3-2房屋建筑适用最大高度及适用高宽比

第二讲的主要问题1、高层钢筋混凝土结构的基本结构体系有哪几类？其定义、特点(抗侧刚度、侧移变形特点、适用建筑类别)分别是什么？2、什么是钢筋混凝土筒体结构，分几类？什么是剪力滞后？3、框架支撑结构中，哪种支撑形式更有利于结构抗震？4、框支剪力墙结构的抗震性好吗？为什么？5、板柱—剪力墙结构的抗震性好吗？为什么？6、什么是伸臂结构，其主要作用是什么？主要用于什么结构？7、钢结构高层主要采用怎样的结构形式？8、与高层钢筋混凝土结构相比，高层钢结构的抗震性能如何？第三、四讲第2章抗侧力结构与布置（3、4）2.9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——伸缩缝、沉降缝、防震缝2.12基础形式2．10．1最大适用高度（Hmax）•建筑物高度H增大，结构的承载力、稳定性及刚度要求都越高，建造成本相应提高，因此，在保障建筑安全使用的前提下，建筑物的最大适宜建造高度Hmax应有一合理值。高层混凝土规范中，Hmax主要以以下三个因素确定：2.10抗侧力结构体系的适用高度及高宽比1)地区抗震设防烈度；2)建筑场地类别；3)建筑结构体系及设计方法。•房屋高度超过B级高度的规定时，设计应采取更有效的加强措施，并应有可靠依据，或进行专门的研究和论证。•《混凝土高规》规定了各类结构体系的最大适用高度Hmax(m),主要分为A级高度和B级高度。1）一般(限制)高度：A级高度；2）B级(限制)高度：超过A级高度的限定时，按B级(限制)高度设计；B级高度的设计要求严于相应的A级高度的建筑结构。B级高度的钢筋砼高层建筑一般不采用框架体系，9度抗震设防区不宜建造高层建筑。钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度Hmax(m)结构类型非抗震6度7度8度0.2g（0.3g）9度框架70605040（35）-框架—剪力墙150130120100（80）50剪力墙全部落地剪力墙150140120100（80）60部分框支剪力墙13012010080（50）不应用筒体框架-核芯筒160150130100（90）70筒中筒200180150120（100）80板柱-抗震墙70807030（40）不应用框架—剪力墙170160140120（100）剪力墙全部落地剪力墙180170150130（110）部分框支剪力墙150140120100（80）筒体框架-核芯筒220210180140（120）筒中筒300280230170（150）A级高度表2-2B级高度表2-39度抗震设防、超过表内高度的房屋，应进行专门研究，并采取必要的加强措施。注：1.表2-2、表2-3中框架不含异形柱框架；2.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.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-剪力墙结构以及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。5.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；6.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。表2-4钢结构房屋适用的最大高度(m)结构类型6、7度(0.10g)7度(0.15g)8度9度(0.40g)（0.20g）(0.30g)框架11090907050框架-中心支撑220200180150120框架-偏心支撑（延性墙板）240220200180160筒体（框筒，筒中筒，桁架筒，束筒）和巨型框架300280260240180钢-混凝土混合结构房屋适用的最大高度(m)表2-5高层建筑结构高宽比的规定，是对结构整体刚度、抗倾覆能力、承载能力以及经济合理性的宏观控制指标。实际上当满足高规对侧向位移、结构稳定、抗倾覆能力、承载能力等性能的规定时，高宽比的规定可不作为一个必须满足的条件，也不作为判断结构规则与否及超限高层建筑抗震专项审查的一个指标。高层建筑高宽比的计算：高层建筑的高宽比为房屋的高度H与建筑平面宽度B之比。房屋的高度H，对不带裙房的塔楼，即为地面以上高度（不计局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等）；对带有裙房的高层建筑，当裙房的面积和刚度超过其上部塔楼的面积和刚度的2.5和2.0倍时，可取裙房以上部分的高度作为计算高宽比时房屋的高度H。房屋的平面宽度B，一般矩形平面按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比，对突出建筑物平面很小的局部构件（如楼梯间、电梯间等），一般不作为建筑物计算宽度。各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求：1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，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。2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；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。3特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高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的要求确定其地震作用。4适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。注：对于划为重点设防类而规模很小的工业建筑，当改用抗震性能较好的材料且符合抗震设计规范对结构体系的要求时，允许按标准设防类设防。2.10.2高宽比限值（H/Bmax）•高层建筑的整体刚度和倾覆力矩不容忽视，H/B很大时，建筑物的整体刚度小，倾覆力矩较大。《混凝土高规》、《钢高规》分别对相应高层建筑结构的高宽比提出了最大限值要求H/Bmax，见P53表2-6~表2-9。结构体系非抗震6、7度8度9度框架、板柱剪力墙5432框－剪5543剪力墙6654筒中筒、框架－核心筒6664A级高度最大高宽比表2-4B级高度最大高宽比表2-5非抗震6、7度8度8766、7度8度9度6.565.5钢结构房屋适用的最大高宽比表2-3高层建筑限高、限高宽比的意义：1.保障结构的稳定性，安全性。2.避免项目立项以及设计初期对结构体系的盲目求大、求异，避免过大的工程造价。高宽比对高层结构倾覆弯距的影响重力W引起的竖轴向反力水平力H引起的竖轴向反力与水平力引起的剪力V=Hch/d2.10.3建筑平面和结构平面布置一、平面形状限值：•限值参数：(L/B)max、(l/Bmax)max、(l/b)max。二、楼面刚度：楼面刚度宜大，有利于荷载传递、内力重分布；三、抗侧构件：平面上对称、靠外、纵横向同时布时，有利于抗扭、抗侧；抗侧刚度中心宜与其质量中心接近，利于减小扭转效应；•塔式平面较板式平面利于抗震、抗风；•凸多边形有利于抗风；塔式平面各向较均衡，利于抗震、抗风；板式平面在偏心荷载下易于扭转，不利于抗震、抗风；有时应考虑设防震缝。2.10.4建筑立面和结构沿高度布置竖向抗侧构件布置的原则：•竖向抗侧构件应尽量连续布置；–限制采用底部框架-剪力墙结构，以避免荷载传递难、应力集中、刚度突变；–尽量将质量大的设备间、水箱间布置在低层，以减小地震作用的影响，避免鞭梢(端)效应。•竖向抗侧构件的刚度应变化均匀，否则易产生结构薄弱层。–《钢筋砼高规》规定（参看P38图2-33）：上部内收H1/H0.2时，宜B1/B0.75；上部外挑时宜B/B1≥0.9，宜B1－B≤4m。•底部框架-剪力墙结构中，框支层楼面应有足够的刚度，底部必须有足够的间距适宜的落地剪力墙，以保证楼面荷载的可靠传递、刚度的合理变化。2．10．4建筑结构不规则1、平面不规则：扭转不规则;楼面凹凸不规则;楼板不连续。5.13)2(2.112212时，相当于1)扭转不规则：•周期比：——结构以扭转为主的第一自振周期——结构以平动为主的第一自振周期A级建筑，应≤0.9，B级建筑，应≤0.85。•严重扭转不规则；•一般扭转不规则5.13)2(2.112212时，相当于3)2(5.112212时，相当于1TTt1TtT1TTt1TTt2)楼面凹凸不规则：B/Bmax0.3时3)楼板不连续：楼板处，b/B≥50%，或楼板开洞率≥30%，或有较大错层。较大错层•竖向不规则：结构抗侧刚度:K=层剪力/弹性层间位移；1)Ki0.7Ki+1，或Ki≤0.8[(Ki+1+Ki+2+Ki+3)/3]，或Bi/Bi-1≤0.25(i≠n)；2)竖向抗侧力构件不连续下传，或在某层中断；3)楼层层间受剪承载力变化过大Qy,i0.8Qy,i+1《高层建筑混凝土结构技术规程》JCJ3—2002规定，高层建筑设计的总体原则（抗震概念设计的原则）：1.不应采用严重不规则（平面和立面）的结构体系。结构应具有必要的承载能力和变形能力；应避免因部分破坏而导致整个结构丧失承载能力；对可能的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。2.建筑抗震设防宜具有多道防线。3.竖向布置和水平布置宜采用合理的刚度和承载能力分布。应避免因刚度的局部突变和结构的扭转效应而形成薄弱部位；结构平面布置应均匀对称并具有较好的抗扭刚度；竖向布置应使结构刚度均匀无突变。2.11变形缝——温度伸缩缝、沉降缝、防震缝•温度伸缩缝——使缝两侧的结构自由伸缩。伸缩缝缝宽一般≥50mm，与防震缝合设时，缝宽满足防震缝要求；•沉降缝——使缝两侧的结构自由沉降，沉降缝缝宽一般≥50mm，与防震缝合设时，缝宽满足防震缝要求；•防震缝——避免地震时，缝两侧建筑物的不一致变形甚至水平碰撞。缝宽应根据结构整体刚度的不同，随建筑高度的增加区别计算，≥70mm。•结构缝可以将复杂结构分解为若干简单结构，但缝也给结构带来如防水困难、材料消耗大等问题，因此，在高层建筑结构设计中，提倡尽量采用合理的构造设计方法、以及施工手段，避免设缝。1）温度伸缩缝：基础以下部分可以不断开，不设温度缝的措施：2）沉降缝：基础与上部结构均应断开。•刚性很大的基础设缝不经济；•设计、施工中采用措施调整沉降差异；•采用不同的基础形式调整沉降差、群房做在主体悬挑基础上；•施工后浇带处理（另祥）。•温度影响较大部位局部提高配筋率；顶层局部设温度缝；•阳光直射屋面加厚屋面隔热保温层，或架空通风屋面•施工后浇带处理（另祥）。3）抗震缝：基础以下部分可以不断开。抗震设防的建筑物，当建筑的平面、层数、质量、刚度差异较大，或错层时设置。设缝时要有足够宽度防震缝最小宽度。H15mH156度每增加5m7度每增加4m8度每增加3m9度每增加2m100mm100mm＋n×20mm混凝土后浇带•混凝土后浇带的位置，特殊工艺要求应由结构师在设计中确定，其位置宜设在构件（梁、板）弯、剪应力均较小处。•混凝土后浇带可处理由永久荷载引起的不均匀沉降问题，但带内砼必须待两侧结构基本封顶即永久荷载的不均匀沉降基本完成后浇注。混凝土后浇带也可减小季节性温差的影响。•混凝土后浇带是高层建筑中常用的一种施工工艺，带宽常为800mm～1000mmm，贯通的后浇带在施工期间将结构分为独立的几部分，当结构平面尺寸较大时，缝可以曲折贯通。后浇带内的钢筋可与带两侧钢筋同时绑扎，也将钢筋先从两侧伸出，在带内砼浇注前再焊接或搭接；带内待其两侧砼浇注完近两个月(≥30天)后浇注。混凝土后浇带平面布置图1.设置后浇带；2.局部加强配筋；3.施加预应力；4.采用预制构件或叠合结构；5.解除约束，设置滑移层；6.采用膨胀剂补偿混凝土的收缩；7.加强保温隔热措施等。•增大伸缩缝间距的可靠措施•采用可靠措施后，可适当放宽伸缩缝的间距：1)提高局部部位的配筋率顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化较大部位；2)顶层加强保温隔热措施外墙设置外保温层；3)每30m～40m间距留出混凝土（施工）后浇带等施工措施后浇混凝土的施工温度应尽量与主体混凝土的施工温度接近，设在对结构受力影响