多层与高层建筑结构概念设计Word文档格式.docx
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1.“三水准，两阶段”的设防原则内容第一水准，当建筑物遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损或不需修理可继续使用。
第二水准，当建物遭受相当于本地区抗震设防烈度地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。
第三水准，当建筑物遭受本地区抗震设防烈度预估的罕见地震影响时，不至倒塌或发生危及生命的严重破坏。
三水准设防目标的通俗说法为：
“小震不坏，设防烈度地震可修，大震不倒”。
“小震不坏”要求建筑结构在多遇地震作用下满足承载力极限状态验算要求和建筑弹性变形不超过规定的弹性变形限值。
“基本地震可修”要求建筑结构具有相当的延性（变形能力），不发生不可修的脆性破坏。
“大震不倒”要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹性变形限值。
两个阶段设计步骤为：
第一阶段，对绝大多数结构进行多遇地震作用下的结构和构件承载力验算和结构弹性变形验算，对各类结构按规范规定采取抗震措施；
第二阶段，一些规范规定的结构进行罕遇地震下的弹性变形验算。
2.建筑抗震设防分类和设防标准建筑抗震设防分类是依据建筑物在地震时和地震后的功能重要程度来分类，按不同的重要性提出不同的抗震安全要求，并采取相应的抗震设计（地震作用和抗震措施）。
（3）确定抗震等级的几点说明如下：
①框架－剪力墙结构，当按基本振型计算地震作用时，若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%，框架部分按表中框架结构相应的抗震等级设计。
剪力墙部分的抗震等级，宜按框架－剪力墙结构中的剪力墙的抗震等级确定，但根据具体情况，有时也可取和修正后框架部分相同的抗震等级。
②部分框支剪力墙结构中，剪力墙加强部位以上的一般部位，应按剪力墙结构中的剪力墙确定其抗震等级。
③高层建筑主楼与裙房相连，与主楼连为整体的裙房的抗震等级不应低于主楼相应部分的抗震等级；
裙房屋面部分的主楼上下各一层受刚度与承载力突变影响较大，抗震措施需要适当加强。
④接近或等于高度分界时，应结合房屋不规则程度及场地、地基条件适当确定抗震等级。
⑤抗震设计的高层建筑，当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。
⑥底部带转换层的筒体结构，其框支框架和底部加强部位筒体的抗震等级应按框支剪力墙结构的规定采用。
4.抗震概念设计原则结构的概念设计主要是重视规范及规程中有关结构概念设计的各条规定，不至于陷入只凭计算的误区。
若结构严重不规则，整体性差，则仅按目前的结构设计计算水平，难以保证结构的安全，而且十分不经济。
结构抗震概念设计的基本原则如下：
（1）结构的简单性：
指结构在地震及其他荷载作用下具有明确的和直接的传力途径，便于建立完整、准确的结构计算模型。
（2）结构的规则性和均匀性：
建筑平面规则、平面内结构布置宜规则、对称、均匀、减少偏心，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。
沿建筑物竖向的结构布置宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，避免刚度、承载能力和传力途径的突变，以限制结构在竖向第一楼层或少数几个楼层出现薄弱层，以致在这些部位因产生应力集中和过大的变形而使结构不安全。
（3）结构的刚度和抗震能力：
结构布置应使结构平面在两个主轴方向均具有足够的刚度和抗震能力，同时还应具有抗扭转刚度和抵抗扭转振动的能力。
框架结构应在纵横两个方向布置成双向刚接框架。
（4）结构的整体性：
由于设计内力计算模型是建立在楼盖平面内刚度无限大的假定的基础上，设计应使楼盖系统有足够的平面内刚度和抗力，并与竖向结构有效连接，从而保证梁、板、柱、墙能共同协同工作。
（5）抗震房屋应尽可能设置多道抗震防线，并考虑第一防线被突破后，引起内力重分布的影响不至于使结构出现倒塌。
（6）结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等方面的性能。
主要耗能构件应具有较高的延性和适当的刚度，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。
（7）合理控制结构的非弹性部位（塑性铰区），掌握结构的屈服过程，实现合理的屈服机制。
多高层钢筋混凝土房屋可以归纳为两类屈服机制：
一种为总体机制，另一种为楼层机制，其他机制均可由这两种机制组合而成。
典型的楼层机制表现为在水平力作用下仅竖向构件屈服，而横向构件处于弹性。
总体机制则表现为所有横向构件屈服而竖向构件除根部外均处于弹性状态。
4.2结构体系的分类及其结构布置原则4.2.1结构体系的分类多高层房屋结构体系包括水平结构体系（楼、屋盖系统）和竖向结构体系（墙、柱）。
其中水平结构体系中的楼（屋）盖结构承受并传递竖向荷载给竖向构件。
并作为刚性楼盖利用其平面内的无限刚度协调各抗侧构件的变形和位移；
竖向构件承受并传递竖向荷载。
竖向结构体系的墙、柱与水平结构体系中的梁板共同组成房屋的抗侧空间结构，共同抵抗侧向力作用。
多高层建筑的结构体系主要有框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、框支剪力墙结构，高层建筑结构体系中还有筒体结构（包括框架—核心筒结构、筒中筒结构）以及其他复杂高层结构形式，如带转换层高层建筑结构形式，多塔结构形式，另外还有型钢—混凝土构件组合的混合结构形式等。
下面就常见的几种结构体系作一些阐述。
1.框架结构体系框架结构体系由框架梁、柱、板等主要构件组成。
按照框架布置方向的不同，框架结构体系可分为横向布置、纵向布置和双向布置三种框架结构形式。
横向框架布置形式是20世纪90年代以前常用的一种框架布置形式。
由于当时的条件限制，内力分析主要是采用手算方式进行，计算机辅助设计只能进行简单的平面框架内力分析，所以房屋建筑往往布置为横向框架、纵向联系梁的结构形式，其特点是横向框架承担竖向荷载和平行于房屋横向的水平荷载。
纵向框架布置形式也是一种平面框架类型，其特点是纵向框架承担竖向荷载和沿纵向水平荷载作用，而横向通过联系梁将竖向荷载传递到框架柱，同时联系梁与框架立柱形成横向框架并承担沿横向的水平力作用。
在有抗震要求的房屋设计中，要求框架必须纵横向布置，形成双向框架结构形式，以抵抗水平荷载及地震作用，双向框架作用结构布置形式具有较强的空间整体性，可以承受各个方向的侧向力，与纵、横向布置的单向框架比较，具有较好的抗震性能。
框架结构的特点是柱网布置灵活，便于获得较大的使用空间。
延性较好，但横向侧移刚度小，水平位移大。
比较适用于大空间的多层及层数较少的高层建筑。
框架结构的变形特征为剪切型。
2.剪力墙结构体系剪力墙结构体系是指竖向承重结构由剪力墙组成的一种房屋结构体系。
剪力墙的主要作用除承受并传递竖向荷载作用外，还承担平行于墙体平面的水平剪力。
《建筑抗震设计规范》GB50011—2001把剪力墙称为抗震墙。
剪力墙承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。
其特点是整体性好，侧向刚度大，水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露构件，可以不影响房屋的使用功能。
缺点是不能提供大空间房屋，结构延性较差。
剪力墙结构适用范围较大，从十几层到几十层都很常见，由于剪力墙结构能承受更大的竖向力和水平力作用，横向刚度大，因此比框架更适合用于高层建筑的结构体系布置中。
由于剪力墙结构提供的房屋空间一般较小，所以比较适合用于宾馆、住宅等建筑类型。
当在下部一层或几层需要更大空间时，往往在下部取消部分剪力墙，形成框支剪力墙结构。
剪力墙结构的变形特征是弯曲型。
3.框架－剪力墙结构体系框架－剪力墙结构体系是指由框架和剪力墙共同作为竖向承重结构的多（高）层房屋结构体系，如图4.5所示。
系由于框架的主要特点是能获得大空间房屋，房间布置灵活，而其主要弱点是侧向刚度小，侧移大。
而剪力墙结构侧向刚度大，侧移小，但不能提供灵活的大空间房屋。
框架－剪力墙结构体系则充分发挥他们各自的特点，既能获得大空间的灵活空间，又具有较强的侧向刚度。
所以这种结构形式在房屋设计中比较常用。
在框架－剪力墙结构体系中，框架往往只承受并传递竖向荷载，而水平荷载及地震作用主要由剪力墙承担。
一般情况下，剪力墙可承受70%～90%的水平荷载作用。
剪力墙在建筑平面上的布置，应按均匀、分散、对称周边的原则考虑，并宜沿纵横两个方向布置。
剪力墙宜布置在建筑物的周边附近，恒载较大处及建筑平面变化处和楼梯间和电梯的周围；
剪力墙宜贯穿建筑物的全高，宜避免刚度突变；
剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐。
建筑物纵（横）向区段较长时，纵（横）向剪力墙不宜集中布置在端开间，不宜在变形缝两侧同时设置剪力墙。
框架－剪力墙的变形特征弯剪型。
4.筒体结构体系筒体结构主要包括框架－核心筒结构与筒中筒结构。
框架核心筒结构由实体核心筒和外框架构成。
一般将楼电梯间及一些服务用房集中在核心筒内；
其他需要较大空间的办公用房、商业用房等布置在外框架部分。
核心筒实体是由两个方向的剪力墙构成的封闭的空间结构，它具有很好的整体性与抗侧刚度，其水平截面为单孔或多孔的箱形截面。
它既可以承担竖向荷载，又可以承担任意方向的水平侧向力作用。
由于核心筒在高层建筑中往往布置在平面的中心部位，而在其四周布置功能空间，核心筒也因此而得名。
结构筒中筒结构是由实体的内筒与空腹的外筒组成，空腹外筒是由布置在建筑物四围的密集立柱与高跨比很大的横向窗间梁所构成的一个多孔筒体。
筒中筒结构体系具有更大的整体性和抗侧刚度，因此适用于高度很大的建筑。
除上述两种筒体结构形式外，还有多重筒结构、成束筒结构等。
筒体为适应各种建筑功能的要求，还可以与框架或剪力墙相结合，形成各自独特的结构方案。
5.混合结构体系混合结构体系是由多种不同材料构件组成的结构体系。
如：
钢管混凝土构件和型钢混凝土构件等。
由于不同材料制成的构件有不同的特征，并且各自有其明显的优点，采用混合结构的目的就是通过对各种材料构件的优化组合，来充分发挥各种材料及构件的优越性能。
钢管混凝土构件是有效利用混凝土的约束强度，在三向约束下，混凝土的抗压强度比单向抗压强度可提高几倍。
利用这一特点而组合的钢管混凝土最适合用于以受压为主的轴心受压及小偏心受压柱及其他受压构件。
型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢的构件。
一般也配置一些构造钢筋及辅助受力钢筋。
它可以制作成柱、梁、剪力墙、筒体等竖向传力构件。
型钢混凝土的特点是强度高、刚度大、截面小、延性好、防火性能好。
建筑师常常将其与钢结构混合使用来建设超高层建筑。
即下部采用型钢混凝土构件，上部为钢结构，以增大建筑的刚度，减少水平荷载作用下的侧移。
型钢混凝土结构还可以与钢筋混凝土结构混合使用。
4.2.2多高层建筑结构的结构布置原则1.钢筋混凝土多高层建筑的适用高度和高宽比各种结构体系有其各自的优缺点，同时也有它的经济合理的适用范围。
设计人员应根据建筑的用途及功能、建筑高度、荷载情况、抗震等级和所具备的物质与施工技术条件等因素来确定结构形式和结构体系类型。
2.结构布置原则
（1）选择合理的结构体系。
合理的结构体系的选择与建筑的使用功能有密切关系，如商“旃ァ⒈龉莸刃枰罂占洌２捎每蚣芑蚩蚣堋袅η浇峁梗≌２捎眉袅η浇峁沟取＝ㄖ高度也是选择合理结构体系的主要因素之一，如10层以下的建筑通常采用框架结构。
10层以上的建筑常选择框架—剪力墙结构形式，而30层以上的建筑宜选择框筒结构体系等。
（2）结构平面布置要有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接。
结构平面宜均匀、对称，减少扭转的影响。
在抗震设防区，多高层建筑的平面形状宜简单对称、规则、传力直接、体型尽量简单，以减少震害。
当建筑平面复杂时，应通过设置变形缝来划分结构平面单元，使每个结构单元的平面满足上述要求。
抗震设计A级高度钢筋混凝土高层建筑平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大。
（3）结构竖向布置应力求自下而上刚度变化均匀，体型均匀不突变，外形尽量减少外挑、内收等。
历次地震震害表明：
结构刚度沿竖向突变、外挑、内收等都会在某些楼层产生大的变形和应力集中，出现严重的震害和破坏。
多高层建筑当结构上部楼层收进部位到室外地面高度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，不宜混凝土结构设计小于0.75B；
当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，B≥0.9B1，且a≤4m。
（4）合理设置变形缝，变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。
设置伸缩缝可以减少温度应力的影响，沉降缝可以防止建筑的不均匀沉降，防震缝可以简化结构单元，减少震害。
当然，在多高层建筑结构中，应尽量少设置或不设置变形缝。
混凝土浇筑采用后浇带分段施工是减少变形缝设置的重要手段之一。
后浇带可以选择在结构受力影响较小，结构截面简单、施工方便的位置曲折通过。
后浇带通常每30m～40m设置一道，宽度800mm～1000mm。
一般钢筋贯穿不切断，且要配置适量的加强钢筋。
后浇带混凝土浇筑时应将两侧的混凝土凿毛，在浇灌比设计强度高一等级的无收缩混凝土，振捣密实，并加强养护。
当后浇带是为减少混凝土施工过程中的温度应力时，后浇带的保留时间不宜少于两个月，当后浇带是为调整结构不均匀沉降而设置时，后浇带后浇混凝土应在两侧结构单元沉降基本稳定后再进行浇筑。
在抗震设计中，变形缝的宽度必须同时满足防震缝的宽度要求。
在设计中应考虑以下几个因素：
装配整体式结构房屋的伸缩缝间距框架—剪力墙结构或框架核心筒结构的伸缩缝可根据结构具体布置屋面无保温或隔热措施时，框架剪力墙结构按露天数值采用。
位于气候干燥区、夏季炎热且暴雨频繁区的结构或经常处于高温作用的结构，室内构因施工长时间外露以及采用滑模施工的剪力墙结构，混凝土采用后浇带施工，或采用专门的预加应力措施时，表4-9中数值可以适当加大。
通过施加预应力，在混凝土中产生预压应力，可以抵抗钢筋混凝土在干缩或冷缩时产生拉应力，使混凝土延时开裂或不开裂。
伸缩缝处的基础可以不断开。
②沉降缝：
高层建筑解决建筑各部分沉降差大体上有三种方法处理：
其一是设置沉降缝，称为“放”；
其二是采用端承桩或利用刚度较大的其他基础来避免和抵抗沉降差，称之为“抗”；
其三是采用留后浇带来作为临时沉降缝等沉降基本稳定后再连为整体，不设永久性沉降缝，称为“调”。
沉降缝一般在下列部位设置：
建筑平面转折部位。
高度差异较大处。
地基土的压缩性有明显的差异处。
建筑结构或基础类型不同处。
分期建设房屋交界处。
沉降缝设置的宽度为：
二、三层取50mm～80mm，四、五层取80mm～120mm，五层以上不小于120mm。
在沉降缝处房屋应连同基础一起断开。
③防震缝：
建筑物各部分层数、质量、刚度差异过大或有错层时，采用防震缝分开。
防震缝最小宽度要求：
框架结构高度不超过15m的部分可取70mm；
超过15m的部分，6度、7度、8度和9度相应每增加5m，4m，3m和2m宜加宽20mm；
框架－剪力墙和剪力墙可分别按上述数字的70%和50%采用，且不应小于70mm。
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