【成理】高层建筑结构考试前总结的

1绪论1）10层以下的建筑，竖向荷载产生的内力占主导地位，水平荷载影响较小，更高的建筑风荷载和地震作用占主导地位，竖向荷载影响相对较小。2）《高层建筑混凝土结构技术规程》将10层及10层以上或高度超过28m的住宅建筑，高度大于24m的民用建筑混凝土结构称为高层建筑结构。《民用建筑设计通则》、《高层民用建筑设计防火规范》将10层及10层以上的住宅建筑与高度超过24m的公共建筑和综合性建筑称为高层建筑。3）高层结构设计的特点：水平荷载成为决定因素，采用最佳的高宽比，选择有利于抗侧力的建筑体型（N与房屋总高H成正比，M与H的平方正比，侧移随高度呈4次方正比）。4）建筑高度：建筑高度指建筑物室外地面到其檐口或屋面屋面板板顶的高度2.2结构选型与结构布置3.1）高层建筑结构设计基本原则：注重概念设计，重视结构选型与平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系，加强构造措施，使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，并满足下列基本要求：1.具有必要的承载力、刚度和变形能力。2.避免因局部破坏而导致整个结构破坏。3.对可能的薄弱部位采取加强措施。4.避免局部突变和扭转效应形成薄弱部位。5.宜具有多道抗震防线。结构抗震概念设计目标:使整个结构能发挥耗散地震能量的作用，避免出现敏感的薄弱部位。高层建筑结构宜采取措施减少混凝土收缩，温度变化，基础差异沉降等非荷载效应的不利影响。房屋高度不低于150米的建筑外墙宜采用各类建筑幕墙，以减少主体结构的温度应力。2）高层建筑结构选型的主要内容：1、选择合适的竖向承重结构；2、选择合适的水平承重结构；3、选择合适的基础结构。（根据房屋高度、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等因素考虑适宜的结构体系）3）高层建筑竖向承重结构的类型及特点：一、框架结构（布置灵活；可形成大的使用空间；施工简便；较经济；抗侧刚度小，侧移大；对支座不均匀沉降较敏感）二、剪力墙结构（抗侧刚度大，侧移小；室内墙面平整；平面布置不灵活；结构自重大，吸收地震能量大；施工较麻烦，造价较高）三、框架—剪力墙结构（具有前两种结构的优点，既能形成较大的使用空间，又具有较好的抵抗水平荷载能力。由于使用功能要求，剪力墙位置受到限制，墙体布置难度较大，容易造成刚心与质心不重合，产生扭转。）4）高层建筑各种竖向结构的最大适用高度分为A、B两级，正常为A级，超限为B级。A级高度（一二三四级）和B级高度（特一、一、二）影响最大适用高度和高宽比的因素：结构体系是否需抗震设计；抗震设防烈度；结构材料。考虑最大适用高度的目的和意义：从安全性、经济性等方面使结构效能能得到充分的发挥，建筑材料得到充分利用。为什考虑最大高宽比：因为高宽比对房屋结构的刚度、整体稳定性、承载力和经济合理性有重大的影响。5）8度抗震设防烈度下，A级钢筋砼框架高层建筑最大适用高度为40m，框架-剪力墙体系最大适用高度为100m。6）8度抗震设防烈度下，最大高宽比框架为3倍，板柱-剪力墙为4倍，剪力墙、框架剪力墙均为5倍，框架-核心筒、筒中筒分别为6、7倍。7）结构布置除应满足使用要求外，应尽可能地做到简单、规则、均匀、对称，使结构具有足够的承载力、刚度和变形能力，避免因局部破坏而导致整个结构的破坏，避免局部突变和扭转效应而形成薄弱部位，使结构具有多道抗震防线。结构平面布置基本要求（一般原则）：（1）简单、规则、均匀、对称（2）承重结构双向布置，偏心小，构件类型少；(3)平面长度和突出部分应满足规范要求，凹角处宜采用加强措施。（4）施工简便，造价低。8）规则结构：体型规则、平面布置均匀、对称，并具有很好的抗扭刚度；竖向质量和刚度无突变的结构。9）平面不规则类型:一、扭转不规则：楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍。二、凸凹不规则三、楼板局部不连续平面不规则会导致刚心与质心不重合，产生扭转。规则结构：体型规则、平面布局均匀、对称、并具有良好的抗扭刚度；竖向质量和刚度无突变的结构。楼层竖向构件最大水平位移和层间位移，A级高度不宜大于楼层平均值1.2倍，不应大于1.5倍。B级高度不宜大于1.2倍，不应大于1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级不大于0.9，B级不大于0.85。10）竖向不规则类型：一、侧向刚度不规则：楼层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%。二、竖向抗侧力构件不连续三、楼层承载力突变：抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%。11）框架结构伸缩缝最大间距为55cm，剪力墙结构伸缩缝最大间距为45cm。12）防震缝最小宽度规定一、框架房屋，高度不超过15m的部分，可取100mm；高度超过15m的部分，6度、7度、8度、9度相应每增加5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；二、框架-剪力墙结构房屋可按第一项规定的70%采用，剪力墙结构房屋可按第一项规定的50%采用，但二者均不宜小于100mm。3荷载与地震作用1）荷载可以分为恒载(常用材料自重标准值：钢筋混凝土25KN/m3。水泥砂浆20KN/m3。）、活载（活荷载平均为2.0~2.5KN/m2，仅占全部竖向荷载的15%~20%左右）、（“地震作用”），活荷载又可分为楼面活荷载、屋面活荷载、雪荷载和风荷载。2）风荷载标准值计算《荷载规范》规定垂直于建筑物表面上的风荷载应按下式计算0ZSZK=注：0风振荷载标准值（千牛每平方米）=Zz高度处的风振系数×S风荷载体型系数×Z风压高度变化系数×0基本风压（千牛每平方米）风压高度变化系数Z应根据地面粗糙度类别确定。《荷载规范》将地面粗糙度分为A、B、C、D四类：A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区-最大，D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区-最小。高度大于30m且高宽比大于1.5的高层建筑结构，Z大于1，采用风振系数考虑脉动风压对主要承重结构的不利影响。3）基本风压计算一、关系式20021注：风压（牛顿每平方米）=1/2×空气密度（千克每立方米）×平均风速（米每秒）二、正常情况取当地比较空旷平坦的地面上50年一遇、10m高度上的10min平均最大风压值来确定。三、对于特别重要的高层建筑和对风荷载敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。四、房屋高度大于60m的高层建筑可按基本风压的1.1倍采用。4）基本烈度：该地区在50年期限内，一般场地条件下可能遭遇超过概率为10%的地震烈度，是该地区抗震设计的基本依据。。5）高层建筑结构抗震设计时，按其重要性可分为甲、乙、丙三类。抗震设防标准：特殊、重点（提高一度设防）、标准、适度设防类。6）各抗震设防类别建筑的抗震设防标准要求一、标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用。二、重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施，同时应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。7）抗震设防目标“三水准”是“小震不裂，中震可修，大震不倒”“二阶段”是第一阶段设计（弹性设计）第二阶段设计（弹塑性设计）三水准内容第一水准：高层建筑在使用期间，对遭遇频率较高、强度较低的地震时，建筑不损坏，不需要修理，结构应处于弹性状态，可以假定服从线性弹性理论，用弹性反应谱进行地震作用计算，按承载力要求进行截面设计，并控制结构弹性变形符合要求。第二水准：建筑物在基本烈度地震作用下，允许结构达到或超过屈服极限，产生弹塑性变形，依靠结构的塑性耗能能力，使结构稳定地保存下来，经过修复还可以使用。此时结构抗震设计应按变形要求进行。第三水准：在预先估计到的罕遇地震作用下，结构进入弹塑性大变形状态，部分产生破坏，但应防止结构倒塌、以避免危及生命安全。这一阶段应考虑防倒塌的设计。第一水准，多遇地震，50年一遇；第二水准，基本烈度设防地震，475年一遇；第三水准，罕遇地震，2000年一遇的强烈地震。8）两阶段设计第一阶段设计：对于高层建筑结构，首先应满足第一、二水准的抗震要求。按多遇地震（第一水准，比设防烈度低1.55度），进行截面配筋计算和结构弹性位移控制，并相应地采取构造措施保证结构的延性，使之具有与第二水准（设防烈度）相应的变形能力。这对所有抗震设计的高层建筑结构都必须进行。第二阶段设计：对地震时抗震能力较低、容易倒塌的高层建筑结构以及抗震要求较高的建筑结构（甲类）。要进行易损部位的塑性变形验算，并采取措施提高薄弱层的承载力或增加变形能力，使薄弱层的塑性水平变位不超过允许的变位。这一阶段设计主要是对甲类建筑和特别不规则的结构。9）一、甲类建筑：应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度计算；二、乙、丙类建筑：应按本地区抗震设防烈度计算。10）高层建筑结构应按以下原则考虑地震作用：一、一般情况下，应至少在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用计算；二、质量与刚度分布明显不对称的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响；三、高层建筑中的大跨度、长悬臂结构，7度（0.15g）、8度抗震设计时应计入竖向地震作用；四、9度抗震设计时应计算竖向地震作用。11）水平地震影响系数最大值：多遇地震情况，6度——0.04，7度——0.08，8度——0.16，9度——0.324设计计算的基本规定1）限制高层建筑结构层间位移的主要目的有两点：一、保证主体结构基本处于弹性受力状态；二、保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好，避免产生明显损伤。2）规程JGJ3—2010采用层间位移角作为侧移控制指标，并且不扣除整体弯曲转角产生的侧移，抗震时可不考虑质量偶然偏心的影响。房屋高度不小于150m的高层混凝土建筑结构应满足风振舒适度要求。高层建筑结构只要有水平侧移，便会引起重力荷载作用下的侧移二阶效应。1、框架结构稳定要求，刚重比：结构侧移刚度与重力荷载设计值之比nijGiDihi/是影响重力二阶效应的主要参数。结构临界荷重近似表达式nijGiDihi/=1框架结构刚重比等于10为结构稳定的下限条件。高层框架结构不小于20时，重力二阶效应可以忽略不计。2、弯剪型结构稳定要求，刚重比：弯剪型结构抗弯刚度与重力荷载的比值，对应0.14、1.4、2.7。4.限制高层建筑结构层间位移的目的：保证主结构基本处于弹性受力状态。保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构完好。规程JGJ3-2010采用层间位移角h/（层间位移与层高之比）作为侧移控制指标，并且不扣除整体弯曲转角产生的侧移，抗震时可不考虑质量偶然偏心的影响。5.结构抗震等级判定依据：结构类型、建筑高度、设防类别、设防烈度、场地类别。房屋高度不小于150m的高层混凝土建筑结构应满足风振舒适度要求（10年重现期）。罕遇地震下进行弹塑性变形验算的高层建筑结构有：7~9度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构；甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑结构；采用隔震和消能减震设计的建筑结构；房屋高度大于150m的结构。结构连续倒塌：结构因突发事件或严重超载而造成局部结构破坏失效，继而引起与失效破坏构件相连的构件连续破坏，最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏。4高层框架结构设计1）框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系，主体结构除个别部位外，不应采用铰接。2）抗震设计的框架结构不应采用单跨框架。3）抗震结构设计中，框架、砌体墙不可混合使用。框架刚度小，侧移大，变形能力小；砌体墙刚度大，侧移小，变形能力更小；不利于抗震。4）内力组合法控制截面：每一根梁有3个控制截面（左、右段支座、跨中截面）每一根柱2个控制截面（柱顶、底截面）极短柱、短柱、长柱剪跨比分界1.5~2。抗震设计原则：强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱锚固。5）剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；开洞宜上下对齐，成列布置，形成明确的墙肢和连梁。短肢剪力墙：截面厚度不大于300mm，各肢截面高度与厚度之比的最大