高层建筑主要考点复习

我国“高规”：10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其它高层民用建筑。1、结构设计一般分三阶段：方案阶段；扩初阶段；施工图阶段。2、方案设计：选择结构体系、体型控制（如平面与竖向的规则性、高宽比）等。一般由总工程师、主任工程师或有经验的工程师凭经验综合判断，并辅以简单的概念计算。3、扩初设计内容：结构构件（梁、板、柱、墙）截面的选择和优化。4、施工图设计：给出配筋、尺寸、节点做法等，满足施工要求。5、高层结构体系：框架、剪力墙，框架---剪力墙，筒体结构(框筒、筒中筒、束筒)等6、框架结构体系定义：采用梁、柱通过节点组成的体系作为建筑竖向承重结构，并同时承受水平荷载的结构体系。受力特征：水平力下，框架侧移有两部分组成：（１）、梁柱弯曲变形。框架层间剪力是其上部水平荷载的合力，所以下大上小，导致下部层间变形大，上部小；侧移曲线表现为剪切型。（２）、柱的轴向变形也使框架结构产生侧移，由倾覆力矩使柱产生的拉伸和压缩变形所致，为弯曲型，上部层间变形大。在总位移中第一部分侧移是主要的，合成后结构仍呈剪切变形特征。优点：建筑布置灵活，可做成需大空间的会议室、餐厅、办公室、车间等，又可用隔墙做成小房间。缺点：1、梁柱尺寸不能太大，否则影响使用面积；目前采用的异型柱，L、十、T形，厚度与墙一致，增加使用面积2、侧向刚度小，地震作用下水平位移大，只适用于多层和高度不大的高层，一般≤60m，抗震设防烈度高的地区更小。因此地震区高层应采用既减轻重量，又能经受较大变形的隔墙材料和构造做法。7、剪力墙结构体系定义：利用建筑物墙体作为竖向承重和抵抗水平力的结构。受力特征：在水平荷载作用下，剪力墙结构以弯曲变形为主，侧移曲线表现为弯曲型，就象悬臂梁一样，层间位移自下而上逐渐增大。这种增大的原因是墙体纵向轴线由基础处的竖直状态向上发生倾斜，其转角的不断累加造成的，高剪力墙的剪切变形相对于弯曲变形要小得多。优点：整体性好，刚度大，在水平力作用下侧向变形很小，承载力易满足，抗震性能好，适宜于建造高层建筑，目前我国10~30层高层公寓多采用。缺点：剪力墙受楼板构件跨度约束，3~8m,一般6m左右，间距小，平面布置不灵活，不适应于建造公共建筑，自重大。8、框架--剪力墙及框架—核心筒结构体系框架：侧向刚度差，地震下变形大，但具有平面灵活，较大空间，立面易处理等特点。剪力墙：侧向刚度大，地震下变形小，强度大，但空间受到限制两者相结合，取长补短，形成框架—剪力墙结构(在框架中设置一些剪力墙)定义：由框架和剪力墙共同承重和抵抗水平的受力体系。特点：1、剪力墙或筒体常常担负大部水平荷载，结构总体刚度加大，侧移减小。2、框架与剪力墙协同工作；在结构的底部框架侧移减小，使结构的上部剪力墙的侧移减小，侧移曲线是弯剪型，接近于直线。各层层间变形趋于均匀。3、框架上、下各层柱的轴力也比纯框架柱受力均匀，故柱尺寸，配筋也可比较均匀。从使用和受力上看，框--剪(筒)结构都是一种比较好的体系，在公共建筑和办公楼等得到广泛使用。9、常用结构体系的选择：1.功能适应性原则2.高度合理性原则3.整体稳定性原则4.空间整体性原则5.场地适应性原则6.施工方便性原则7.经济有效性原则10、结构总体布置原则1、控制结构平面形状(平面形状简单、规则、对称，尽量使质心和刚心重合。)2、控制结构竖向布置(结构竖向布置最基本的原则是规则、均匀。)3、采用对抗震有利的结构布置形式(震害教训：建筑物平面不对称，刚度不均匀，高低错层连接，局部凸出或高度方向刚度突变，都易造成震害。抗震结构：结构体形，布置、构造措施好坏比计算是否精确更直接影响安全。抗震结构布置要点：(1)平面布置简单，对称、规则、质心与刚心尽量重合。(2)注意突出部分的尺寸比例。(3)竖向位置应刚度均匀而连续，避免刚度突变，避免软弱层。刚度突变及软弱层常由切断剪力墙所致，切断墙应避免，少数剪力墙切断。例如：鞭捎效应，由突出部分产生，需加强。(4)避免局部错层，夹层，例如当结构中长短柱结合，抗震中短柱易破坏。(5)尽可能设置抵抗地震的多道防线。超静定结构允许部分构件屈服或甚至损坏，是抗震结构的优选结构。合理预见并控制超静定结构的塑性铰出现部位，就可能形成抗震的多道防线。例如，框架-剪力墙结构的剪力墙一般都先屈服，应将框架作为第二道防线；联肢剪力墙中的连梁应先屈服，有些时候连梁可能剪坏，那么可使独立悬臂墙成为第二道防线。)4、设置防震缝5、设置伸缩缝与沉降缝11、高层建筑基础选型的基本原则：1.基础选型首先要要考虑使基础传递下来的荷载不超过地基的长期承载能力。无论哪种基础，基础的概念都是把集中荷载分散到地基上，分散程度与地基的承载能力成反比。2.综合考虑地质、结构类型、建筑用途、施工技术、施工条件、对相邻建筑影响，满足施工、使用阶段的正常要求。特别注意：1）场地地质（土层分布、强度、压缩模量）、地下水位。2）不同类型的上部结构对地基不均匀沉降敏感程不同。如框—剪结构，基础刚度不够会引起剪力墙沉降过大，剪力墙将部分卸载给框架，使框架处于不利。所以，框—剪结构应当设在同一刚性基础上。3）高层基础应满足建筑使用要求。如人防、地下车库、地下酒吧、地下商场、地下餐厅、与城市已有地下设施（地铁）连通等要求。4）可选基础方案很多。应根据不同情况和地区习惯做法，选择经济合理的方案。也须考虑拟建建筑对已建建筑基础和其他地下设施的影响。3.高层高度大、重量大、基础深，对基础的稳定性、地基承载力、地基变形、整体倾斜有严格要求。施工对环境影响也较大。需地基勘查探明地质、地下水、地基土性状。先勘探后设计。4.高层基础应整体性好，满足地基承载力、变形要求，并能调节不均匀沉降。根据上部结构类型、使用荷载、结构高度、地质情况，选用独立柱基、条形基础、筏形基础、箱形基础和桩筏、桩箱基础。12、高层基础形式有：独立柱基、条形基础、筏形基础、箱形基础和桩基础。13、高层建筑基础设计应注意的几个问题1.基础埋深2.主体与裙房或附属结构基础的处理3.基础形式不可混用1、荷载与作用的定义：使结构产生内力和变形效应的一切外因统称为作用。结构必须能抵抗外部各种作用。作用包括建筑物自重、使用荷载、风荷载、地震作用及温度变化、地基不均匀沉降等。习惯上把直接施加于结构上的外因称为荷载，如自重、活荷载、风雪荷载等直接作用；把间接施加于结构上的外因称为作用，如地基不均匀变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化或地震等间接作用。2.荷载与作用的分类:按时间特征：(1)永久荷载：在结构使用期间，荷载值及作用位置几乎不随时间而变。如结构自重、土压力、预应力等。(2)可变荷载：在结构使用期间，荷载值随时间变化。如楼屋面活荷载、积灰荷载、风雪荷载等。(3)偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其量值很大且持续时间较短的荷载。如地震、爆炸力、撞击力等。按作用方向：(1)竖向荷载：荷载作用方向沿垂直方向的荷载。如结构自重、楼屋面活荷载等。(2)水平荷载：荷载作用方向沿水平方向的荷载。如风荷载、水平地震作用等。3、荷载代表值是指为了方便设计给荷载规定以一定的量值。包括：标准值、组合值、频遇值和准永久值。永久荷载应采用标准值作为代表值；可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；偶然荷载应按建筑结构使用特点确定其代表值。“对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载组合。对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合或偶然组合、频遇组合或准永久组合进行荷载组合。”4、地震动三要素：强度、频谱、持续时间5、地震动影响因素：1、震源2、深度3、震中距4、土壤性质5、建筑物本身6、抗震计算方法：底部剪力法，振型分解反应谱法，时程分析法7、限制结构水平变形主要原因有：（1）、过大的侧向变形会使人不舒服，影响正常使用。（2）、过大的侧向变形，特别是过大的层间变形会使填充墙以及一些建筑装修出现裂缝或损坏，同时也会使电梯轨道变形或玻璃破损。（3）、过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝甚至破损，限制结构裂缝宽度就要限制结构的侧向变形及层间变形。（4）、过大的侧向变形会使结构产生附加内力，严重时会加速倒塌，这是因为侧移后，建筑物上的垂直荷载会造成附加弯矩，侧移越大，附加弯矩就越大。8、延性：在中等地震烈度下，允许结构的某些部位进入屈服状态，形成塑性铰，此时结构进入弹塑性阶段，结构变形加大，但在这个阶段，结构可以通过塑性变形耗散地震能量，但是必须保证结构的承载能力，结构不能破坏，这种性能被称为延性。9、延性越好，抗震能力越强。延性影响因素：截面的应力性质、构件材料及截面配筋量、配筋构造等。延性在设计中的体现：对结构或构件采取一系列抗震措施，可分为四个等级，称为抗震等级。一级最高，二、三、四级要求依次减少，一般而言，抗震设防烈度高，建筑物高度高，抗震等级也高，可能出现较大变形的结构，抗震等级也相应提高，比较重要的建筑，抗震等级也相应提高。10、内力组合及最不利内力对各种荷载(恒载、活载、风荷载及地震作用）分别计算内力后，进行荷载效应组合时，往往需要按一种以上的组合情况(工况)进行组合。这是因为在结构使用期限内，可能出现多种的组合情况，也即对于同一个构件或者同一个截面，多种组合产生的不同内力都可能出现，设计时要按照可能的最不利原则进行挑选，找出最不利内力进行构件截面设计，不同构件的最不利内力并不一定来自同一个组合，因此，如何选择构件截面的设计内力是内力组合的关键。11、控制截面及最不利内力类型：①构件设计：需要先找出控制截面，然后找出控制截面上的最不利内力，以此作为配筋设计的依据。②控制截面：通常是内力最大的截面，但是，不同的内力(如弯矩、剪力)并不一定在同一个截面达到最大值，因此一个构件很有可能同时有几个控制截面。③框架横梁：两个支座截面以及跨中截面一般为最大正弯矩作用截面，内力组合时要找出构件上是正弯矩和最大负弯矩，用以计算上部及下部配筋，还要找到最大剪力，用以计算斜截面承载力，配置箍筋。④柱子：由框架弯矩图可以知道，弯矩最大值都在上、下两个端截面，剪力和轴力在同一层中变化也不大，因此各层柱的控制截面可以取两个端截面。框架机构设计1、结构体系的简化：任何结构都为一个空间结构，但是对于框架、剪力墙、框架——剪力墙结构而言，大多数可以简化为平面结构，使计算大大简化。2、框架计算简化时作了以下三个假定：（1）、平面结构假定：一片框架或者墙可以抵抗本身平面内的侧向力，而在平面外刚度很小，可以忽略。（2）、刚性楼板假定：连结各个抗侧力结构间的楼板在自身平面内很大，平面外很小，可不考虑。（3）、弹性假定：假定材料处于线弹性阶段，规范按弹性方法进行内力计算。3、计算简图的确定：1、结构体系的简化2、结构构件简化3、结构荷载简化4、框架结构的内力计算方法一般分三类：①精确法②渐进法③近似法5、水平荷载作用下的内力近似计算A.反弯点法反弯点定义：柱上弯矩为0的点，注意反弯点可能在柱上，也可能在柱外。B.D值法（修正反弯点法）：用修正柱的抗侧移刚度和调整反弯点高度的方法计算水平荷载下框架的内力，修正后的抗侧刚度用D表示，称为D值法。6、柱反弯点高度比的确定主要因素是柱上、下端的约束条件：约束越小，弯矩越小，极端情况下为铰接点，反弯点与该端重合。7、影响柱两端约束大小的因素：1.结构总层数以及该层位置2.梁柱刚度比3.荷载形式4.上层与下层梁刚度比5.上、下层层高度变化8、延性框架的概念：在框架体系、框架——剪力墙体系以及框筒体系中，虽然内力计算方法不同，但是在求出内力以后，都要通过内力组合求出梁、柱控制截面的最不利内力，然后进行截面配筋计算以及构造设计。9、延性结构：在罕遇地震作用下要求结构处于弹性状态是不必要，也是不经济的，通常是在中等烈度的地震作用下允许结构某些构件屈服，出现塑性铰，使结构刚度降低，塑性变形加大，当塑性铰达到一定数量后，结构会出现屈服现象，即随着地震作用力不增加或增加很少，而结构变形迅速增加。10、延性比定义：μ=Δu/Δy其中：Δy—