932 抗侧力结构与布置Ⅱ

1周葆春土木工程学院Email：[e-mail]版权说明：本课件仅供用于非赢利教育目的第2章抗侧力结构与布置ⅡPPT:[e-mail](password:foundation)2高层建筑结构设计原则高层建筑结构应注重概念设计，重视结构的选型和平面、立面布置的规则性，加强构造措施，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。在抗震设计时，应保证结构的整体抗震性能，使整体结构具有必要的承载能力、刚度和延性。32.9抗侧力结构体系的适用高度及高宽比2.10建筑体形和结构总体布置2.11变形缝的设置2.12基础形式2.1框架结构2.2剪力墙结构2.3框架-剪力墙结构2.4板柱-剪力墙结构2.5框架-支撑结构2.6筒体结构2.7框架-核心筒结构2.8巨型结构第2章抗侧力结构与布置4高层建筑结构设计的一般规定高层建筑混凝土结构可采用框架、剪力墙、框架－剪力墙、板柱－剪力墙、筒体结构等结构体系。高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，并应符合下列规定：1.应具有必要的承载能力、刚度、延性；2.应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载、地震作用的能力；3.对可能出现的薄弱部位，应采取有效的加强措施。5高层建筑的结构体系尚宜符合下列规定：1.结构的竖向和水平布置宜使结构具有合理的刚度和承载力分布，避免因刚度和承载力突变或结构扭转效应而形成薄弱部位；2.抗震设计时宜具有多道防线。高层建筑混凝土结构宜采取措施减小混凝土收缩、徐变、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150m的高层建筑外墙宜采用各类建筑幕墙。高层建筑的填充墙、隔墙等非结构构件宜采用各类轻质材料，构造上应与主体结构可靠连接，并满足承载力、稳定和变形要求。62.9抗侧力结构体系的适用高度及高宽比2.9.1最大适用高度每一种结构体系，都有其最佳的适用高度范围。要根据房屋建筑的高度、是否需要抗震设防、抗震设防烈度等因素，确定一个与其匹配的、经济的结构体系，使结构效能得到充分发挥，建筑材料得到充分利用。Ａ级高度钢筋混凝土高层建筑是指符合表3.3.1-1高度限值的建筑，也是目前数量最多，应用最广泛的建筑；Ｂ级高度高层建筑是指较高的（其高度超过表3.3.1-1规定的高度）、设计上有更严格的计算和构造措施要求的高层建筑，其最大适用高度应符合表3.3.1-2的规定。平面和竖向均不规则的高层建筑结构，其最大适用高度宜适当降低。7房屋高度：自室外地面至房屋主要屋面的高度，不包括突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。8注：1.表中框架不含异形柱框架；2.部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构；3.甲类建筑，6、7、8度时宜按本地区抗震设防烈度提高一度后符合本表的要求，9度时应专门研究；4.框架结构、板柱－剪力墙结构、9度抗震设防的表列其他结构，当房屋高度超过本表数值时，结构设计应有可靠依据，并采取有效的加强措施。《混凝土异形柱结构技术规程JGJ149》9注：1.部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构；2.甲类建筑，6、7度时宜按本地区设防烈度提高一度后符合本表的要求，8度时应专门研究；3.当房屋高度超过表中数值时，结构设计应有可靠依据，并采取有效的加强措施。102.9.2高宽比限值房屋的高宽比愈大，水平荷载作用下的侧移愈大，抗倾覆作用的能力愈小。在高层建筑中，控制位移常常成为结构设计的主要矛盾，而且随着高度增加，倾覆力矩将迅速增大，因此，建造宽度很小的建筑物是不适宜的。一般应将结构高宽比H/B控制在5～6以下。当建筑物抗震设防烈度在8度以上时，H/B应当再减小一些。《高层规程》对混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比做了规定，见下表，这是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。11金茂大厦，88层，420m，7.6地王大厦，81层，320m，8.812对复杂体型的高层建筑结构，其高宽比较难确定。作为一般原则，可按所考虑方向的最小宽度计算高宽比，但对突出建筑物平面很小的局部结构（如楼梯间、电梯间等），一般不应包含在计算宽度内；对于不宜采用最小宽度计算高宽比的情况，可根据实际情况采用合理的方法计算；对带有裙房的高层建筑，当裙房的面积和刚度相对于其上部塔楼的面积和刚度较大时，计算高宽比时房屋的高度和宽度可按裙房以上塔楼结构考虑。132.10建筑体形和结构总体布置在高层建筑中，除了要根据结构高度选择合理的结构体系外，还要恰当地设计和选择建筑物的平面、剖面形状和总体型。通常，这些都在初步设计阶段由建筑设计选择。但是必须注意，平面、体型的选择必须在综合考虑使用要求、建筑美观、结构合理、便于施工等各种因素后才能确定。由于高层建筑中保证结构安全、经济合理等问题比一般多层建筑更为突出，结构布置及选型是否合理就更应受到重视。对于较为复杂的高层建筑结构，设计是否经济、合理，是否安全往往不能仅由力学分析解决，一些复杂的部位常常无法进行精确计算，特别是对于需要抗震设防的结构，由于地震作用影响因素很多，要求精确计算就更困难。因此，安全、合理而经济的结构设计必须注重概念设计方法。14概念设计是指一些难以作出精确力学分析或在规范中难以具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，作出判断，以便采取相应措施。例如结构破坏机理的概念、力学概念以及由地震灾害和试验现象等总结提供的各种宏观的和具体的经验，也包括一些教训。这些概念和经验要贯穿在方案确定及结构布置的过程中，也要体现在计算简图或计算结果的处理中，还应对确定薄弱部位、加强构造配筋等起作用。概念设计带有一定经验性，它涉及的内容及方面十分丰富，事实证明它是有效的方法。本节讨论总体布置方面的问题，虽然有些已在有关规范及规定中有要求，但仍然需要工程师运用概念设计方法加以理解和正确运用。林同炎.结构概念和体系.中国建筑工业出版社.第二版.1999.152.10.1震害及抗震概念设计抗震概念设计的基本原则（1）采用对抗震有利的建筑平面和立面、对抗震有利的结构布置，即采用规则结构，不应采用严重不规则结构。（2）应具有明确的计算简图和合理的传力途径，作用在上部结构的竖向力和侧向力，应通过直接的、不间断的传力路线传递到基础、地基。结构应能够用明确的力学模型和数学模型进行地震反应分析，得到符合实际的结果。（3）应具备必要的刚度和承载力，抗震结构还应具备良好的弹塑性变形能力和消耗地震能量的能力。（4）抗震结构应避免部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力，即部分结构或构件破坏不应导致结构倒塌。（5）设置多道抗震防线第一道防线是地震发生时先屈服的结构单元或构件，应该是延性大、耗能能力好的结构单元或构件。第二道防线也应有足够的抗震能力。16牺牲局部构件(防线1)、保证总体结构(防线2)完好。钢筋混凝土框架结构—强柱弱梁。防线1—梁；防线2—柱。17牺牲局部构件(防线1)、保证总体结构(防线2)完好。(2)钢筋混凝土剪力墙结构—联系梁。防线1—联系梁；防线2—剪力墙。(3)砌体结构—构造柱。防线1—构造柱；防线2—砌体。(4)框架结构—带缝钢筋混凝土板。防线1—带缝板；防线2—框架结构。182.10.2建筑平面和结构平面布置一般把建筑物分为板式和塔式两大类。扳式建筑是指房屋宽度较小，但长度较大的建筑。塔式建筑指建筑平面的长度和宽度相接近的建筑。但是板式结构短边方向的侧向刚度差，当H/B很大时，不仅侧向变形会加大，还会出现沿长度方向平面上各点变形不一致的情况（楼板弯曲）。此外，平面过于狭长的建筑物，在地震时因两端地震波输入有相位差而容易产生不规则振动，产生较大的震害，故应对值予以限制。为了减轻因L/B过大而产生的震害，在实际工程中，最好L/B不超过４（设防烈度为6，7度时）或3（设防烈度为8，9度时）。因此，在高层建筑高度较大时，要避免长宽比很大的板式平面布置形式。19高层建筑结构平面布置应符合下述规定：（1）在高层建筑的一个独立结构单元内，结构平面形状宜简单、规则，刚度和承载力分布宜均匀。不应采用严重不规则的平面布置。震害经验表明，Ｌ形、Ｔ形平面和其他不规则的建筑物，因扭转而破坏的很多。因此平面布置力求简单、规则、对称，避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位。对于严重不规则结构，必须对结构方案进行调整，以使其变为规则结构或比较规则的结构。（2）高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。在沿海地区，风力成为高层建筑的控制性荷载，采用风压较小的平面形状有利于抗风设计。对抗风有利的平面形状是简单、规则的凸平面，如圆形、正多边形、椭圆形、鼓形等平面。对抗风不利的平面是有较多凹、凸的复杂平面形状，如Ｖ形，Ｙ形、Ｈ形、弧形等平面。20（3）抗震设计的钢筋混凝土高层建筑，平面宜简单、规则、对称，减少偏心；平面长度不宜过长；平面突出部分长度l不宜过大、宽度b不宜过小；建筑平面不宜采用角部重叠或细腰形平面布置。对抗风有利的平面形状建筑平面上突出部分长度l过大时，突出部分容易产生局部振动而引发凹角处破坏，故应对l值予以限制。在实际工程中，最好l/b不大于１，以减轻由此而引发的建筑物震害。2122结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30％凹凸不规则23（4）角部重叠和细腰形的平面布置，因重叠长度太小或采用狭窄的楼板连接，在重叠部位和连接楼板处，应力集中十分显著，尤其在凹角部位，因应力集中易使楼板开裂、破坏，故不宜采用这种结构平面布置方案。如必须采用时，则这些部位应采用增大楼板厚度、增加板内配筋、设置集中配筋的边梁等方法予以加强。角部重叠和细腰形的结构平面及连接部位楼板的加强（5）抗震设计时，B级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑、复杂高层建筑结构，其平面布置应简单、规则，减少偏心。复杂高层建筑结构：带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构、竖向体型收进/悬挑结构。2425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倍扭转不规则26楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50％，或开洞面积大于该层楼面面积的30％，或较大的楼层错层楼板局部不连续27282.10.3建筑立面和结构沿高度布置从结构受力及对抗震性能要求而言,高层建筑结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小,变化宜均匀、连续,不应突变。但在实际工程中，往往由于建筑需要或使用要求，出现一些竖向不规则建筑。这些建筑由于抗侧力结构（框架、剪力墙和筒体等）沿竖向布置不当或侧向刚度突然改变，使结构的抗震性能降低。因此，设计中应尽量避免将高层建筑设计为竖向不规则建筑。高层建筑结构的竖向布置应符合下列要求：薄弱层的形成291995年1月17日AM5:46,兵库县神户,淡路地区震灾30震害经验表明，结构的侧向刚度沿竖向突变，结构沿竖向出现外挑或内收等，均会使某些楼层的变形过分集中，出现严重破坏甚至倒塌。因此，高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进；结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。3132该层的侧向刚度小于相邻上一层的70％或小于其上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%侧向刚度不规则33抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%楼层承载力突变34竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件(梁、桁架等)向下传递竖向抗侧力构件不连续35理论分析及试验研究结果表明，当结构上部楼层相对于下部楼层收进时，收进的部位越高，收进后的水平尺寸越小，其高振型地震反应越明显；当结构上部楼层相对于下部楼层外挑时，结构的扭转效应和竖向地震作用效应明显。3637合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称。因为震害表明，简单、对称的建筑在地震时较不容易破坏。道理也很清楚，简单、对称的结构容易估计其地震时的反应，容易采取抗震构造措施和进行细部处理。“规则”包含了对建筑的平、立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，直至承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则”的