高层建筑的构造.docx
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高层建筑的构造
第一章高层建筑的构造
第一节高层建筑概况
1高层建筑的特点
●增加了建筑的集中度，使横向和竖向联系结合起来，缩短了各部门相互间的距离，提高了工作效率。
●从城市管理及规划角度看，城市建筑向高度发展，可缩短各种工程管线、道路长度。
●节约用地。
●造价高
。
●由于气流的绕行而形成紊流，使周围空间产生强烈缝隙风和涡流，这对通风和地面的行人均产生不利影响。
●防灾难度大（风、火、地震……）。
2风与高层建筑
2.1风与高层建筑的相互影响
在建筑物的周围遇强风时会产生风向变化等影响，特别在高层建筑的周围会产生较大的影响。
图中给出由风洞实验得到的建筑物建成后周边风速分布。
另外，作用在建筑物上风的强弱是不断变化的，因此建筑物还会产生振动问题。
2.2抗风对策
在设计建筑物时，防风对策有许多种，以下介绍其中几种。
2.2.1遮挡
以往人们一般采用种植防风林、绕宅林、树木等来预防强风带来的灾害。
照片是日本出云地区种植的“筑地松”。
出云地区常遭受冬天季节风的作用，为防止风灾，在住宅用地西侧和北侧种植抗强风的黑松，称为"筑地松"。
1991年19号台风给这个地区造成很大的灾害，有“筑地松”的几家住宅受灾害程度较轻。
如图是遮挡率分别为25%、60%和100%时，防风效果的变化。
从挡风面高度的一半到4倍的距离分别对6个地点进行测定，进行风速比较。
遮挡率不同。
风速分布也大不相同。
●遮挡率为100%时在防风围栏正后边的效果较好，离防风围栏较远处效果较小。
●遮挡率为25%时几乎无效。
●遮挡率为60%时风速以80%递减，同时其效果波及的距离也长，防风效果最好。
2.2.2外形设计
在设计建筑物时，可采取以下防风对策：
●减少挡风面，选择合适的平面形状——去掉建筑物的棱角（如图）
。
●让风穿过，选择合适的断面形状——使中间层中空（如图）。
2.2.3结构设计
如图分析一下在框架结构上加水平力的情况。
可以看出，在梁柱接合处产生最大弯矩。
框架结构也好，其他结构也好，恰当的节点连接设计是非常重要的。
在框架结构中加入斜撑，将使其在水平力作用下产生的变形减小，结构变得更加牢固。
与桁架结构相同，加入的斜撑根据外力的方向不同而产生拉力或压力以抵抗较大的水平力。
与斜撑起同样作用、能更好地抵抗水平力的构件是墙。
将墙与框架结构相结合，就可以得到既经济、抗风、抗震效果又好的结构。
适用的房屋最大高度（M）
结构类型
烈度
6
7
8
9
框架结构
同非抗震
设计
55
45
25
框架-抗震墙结构
120
100
50
抗震墙结构
120
100
60
第二节高层建筑防火构造
1防火原理
1.1火灾种类
火灾时结构各部分的损伤程度依燃烧物种类的不同而不同。
煤气爆炸和油箱爆炸作用在结构上的是冲击力和高热量。
对一般的建筑物来说按抵抗冲击力设计是不经济的。
一般的火灾，须考虑的是结构构件在热影响下受到损坏而使抵抗力降低。
伦敦某公寓住宅于1968年发生煤气爆炸事故，该建筑为预制混凝土结构，由于18层发生煤气爆炸，使建筑物的一角全部破坏。
如图是火灾时结构承受非常荷载作用的情况。
此时，楼板由于高温作用使混凝土和钢筋强度降低，由上层重物倒塌落下的集中荷载作用所形成的破坏模式图即可作为预防对策的根据，要使钢筋有足够保护层的厚度。
1.2钢材耐热性
结构材料主要采用钢和混凝土。
钢材在通常的状态下可以承受较大荷载作用，但在高温下强度急剧降低，即使很小的荷载也不能承受。
因此，使用钢材在火灾时很危险，应想办法隔热或采用隔热层使钢的温度保持在安全值以下。
钢柱受热时会膨胀屈曲，出现将外墙推出等破坏。
作为对策，应确保其耐火性能。
1.3防灾课题和对策
防火灾最根本的是要防止火源。
防火课题与建筑物的使用者、建筑设计及设备设计的关系较大，而火灾对人的伤害大。
结构设计的目标是在火灾时建筑物不倒塌。
2防火构造
2.1耐火涂料
耐火涂料常用的有砂浆和硅酸钙板等，最近也有采用将耐火涂料等加热发泡，使其增厚以形成优良的隔热层的方法。
2.2高强耐火结构构件
耐火钢在600°C左右时的抗力也没有很大降低。
另外，钢管混凝土柱在火灾时外侧的钢管虽抵抗力下降，但内部的混凝土仍比较完好，能保持一定时间的轴向支承能力。
这些构建是否需要施加耐火保护层须根据防火规范确定。
2.3避难层的设置及布置方式
《高层民用建筑设计防火规范》CB50045-95（2005版）规定，建筑高度超过100m的公共建筑，应设置避难层（间），首层至第一个避难层或两个避难层之间，不宜超过15层。
避难层净面积按5人/m2计算。
避难层可兼作设备层。
避难层应设消防电梯出口，并设消防专用电话。
避难层一般有敞开式和封闭式两种布置方式：
敞开式即外墙为柱廊式装有可开启的百叶窗，烟雾可直接排出室外，不需设机械排烟设施，造价低，在目前高层建筑中广为采用；封闭式是在不具备自然排烟条件或使用功能、立面要求不能作敞开而只能选用有排烟装置的情况下布置的避难层。
第三节电梯
1电梯
1.1电梯的类型
1.1.1按使用性质分
●客梯：
主要用于人们在建筑物中竖向的联系。
●货梯：
主要用于运送货物及设备。
●消防电梯：
用于发生火灾、爆炸等紧急情况下作安全疏散人员和消防人员紧急救援使用。
1.1.2按电梯行驶速度分
为缩短电梯等候时间，提高运送能力，需确定恰当速度。
根据不同层数和不同使用要求可分为：
●高速电梯：
速度大于2.5m／s，客梯速度随层数增加而提高，消防电梯常用高速。
●中速电梯：
速度在1.5～2.5m／s，一般货梯按中速考虑。
●低速电梯：
速度在1.5m／s以内，运送食物电梯常用低速。
1.2电梯的组成
1.2.1电梯井道
电梯井道壁多为钢筋混凝土井壁或框架填充墙井壁。
观光电梯井壁可用通高玻璃幕墙。
1.2.2电梯机房
机房和井道的平面相对位置允许机房任意向两个相邻方向伸出1米左右，如课本图所示。
1.2.3井道基坑
一般基坑深度大于等于1.4m，作为轿厢下降时所需的缓冲器的安装空间。
1.2.4组成电梯的有关部件（由电梯厂供应）
1.3电梯与建筑物的相关部位构造
1.3.1电梯井道、机房建筑的一般要求
●机房内应当干燥，与水箱和烟道隔离，通风良好，寒冷地区应考虑采暖，并应有充分照明。
●通向机房的通道和楼梯宽度不小于1.2m，并应有充分照明，楼梯坡度不大于45º。
●机房楼板应平坦整洁，能承受6kPa的均布荷载。
●井道壁应是垂直的、井道尺寸只允许正偏差，其值不超过：
对于井道宽度和深度为50mm；在每个平面上，对井道壁与其相应的理想的偏差为30mm。
●井道底坑应是防水的，300mm缓冲器水泥墩子，待安装时浇制；须留钢筋4根，伸出地面300mm。
●井道壁为钢筋混凝土时；应预留150mm见方、150mm深孔洞、垂直中距2m，以便安装支架。
●框架梁（圈梁）上应预埋铁板，铁板后面的焊件与梁中钢筋焊牢。
每层中间加圈梁一道。
●井道壁为砖墙时，在安装时钻孔预埋导轨支架。
●电梯为两台并列时，中间可不用隔墙而按一定的间隔放置钢筋混凝土梁或型钢过梁，以便安装支架。
1.3.2电梯导轨支架的安装
安装导轨支架分预留孔插入式和预埋铁焊接式。
1.4消防电梯的建筑要求
●消防电梯应设前室，其面积居住建筑不小于4.5m2；公共建筑不小于6m2，若与防烟楼梯合用时居住建筑不小于6m2；公共建筑不小于10m2。
●消防电梯井、机房与相邻电梯井、机房之间均应采用耐火极限不低于2h的墙隔开，如在隔墙上开门，应设甲级防火门。
●前室应采用乙级防火门或具有停滞功能的防火卷帘。
●井底应设排水设施。
●消防电梯的行驶速度，应按从首层到顶层的运行时间不超过60s计算确定。
●轿箱内应设专用电话。
●应在首层设供消防队员专用的操作按钮。
第四节高层建筑设备层
1定义
设备层是指高层建筑的某一层，其有效面积全部或大部分用来作为空调、给排水、电气、电梯机房等设备的布置。
2位置
设备层的布置一般从以下几个方面综合考虑。
2.1合理利用建筑空间
高层建筑由于埋深的要求，往往都要设地下室，地下室空间不便自然采光、通风，难以满足建筑功能要求。
所以，一般情况下设备层通常设在地下室或顶层。
2.2满足设备布置的要求
在高层建筑中，一般将产生振动、发热量大的重型设备（如制冷机、水泵、蓄水池等），放在建筑最下部，即地下室；将竖向负荷分区用的设备（如中间水箱、水泵、空调器、热交换器等），放在中间层；而将利用重力差的设备，或体积大、散热量大、需要对外换气的设备（如屋顶水箱、冷却塔、锅炉、送风机等），放在建筑的最上层。
2.3与结构布置相结合
高层建筑结构布置中的结构转换层、加强层等特殊楼层，由于结构构件较多、尺度较大，空间难于利用，往往用来布置设备层。
2.4与避难层相结合
避难层往往用来布置设备层。
3中间设备层
在高层建筑中，由于建筑高度大、层数多，设备所承受的负荷很大，因此，各设备系统（给排水、空调等）往往需要按高度进行分区，从而达到有效利用与节约设备管道空间、合理降低设备系统造价的目的。
因此，高层建筑除了用地下层或屋顶层作为设备层外，往往还有必要在中间层设置设备层，以使空调、给水等设备的布置达到经济、合理。
设置中间设备层有以下特点：
●为了支承设备重量，要求中间设备层的地板结构承载能力比标准层大，而考虑到设备系统的布置方式不同，中间设备层的层高会低于或高于标准层。
●施工时，需要预埋管道附件（支架）或留孔、留洞，结构上需考虑防水、防振措施。
●高层建筑的防火要求设备竖井应处理层间分隔。
●采用中间设备层有利于设备系统（特别是空调和给排水）的布置和管理。
一般情况下，每10～20层（通常为15层）设一层中间设备层。
设备层高度以能满足各种设备及其管道的布置要求为准。
如果没有制冷机和锅炉，仅有各种管道和其他分散的空调设备，国内常采用层高2.2m以内的技术夹层。
第五节高层建筑地下室构造
1地下室布置原则和防潮、防水基本方案
1.1地下室布置原则
●减少埋深
地下构筑物投资费用较大，施工困难，建设周期大，且随着地下室深度的增加，其压力也加大。
故在满足使用条件下，应尽可能减小地下室埋深。
●简化外形
地下室的外形应力求简单，减少凹凸变化，方便施工操作，保证工程质量。
●适当集中
相距较近和独立分散的小地下室，应尽量合并集中，以缩小防水层面积，减少透水与漏水的机会。
●脱开重载
遇有局部荷载大的柱、墩、墙，或可能出现不均匀沉降的构件，应与地下室脱开，防止沉降时将防水层拉破。
1.2防潮、防水基本方案
●挡
利用各种防水材料的不透水性，挡住地下室外的液态水，防止室外水流入室内，这是目前应用最广的防水方案。
●排
地下室设有良好的排水系统，将渗入地下室的积水引入集水井，然后用泵排出。
此法常设有夹层墙或楼地面。
排水法可以与防水层共同使用，或用于常年地下水位低于地下室地面的情况，以及用于地下室易产生大量生产、生活废水和大量凝结水，使它汇同渗入地下室的水一起排除。
●降
利用人工方法，将地下室外的地下水降低到地下室地面以下，排除了压力水。
此法多用于防水要求不高的地下工程，或常年地下水位低于地下室地面，仅丰水期水位增高的弱透水性土壤，或较密集的地下建筑群，以及渗漏后无法补救的地下工程。
2地下室防潮构造
当地下室周围土层属于强透水性的土（如砂、砾石、矿渣等），且地下室地面标高超过最高地下水位0.3～0.5m以上。
无滞水存在时，可以考虑设一般防潮层。
防潮构造是在地下室顶板和底板中间设置水平防潮层
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