破壞。在兩道防線之間，大量地震輸入能量被結(jié)構(gòu)的彈塑性變形所消耗。結(jié)構(gòu)布置在建筑抗震設(shè)計中，可以利用多種手段實(shí)現(xiàn)設(shè)置多道防線的目的。例如：采用超靜定結(jié)構(gòu)、有目的的設(shè)置人工塑性鉸、利用框架的填充墻。設(shè)置耗能元件或耗能裝置等。但在各種設(shè)計手法中應(yīng)注意的原則：一是不同的設(shè)防階段應(yīng)使結(jié)構(gòu)周期有明顯差別；二是最后一道防線要具有一定的強(qiáng)度和足夠的變形潛力。結(jié)構(gòu)布置

無法定量分析而僅從定性角度進(jìn)行限制。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有許多問題還不能進(jìn)行準(zhǔn)確分析，如混凝土結(jié)硬過程中的收縮在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力，氣溫或溫差對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，地基的變形對結(jié)構(gòu)的影響，地震對結(jié)構(gòu)的復(fù)雜作用。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計時只能通過一些定性的分析對建筑體型做某些限制，或設(shè)置變形縫來分隔單元。結(jié)構(gòu)構(gòu)造

設(shè)置變形縫是避免建筑體型與結(jié)構(gòu)受力之間矛盾的方法。但也會帶來弊端。如材料用料增加；結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜；建筑立面處理困難；變形縫易滲水。因此在一些建筑中不設(shè)或少設(shè)變形縫的做法日趨流行。結(jié)構(gòu)構(gòu)造一、溫差及混凝土收縮對結(jié)構(gòu)布置的要求

設(shè)計中一般通過設(shè)置伸縮縫，來避免由于溫差及混凝土的收縮產(chǎn)生的附加應(yīng)力的方法。伸縮縫的寬度與結(jié)構(gòu)型式及保溫隔熱條件有關(guān)。

伸縮縫應(yīng)從基礎(chǔ)頂面開始，基礎(chǔ)可不分開。結(jié)構(gòu)構(gòu)造為減少溫度應(yīng)力，要減小溫差，一般采用保溫隔熱等措施。若超出表限制而未采取上述措施時，可對結(jié)構(gòu)中溫度應(yīng)力比較敏感的部位加強(qiáng)配筋來抵抗溫度應(yīng)力，也可將頂部樓層改用剛度較小的結(jié)構(gòu)形式或者在頂部設(shè)置局部溫度縫，把結(jié)構(gòu)劃分為長度較短的區(qū)段。結(jié)構(gòu)構(gòu)造

根據(jù)結(jié)構(gòu)型式不同，伸縮縫的最大間距可按表11-3-1查得。若超，可在適當(dāng)部位設(shè)置后澆帶，一般每隔30-40米間距流出施工后澆帶，帶寬800-1000mm,縫內(nèi)鋼筋采用搭接或直通加彎。后澆帶混凝土澆注時的溫度宜低于主體混凝土澆注時的溫度。結(jié)構(gòu)構(gòu)造二、不均勻沉降的影響

沉降縫為減少地基不均勻沉降引起的內(nèi)力而設(shè)置的。當(dāng)建筑物兩部分高差懸殊時，或當(dāng)建筑物兩部分荷載相差懸殊時，或建筑物先后建造且先后間隔時間較長時。

沉降縫應(yīng)將建筑物從基礎(chǔ)至屋頂全部斷開，并有足夠?qū)挾?。結(jié)構(gòu)構(gòu)造三、抗震的要求對需抗震設(shè)防的建筑，抗震設(shè)計規(guī)范對建筑體型有限制，主要原則:建筑的平立面布置宜規(guī)則、對稱、建筑的質(zhì)量分布宜均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收，結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度沿豎向應(yīng)均勻變化，樓層不宜錯層，構(gòu)件的截面由下至上逐漸減小，不突變。結(jié)構(gòu)構(gòu)造當(dāng)建筑平面過長、結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)體系不同、高度和剛度相差過大以及各結(jié)構(gòu)單元的地基條件有較大差異時，應(yīng)考慮設(shè)防震縫。所有抗震縫寬度不宜小于70mm,其最小寬度應(yīng)符合下面要求：高層建筑宜選用合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，不設(shè)防震縫。防震縫①鋼筋混凝土框架房屋的防震縫寬度，當(dāng)高度不超過15m時可采用70mm，超過15m時，6、7、8、9度相應(yīng)每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加寬20mm。②框架抗震墻房屋的防震縫寬度，可采用第①條數(shù)值的70％，抗震墻房屋可采用第①條數(shù)值的50％，且均不宜小于70mm。③防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同時，按不利體系考慮，并按低的房屋高度計算縫寬。th框架框架-抗震墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造例1：某高層建筑為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度，高45米，其群房為框架結(jié)構(gòu)，高20米，主樓和群房間設(shè)防震縫，其最小縫寬應(yīng)為多少？

解：防震縫最小寬度應(yīng)根據(jù)群房框架結(jié)構(gòu)極其高度確定：

例2：6度地區(qū)、框架結(jié)構(gòu)、建筑高度35m，若需設(shè)防震縫，其縫寬應(yīng)為多少？若高為35m剪力墻結(jié)構(gòu)，其縫寬？經(jīng)常不斷地學(xué)習(xí),你就什么都知道。你知道得