高层建筑结构2高层建筑结构体系与结构布置

退出本章第2章高层建筑结构体系与结构布置2.1概述2.2结构布置原则2.3楼盖结构布置2.4基础结构布置2.5水平位移限值和舒适度要求2.6结构布置实例12.1概述22.1.1框架结构体系1.框架结构体系框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构。2.分类按照施工方法分按承重体系分–现浇框架横向承重–装配整体式框架纵向承重–装配式框架双向承重3.特点：结构布置灵活，有较大的室内空间，使用方便。4.缺点：抗震性能差，刚度较低，地震中填充墙损坏严重，修复费用高。5.适用范围：非抗震地区和层数较少的建筑，15～20层以下较适宜。32.1.1框架结构体系42.1.1框架结构体系6.框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧向位移。其中一部分是结构弯曲变形；另一部分是剪切变形，当高宽比H/B≤4时，框架结构以剪切变形为主，弯曲变形较小而可忽略，其整体位移曲线呈剪切型，特点是结构层间位移随楼层增高而减小，如下图。52.1.2剪力墙结构体系1.剪力墙结构体系剪力墙结构体系一般用于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。根据施工分法的不同可以分为：–(1)全部现浇的剪力墙；–(2)全部用预制墙板装配而成的剪力墙；–(3)内墙现浇、外墙为预制装配的剪力墙。2.特点：结构刚度很大，空间整体性好，水平荷载作用下侧向变形小，用钢量较省，抗震性能好，剪力墙的间距取决于楼板跨度，适于小开间建筑，例如住宅、旅馆建筑，房间不外露梁柱棱角，整体美观，可以适用于较高的高层建筑。3.缺点：自重大，基础处理要求较高，不利于布置大开间房间，不能满足公共建筑的使用要求。62.1.2剪力墙结构体系72.1.3框架-剪力墙结构体系1.框架-剪力墙结构体系是把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系。2.特点剪力墙（核心筒）承担大部分水平作用(80％～90％)，是主要的抗侧力构件，框架承担竖向荷载，提供较大的空间，既具有框架结构布置灵活、方便使用的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，适用于公共建筑和旅馆建筑。82.1.3框架-剪力墙结构体系92.1.4筒体结构体系1.筒体结构体系将剪力墙平面内围合成箱形，形成一个竖向布置的空间刚度很大的薄壁筒体；也可由密柱框架或壁式框架围合，形成空间整体受力的框筒等，从而形成具有很好的抗风和抗震性能的筒体结构体系。2.根据筒的布置、组成和数量等可分为：–(1)框架-筒体结构体系–(2)筒中筒结构体系–(3)成束筒结构体系102.1.4筒体结构体系11筒体结构2.1.5巨型结构体系•由两级结构组成一级为：跨越若干楼层的巨梁、巨柱（超级框架）或巨型桁架，提供较大的抗侧刚度和承载力——承受水平作用和竖向荷载；二级：其他楼层梁柱，承受竖向荷载并将荷载产生的内力传递到一级结构上。12巨型结构2.2结构布置原则132.2.1抗震设防结构布置原则为了使高层建筑满足抗震设防要求，应考虑下述抗震设计基本原则：(1)选择有利的场地，避开不利的场地，采取措施保证地基的稳定性。(2)保证地基基础的承载力、刚度，以及足够的抗滑移、抗倾覆能力，使整个高层建筑形成稳定的结构体系，防止在外荷载作用下产生过大的不均匀沉降、倾覆和局部开裂等。(3)合理设置防震缝。(4)应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。(5)多道抗震设防能力，避免因局部结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力。(6)合理选择结构体系。142.2.1抗震设防结构布置原则(7)结构应有足够的刚度，且具有均匀的刚度分布控制结构顶点总位移和层间位移。避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。(8)结构应有足够的结构承载力，具有较均匀的刚度和承载力分布。(9)节点的承载力应大于构件的承载力。(10)结构应有足够的变形能力及耗能能力，应防止构件脆性破坏，保证构件有足够的延性。(11)突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承受鞭梢效应影响。(12)减轻结构自重，最大限度降低地震的作用，积极采用轻质高强材料。(13)应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失承载能力。152.2.2房屋适用的高度和高宽比•钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比应分为A级和B级。16A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度框架7060554525框架-剪力墙14013012010050剪力墙全部落地15014012010060部分框支13012010080—筒体框架-核心筒16015013010070筒中筒20018015012080板柱-剪力墙70403530—2.2.2房屋适用的高度和高宽比B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）17结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度框架-剪力墙170160140120剪力墙全部落地180170150130部分框支150140120100筒体框架-核心筒220210180140筒中筒3002802301702.2.2房屋适用的高度和高宽比A级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比18结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度9度框架、板柱-剪力墙5432框架-剪力墙5543剪力墙6654筒中筒、框架-核心筒6654B级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度8762.2.3结构平面布置原则1.高层建筑结构平面形状宜简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面形状平面。不规则的类型如下表。192.2.3结构平面布置原则2.为了保证楼板平面内刚度较大，使楼板平面内不产生大的振动变形，建筑平面的长宽比不宜过大。202.2.3结构平面布置原则3.楼板开大洞削弱后，宜采取以下构造措施予以加强：–(1)加厚洞口附近楼板，提高楼板的配筋率；采用双层双向配筋，或加配斜向钢筋；–(2)洞口边缘设置边梁、暗梁；–(3)在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋。212.2.4结构竖向布置1.沿竖向刚度突变可能由于下述两个原因产生：–（1）结构的竖向体型突变①建筑顶部内收形成塔楼。②楼层外挑内收。–（2）结构体系的变化①剪力墙结构或框筒结构的底部大空间需要，底层或底部若干层剪力墙不落地，可能产生刚度突变。②中部楼层部分剪力墙中断。③顶层设置空旷的大空间，取消部分剪力墙或内柱。222.2.4结构竖向布置2.抗震设计时，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。232.2.4结构竖向布置3.高层建筑结构宜设地下室，设置地下室有如下的结构功能：（1）利用土体的侧压力防止水平力作用下结构的滑移、倾覆；（2）减小土的重量，降低地基的附加压应力；（3）提高地基土的承载能力；（4）减少地震作用对上部结构的影响。242.2.5设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则1.伸缩缝也称为温度缝（1）作用：可以释放建筑平面尺寸较大的房屋因温度变化和混凝土干缩产生的结构内力。高层建筑结构伸缩缝的最大间距25结构体系施工方法最大间距（m）框架结构现浇55剪力墙结构现浇452.2.5设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则（2）采取以下构造措施和施工措施减少温度和收缩应力时，可适当增大伸缩缝的间距：①在温度变化影响较大的部位提高配筋率。②顶层加强保温隔热措施，或设置架空通风屋面，避免屋面结构温度梯度过大。③顶层可以局部改变为刚度较小的形式，或顶层设温度缝，将结构划分为长度较短的区段。④施工中留后浇带。⑤采用收缩小的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加入适宜的外加剂。⑥提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。262.2.5设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则2.沉降缝（1）作用：防止基础产生不均匀沉降时引起结构构件内产生较大的内力和变形。（设置时基础与上部结构均断开）（2）高层建筑在下述平面位置处，应考虑设置沉降缝：①高度差异或荷载差异较大处；②上部不同结构体系或结构类型的相邻交界处；③地基土的压缩性有显著差异处；④基础底面标高相差较大，或基础类型不一致处。272.2.5设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则（3）建筑物各部分不均匀沉降差大体上有三种方法来处理：–放——设沉降缝，让各部分自由沉降，互不影响，避免出现由于不均匀沉降时产生的内力。–抗——采用端承桩或利用刚度很大的基础。前者由坚硬的基岩或砂卵石层来尽可能避免显著的沉降差；后者则用基础本身的刚度来抵抗沉降差。–调——在设计与施工中采取措施，调整各部分沉降，减少其差异，降低由沉降差产生的内力。（4）通常有以下“调”的方法不设永久性沉降缝：–调整地基土压力–调整施工顺序–预留沉降差282.2.5设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则3.抗震缝（1）当建筑的平面、层数、质量、刚度差异较大，或错层时抗震设防的建筑物需设抗震缝。（2）抗震设防的高层建筑在下列情况不宜设防震缝：–平面长度和突出部分尺寸超过了下表的限值，而又没有采取加强措施时。–各部分结构刚度、荷载或质量相差悬殊，而又没有采取有效措施时。–房屋有较大错层时。292.2.5设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则（3）设置防震缝时，应符合下列规定：①防震缝最小宽度应符合下列要求：•a．框架结构房屋，高度不超过15m的部分可取70mm；超过15m的部分，6度、7度、8度和9度相应每增高5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；•b．框架-剪力墙结构房屋可按第a条数值的70％采用，剪力墙结构房屋可按第a条数值的50％采用，但二者均不宜小于70mm。②防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度应按不利的结构类型确定；防震缝两侧的房屋高度不同时，防震缝宽度应按较低的房屋高度确定。302.2.5设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则③当相邻结构的基础存在较大沉降差时，宜增大防震缝的宽度。④防震缝宜沿房屋全高设置；地下室、基础可不设防震缝，但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接。⑤结构单元之间或主楼与裙房之间如无可靠措施，不应采用牛腿托梁的做法设置防震缝。2.2.6结构截面尺寸的初估(1)柱截面尺寸的估计–柱截面尺寸一般可由轴压比控制来进行初估。轴压比μC由下式计算：–梁截面宽度与高度之比一般为1/2～1/4，且至少比柱宽小50mm；（2）梁截面高度与跨度之比在1/8～1/20之间；（3）楼板厚度与跨度之比在1/25～1/35之间。32cccfAN2.3楼盖结构布置332.3.1现浇楼盖和装配整体式楼盖•高层建筑结构中各竖向抗侧力结构(剪力墙、框架和筒体等)通过水平的楼盖结构连为空间整体。–下列重要部分应采用现浇楼盖:①房屋的顶层；②结构转换层；③楼盖有大的开洞处；④平面过于复杂，突出部分长度较大处。342.3.2梁板式楼盖•现浇梁板式楼盖可用普通木模或定型钢模板施工。在框架和框架-剪力墙结构中，常由预制楼板、预制梁组成装配整体式楼盖，这时宜在预制板上按要求设置现浇面层。352.3.3密肋楼盖•密肋楼盖多用于跨度大而梁高受限制的情况下。•现浇普通钢筋混凝土密肋板跨度一般不大于9m，预应力混凝土密肋板跨度不大于12m。362.3.4无梁楼盖•当框架结构在使用荷载较大而层高受限制的情况下，可以采用无梁楼盖形式。•无梁楼盖宜设柱帽以提高板柱结构的抗水平力性能和防止板的冲切破坏。37•非预应力平板广泛应用于剪力墙结构和筒体结构，其优点是可以降低建筑物层高，板底平整可以不加吊顶，施工方便。•非预应力平板一般为实心板，跨度不超过7m。在筒体结构中，当内外筒距离为8m时，板厚可达300~350mm。•预应力平板–(1)预应力空心板–(2)预应力大楼板–(3)预应力叠合板–(4)无粘结预应力现浇平板382.4基础结构布置392.4基础结构布置•2.4.1基础类型–(1)钢筋混凝土筏形基础–(2)箱形基础–(3)桩基•2.4.2基础选型原则–(1)当地基土质均匀、承载力高而沉降量小时，可以采用天然地