高層建筑結構設計-2n

高層建筑結構授課老師：XX1第二章高層建筑結構體系與結構布置2.1概述2.2結構布置原則2.3樓蓋結構布置2.4基礎結構布置2.5水平位移限值和舒適度要求2.6結構布置實例22.1概述高層建筑結構以材料來分有配筋砌體結構、鋼筋混凝土結構、鋼結構和鋼-混凝土混合結構等。砌體結構強度較低、抗拉抗剪能力較差，難以抵抗水平作用產生的彎矩和剪力，因而一般情況下采用配筋砌體。鋼筋混凝土結構強度較高、抗震性能較好、并且具有良好的可塑性。3鋼結構強度高、自重較輕、具有良好的抗震性能，并能適應建筑上大跨度、大空間的要求。鋼-混凝土混合結構是鋼框架與鋼筋混凝土筒體的結合，在結構體系上將鋼筋混凝土結構和鋼結構的優(yōu)點結合起來。42.1概述高層建筑結構體系：框架結構體系剪力墻結構體系框架—剪力墻結構體系筒體結構體系巨形結構懸掛結構體系不同的結構體系，適用于不同的層數(shù)、高度和功能5建筑分類低層：1～2層多層：3～9層高層：≥10層或＞28m（《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3-2002）超高層：＞100m6高層建筑的受力與變形特點低層建筑：水平荷載產生的內力和位移，可忽略。多層建筑：水平荷載產生的內力和位移，逐漸增大。高層建筑：水平荷載產生的內力和位移，成為控制因素。豎向荷載N=ΣN水平均布荷載下：7隨著層數(shù)和高度的增加，水平作用對高層建筑結構安全的控制作用更加顯著。高層建筑的承載能力、抗側剛度、抗震性能、材料用量和造價高低，與其所采用的結構體系密切相關。82.1.1框架結構體系框架是由梁和柱通過節(jié)點剛結而成的結構體系。如果整幢結構都由框架作為抗側向力單元，就稱為框架結構體系。其優(yōu)點是：①建筑平面布置靈活，分隔方便；②整體性、抗震性能好，設計合理時結構具有較好的塑性變形能力；③外墻采用輕質填充材料時，結構自重小。其缺點是：側向剛度小，與剪力墻結構相比，其抵抗側向變形能力較差。正是這一點，限制了框架結構的建造高度。9隨著結構高度的增加，水平作用使得框架底部梁柱構件的彎矩和剪力顯著增加，從而導致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，將給建筑平面布置和空間處理帶來困難，影響建筑空間的正常使用，在材料用量和造價方面也趨于不合理，因此在使用上層數(shù)受到限制。10框架柱的布置11框架的變形

1）框架結構抗側剛度較小，在水平力作用下將產生較大的側向位移。2）在水平力作用下，框架產生彎曲變形（由柱子拉伸和壓縮引起的水平位移）和剪切變形（框架結構的整體受剪）2）當框架的高寬比H/B小于等于4時，框架以剪切變形有主，彎曲變形可以忽略。3）剪切變形的特點是結構的層間位移隨樓層的增高而減少。1213框架結構的薄弱環(huán)節(jié)框架節(jié)點是內力集中、關系到結構整體安全的關鍵部位。震害表明，節(jié)點常常是導致結構破壞的薄弱環(huán)節(jié)。14填充墻的破壞由于框架構件截面較小，抗側剛度較小，在強震下結構整體位移和層間位移都較大，容易產生震害。此外，非結構性破壞如填充墻、建筑裝修和設備管道等破壞較嚴重?？拐鹪O計的框架結構需加強梁、柱和節(jié)點的抗震措施外，還需注意填充墻的材料以及填充墻與框架的連接方式，以避免框架變形過大時填充墻的損壞。152.1.2剪力墻結構體系一般是在鋼筋混凝土結構中，用實心的鋼筋混凝土墻片作為抗側力單元，同時由墻片承擔豎向荷載。其優(yōu)點是：①整體性好、剛度大，抵抗側向變形能力強；結構頂點水平位移和層間位移通常較小。②抗震性能較好，設計合理時結構具有較好的塑性變形能力。因而剪力墻結構適宜的建造高度比框架結構要高。其缺點是：受樓板跨度的限制（一般為3～8m），剪力墻間距不能太大，建筑平面布置不夠靈活。16剪力墻布置實例17剪力墻布置實例18剪力墻的變形及其特點1）剪力墻的水平位移由彎曲變形和剪切變形兩部分組成，以彎曲變形為主。2）其位移曲線呈彎曲形，特點是結構層間位移隨樓層增高而增加。1920為何住宅的旅館適用采用剪力墻結構？1.由于其開間小，墻體較多，房間面積不太大；2.房間內不露出梁柱棱角、整體美觀。21如何使剪力墻結構滿足大空間的要求？為了滿足布置門廳、餐廳、會議室、商店和公用設施等大空間的要求，可以在底部一層或數(shù)層取消部分剪力墻而代之以框架，形成框支剪力墻結構。22這種墻體上、下剛度形成突變，對抗震極為不利。故在地震區(qū)不允許采用框支剪力墻結構體系?？梢圆捎貌考袅Ψ致涞?、部分剪力墻框支的結構體系，并且在構造上：①落地墻布置在兩端或中部，縱、橫向連接圍成筒體；②落地墻間距不能過大；③落地剪力墻的厚度和混凝土的等級要適當提高，使整體結構上、下剛度相近；④應加強過渡層樓板的整體性和剛度。如何解決框支剪力墻剛度突變的問題？232.1.3框架－剪力墻結構體系將框架、剪力墻兩種抗側力結構結合在一起使用，就形成了框架－剪力墻結構體系。這種結構形式具備了純框架結構布置靈活、使用方便的特點，又有純剪力墻結構較大剛度和較強抗震能力的優(yōu)點。廣泛用于高層辦公建筑和旅館建筑中。24在框架－剪力墻結構體系中，剪力墻的布置應注意以下幾點①剪力墻以對稱布置為好，可減少結構的扭轉。這一點在地震區(qū)尤為重要；②剪力墻應上下貫通，使結構剛度連續(xù)而且變化均勻；③剪力墻宜布置成筒體，建筑層數(shù)較少時，也應將剪力墻布置成T型、L型、I型等。便于剪力墻更好地發(fā)揮作用；④剪力墻應布置在結構的外圍，可以加強結構的抗扭作用。但是考慮溫度應力的影響和樓板平面內的變形，剪力墻的間距不應過大。剪力墻間距應符合下表的要求。2526框架-剪力墻結構布置實例27框架-剪力墻的受力特點是什么?1）剪力墻承受大部分剪力，框架受力狀況和內力分布得到改善。2）框架所承受的水平剪力減少且沿高度分布比較均勻。3）剪力墻負擔大部分的水平荷載，而框架則以負擔豎向荷載為主，兩者共同受力，合理分工，物盡其用。28*?？蚣?剪力墻結構的變形特點是什么？框架-剪力墻結構即有框架又有剪力墻，它們之間通過平面內剛度無限大的樓板連接在一起，在水平力作用下，使它們水平位移一致，不能各自變形，在不考慮扭轉的情況下，在同一樓層的位移必須相同?？蚣?剪力墻結構在水平力作用下的變形曲線呈反S形的彎剪位移曲線。292.1.4筒體結構體系由若干片剪力墻圍成的井筒結構，形成一個豎向布置的空間剛度很大的薄壁筒體，也可以用密柱框架或壁式框架圍合形成空間整體受力的框筒，作為建筑的豎向承重和抵抗側向力的結構體系，稱其為筒體結構體系。筒體結構是一種空間受力性能較好的結構體系，它比框架或剪力墻結構具有更大強度和剛度，猶如一個固定于基礎的封閉箱形懸臂構件，具有良好的抗彎抗扭性能。該類結構體系根據(jù)筒的布置、組成和數(shù)量等又可分為框架-筒體結構體系、筒中筒結構體系和成束筒結構體系等。303132（1）框架-筒體結構體系一般中央布置剪力墻薄壁筒，它承受大部分水平力；周邊布置大柱距的稀柱框架，它的受力特點類似于框架-剪力墻結構。也有把多個筒體布置在結構的端部，中部為框架的框架-剪力墻結構形式。33框架-剪力墻（筒體）結構布置實例34（2）筒中筒結構體系框筒結構可以在外圍立面內用斜撐加強，還可以在房屋內部增設剪力墻筒體或內部核心筒體，于是形成由兩個或兩個以上的筒體作為豎向承重和抗側力結構的高層房屋結構體系。一般情況內部核心筒利用電梯間、樓梯間和設備間等墻體和支撐構成，樓面結構將外框筒和內框筒連接在一起，使二者形成一個整體抵抗水平荷載。內筒不僅承受豎向荷載，也承受水平荷載。筒中筒結構體系在水平荷載作用下的受力性能接近于框架-剪力墻結構，但是筒中筒結構的剛度要比一般框架強得多。353637（3）成束筒結構體系

當多個筒體組合在—起時，形成了整體剛度很大的束筒結構，建筑結構內部空間也較大，平面可以靈活劃分，適用于多功能、多用途的超高層建筑。著名的西爾斯大廈就是由九個方塊筒組成的，并逐步向上收縮。38西爾斯大廈39西爾斯大廈的束筒布置402.1.5巨型結構體系隨著高層建筑功能、造型要求的提高，建筑師對大空間的需求越來越迫切，于是結構工程師提出了新穎的巨型結構體系。這種結構體系的主要特點是布置若干個“巨大”的豎向支承結構(組合柱、角筒體、邊筒體等)，并與梁式或桁架式轉換樓層結合，形成一種巨型框架或巨型桁架的結構體系。41*巨型框架結構體系巨型框架結構：樓、電梯井組成大尺寸箱形截面巨型柱，有時也可以是大截面實體柱，每隔若干層設置一道1-2層樓高的巨型梁，它們組成剛度極大的巨型框架，是承受主要水平力和豎向荷載的一級結構；上下層巨型框架梁之間的樓層梁柱組成二級結構，其荷載直接傳遞到一級結構，其自身承受的荷載較小，構件截小，增加了建筑布置的靈活性和有效使用面積。緊靠上層巨型梁的樓層，甚至可以不設柱，形成較大空間。42巨型桁架結構以大截面的豎桿和斜桿組成懸臂桁架，主要承受水平和豎向荷載。樓層豎向荷載通過樓蓋、梁和柱傳遞到桁架的主要桿件上。43444546此外，還有其它一些高層建筑結構體系，如懸掛結構體系、板柱結構體系等也得到應用。但應用最廣的還是框架結構、剪力墻結構、框架-剪力墻結構和筒體結構等結構體系。4748492.2結構布置原則注重概念設計，重視結構的選型和平、立面布置的規(guī)則性。擇優(yōu)選用抗震和抗風性能良好且經濟合理的結構體系，加強構造措施。在抗震設計中應保證結構的整體抗震性能，使整體結構具有必要的承載力、剛度和延性。502.2.1高層建筑結構抗震設防布置原則是什么？1）選擇有利的場地，避開不利的場地（基巖有活動性斷層和破碎帶，不穩(wěn)定的滑坡地帶，場地沖積層過厚、沙土液化、濕陷黃土等），采取措施保證地基的穩(wěn)定性。2）保證地基基礎的承載力、剛度，以及足夠的抗滑、抗傾覆能力。防止過大的不均勻沉降、傾覆和局部開裂。513）合理設置防震縫。一般情況下宜采取調整平面形狀與尺寸，加強構造措施，設置后澆帶，盡量不設縫、少設縫。設縫時必須保證有足夠的縫寬。4）應有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞路徑。結構平面布置力求簡單、規(guī)則、對稱。避免凹角和狹長的縮頸部位；避免在凹角和端部設置電梯間；避免樓電梯間偏置。結構豎向體形盡量避免外挑、內收，力求剛度均勻漸變。525）多道設防能力。如框架為強柱弱梁，梁屈服后柱仍能保持穩(wěn)定；剪力墻結構，強墻肢弱連梁。6）合理選擇結構體系。框架、框剪、剪力墻、筒體結構。7）結構應有足夠的剛度?？刂平Y構頂點總位移和層間位移。“小震不壞，大震不倒”538）結構應具有足夠的結構承載力、變形能力及耗能能力，具有較均勻的剛度和承載力分布。9）節(jié)點的承載力應大于結構的承載力。10）應防止構件脆性破壞，保證構件有足夠的延性。11）突出屋面的塔樓必須具有足夠的承載力和延性，以承受鞭梢效應的影響。12）減輕結構自重。如采用輕質高強材料542.2.2房屋適用高度和高寬比鋼筋混凝土高層建筑結構的最大適用高度和高寬比應分為A級和B級。A級高度的高層建筑是常規(guī)的、一般的建筑。B級高度的高層建筑指較高的，因而是設計有更嚴格要求的建筑。B級高度高層建筑結構的最大適用高度和高寬比可較A級適當放寬，其結構抗震等級、有關的計算和構造措施應相應加嚴。55A級高度鋼筋混凝土乙類和丙類高層建筑的最大適用高度應符合表4-4要求。56其高度超過表4-4規(guī)定時為B級高度高層建筑。B級高度鋼筋混凝土乙類和丙類高層建筑最大適用高度應符合表4-5的規(guī)定。57高寬比大于5的高層建筑應進行整體穩(wěn)定驗算和抗傾覆驗算。582.2.3結構平面布置原則*結構平面布置原則是什么？1）高層建筑的開間、進深尺寸和構件類型應盡量減少規(guī)格，以利于建筑工業(yè)化。2)建筑平面形狀宜選用風壓較小的形式，并應考慮高層建筑對其風壓分布的影響。3）結構平面形狀和剛度均勻對稱，減少扭轉的影響。4）建筑平面應力求簡單、規(guī)則。594.3.3抗震設計的A級高度鋼筋混凝土高層建筑，其平面布置宜符合下列要求：1平面宜簡單、規(guī)則、對稱，減少偏心；

2平面長度不宜過長，突出部分長度l不宜過大（圖4.3.3）；L、l等值宜滿足表4.3.3的要求；

3不宜采用角部重疊的平面圖形或細腰形平面圖形。6061為了保證樓板平面內剛度較大，使樓板平面內不產生大的振動變形，建筑平面長寬比不宜過大，一般宜小于6，以避免兩端相距太遠，振動不同步，產生扭轉等復雜的振動而使結構受到損害。建筑平面突出部分長度應盡可能小。平面凹進時，應保證樓板寬度足夠大。Z形平面應保證重疊部分足夠長。在凹角附近樓板容易產生應力集中，要加強樓板的配筋。624.3.7艸字形、井字形等外伸長度較大的建筑，當中央部分樓、電梯間使樓板有較大削弱時，應加強樓板以及連接部位墻體的構造措施，必要時還可在外伸段凹槽處設置連接梁或連接板。634.3.8樓板開大洞削弱后，宜采取以下構造措施予以加強：1加厚洞口附近樓板，提高樓板的配筋率；采用雙層雙向配筋，或加配斜向鋼筋；

2洞口邊緣設置邊梁、暗梁；

3在樓板洞口角部集中配置斜向鋼筋。6465平面不規(guī)則的類型扭轉不規(guī)則凹凸角不規(guī)則664.3.5結構平面布置應減少扭轉的影響。在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.5倍；B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及本規(guī)程第10章所指的復雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.4倍。結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應大于0.9，B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及本規(guī)程第10章所指的復雜高層建筑不應大于0.85。67局部不連續(xù)大開洞錯層平面不規(guī)則的類型684.3.6當樓板平面比較狹長、有較大的凹入和開洞而使樓板有較大削弱時，應在設計中考慮樓板削弱產生的不利影響。樓面凹入或開洞尺寸不宜大于樓面寬度的一半；樓板開洞總面積不宜超過樓面面積的30%；在扣除凹入或開洞后，樓板在任一方向的最小凈寬度不宜小于5m，且開洞后每一邊的樓板凈寬度不應小于2m。69當超過一項指標，則稱為平面不規(guī)則。當超過多項，或一項超過較多，具有較明顯的抗震薄弱部位，將會引起不良后果，稱為特別不規(guī)則。嚴重不規(guī)則是指體型復雜，多項不規(guī)則指標超過表中指標或某一項大大超過規(guī)定值，具有嚴重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，將會導致地震破壞的嚴重后果者。注：以上規(guī)定主要針對鋼筋混凝土和鋼結構的多層和高層建筑。702.2.4結構豎向布置原則1。建筑結構豎向布置應使體型規(guī)則、均勻，避免有較大的內收和外挑，結構承載力和剛度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。2。高層建筑高寬比不宜過大。3。高寬比大于5的建筑應進行整體穩(wěn)定性和傾覆驗算。7172豎向不規(guī)則的類型沿豎向的側向剛度不規(guī)則（有柔軟層）豎向抗側力構件不連續(xù)734.4.1高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內收。結構的側向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應采用豎向布置嚴重不規(guī)則的結構。4.4.2抗震設計的高層建筑結構，其樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%或其上相鄰三層側向剛度平均值的80%。（側向剛度不規(guī)則）744.4.5抗震設計時，當結構上部樓層收進部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時，上部樓層收進后的水平尺寸B1不宜小于下部樓層水平尺寸B的0.75倍（圖4.4.5a、b）；當上部結構樓層相對于下部樓層外挑時，下部樓層的水平尺寸B不宜小于上部樓層水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m（圖4.4.5c、d）。（側向剛度不規(guī)則）7576*結構豎向分段有哪些原則？1）豎向變化不超過4段。2）每次改變，梁、柱尺寸減少100-150mm,墻厚減少50mm,混凝土強度降低一個等級。3）一般尺寸改變與強度改變錯開樓層布置。77*結構豎向剛度突變的原因為哪些？1）結構豎向體型突變。（1）結構頂部內收形成塔樓。頂部小塔樓因鞭梢效應而放大地震作用，塔樓的質量和剛度越小，則地震作用放大越明顯。在可能情況下，宜采用臺階形逐級內收的立面。（2）樓層外挑內收。結構剛度和質量變化大，地震作用下易形成較薄弱的環(huán)節(jié)。782）結構體系的變化。（1）底部大空間。部分剪力墻不落地，可能產生剛度突變。應盡量增加其它落地剪力墻、柱或筒體的截面尺寸，并適當提高相應樓層混凝土等級，盡量使剛度減少變化。（2）中部樓層部分剪力墻中斷。取消的墻不宜多于1/3，其余墻應加強配筋。（3）頂部設置大空間。（取消部分剪力墻和內力）由于頂層剛度削弱，高振型影響會使地震力加大。頂層取消的墻不宜多于1/3，框架取消內柱后，全部剪力由外柱箍筋承受，頂層柱應全長加密配箍。79轉換層80豎向抗側力結構屈服抗剪強度不均勻（有薄弱層）

豎向不規(guī)則的類型814.4.3A級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80%，不應小于其上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不應小于其上一層受剪承載力的75%。（樓層承載力突變）注：樓層層間抗側力結構受剪承載力是指在所考慮的水平地震作用方向上，該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和。82運用概念設計的典型案例馬那瓜美洲銀行。1972年12月23日尼加拉瓜首都馬那瓜發(fā)生罕遇強烈地震，5000多人死亡，市區(qū)1萬多棟樓房夷為平地。馬那瓜當時最高的建筑林同炎教授于1963年設計的18層、61m高的美洲銀行——一棟鋼筋混凝土塔樓，雖位于震中，在樓前的街道上出現(xiàn)了13mm寬的地裂縫，承受著比當時設計規(guī)范（UBC，美國統(tǒng)一建筑規(guī)范）所要求的地面運動水平加速度0.06g大6倍的地震強度（0.35g，相當于里氏6.3～6.5級）而未倒塌，甚至未嚴重破壞，則引起世界結構同行的高度重視。83

馬那瓜有相距不遠的兩幢高層建筑，一幢為十五層高的中央銀行大廈，另一幢為18層高的美洲銀行大廈。當?shù)氐卣鹆叶裙烙嫗?度。一幢破壞嚴重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復使用。運用概念設計的典型案例84馬那瓜中央銀行大廈試問：那一幢破壞嚴重呢？馬那瓜美洲銀行大廈85馬那瓜美洲銀行大廈結構是均勻對稱的，基本的抗側力體系包括4個L形的筒體，對稱地由連梁連接起來，這些連梁在地震時遭到剪切破壞，是整個結構能觀察到的主要破壞。強墻肢、弱連梁。86林同炎教授在馬那瓜美洲銀行的多道防線、剛柔結合的概念設計思想是由4個4.6m等邊的L型柔性筒（H/b=13.3＞＞7），通過每層的連梁組成一個11.6m×11.6m的正方形核心筒作為主要的抗震結構。87為了預防未知的罕遇強烈地震，林同炎教授在連梁的中部開了較大的孔洞，一方面可以用來穿越通風管道，減少樓層的結構高度；另一方面是有意識地形成該結構總體系（第一道防線）中的預定薄弱環(huán)節(jié)，在未來遭遇強烈地震時，通過控制首先在連梁開洞處開裂、屈服、出現(xiàn)塑性鉸，從而變成具有延性和耗能能力的結構體系（第二道防線）。各分體系（L型柔性筒）作為獨立的抗震單元，則整體結構變柔，自振周期變長，阻力增加，地震動力反應將大大地減小，從而可以繼續(xù)保持結構的穩(wěn)定性和良好的受力性能。----強墻肢、弱連梁。88即使在超出彈性極限的情況下，仍具有塑性強度，可以做到較大幅度的搖擺而不倒塌。為確保每一個L型柔性筒都可以作為有效的獨立抗震單元，林同炎教授在L型筒的每面墻內的配筋幾乎都是一樣。馬那瓜的大地震充分證實了林炎同教授這種先進的概念設計思想的創(chuàng)造性和前瞻性。在上世紀60年代初，世界抗震設計的經驗還很不豐富，工程師們的抗震知識普遍不足，正如美國ATC規(guī)程編制者RonaldSharpe所言：“到目前為止，抗震設計尚不能稱之為一門科學，而是一門藝術，很多問題的解決要靠工程判斷”。89分析表明：1.對稱的結構布置及相對剛強的聯(lián)肢墻，有效地限制了側向位移，并防止了明顯的扭轉效應；2.避免了長跨度樓板和砌體填充墻的非結構構件的損壞；3.當連梁剪切破壞后，結構體系的位移雖有明顯增加，但由于抗震墻提供了較大的側向剛度，位移量得到控制。90中央銀行大廈

1）平面不規(guī)則4個樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻。4層以上的樓板僅為5cm厚，擱置在高45cm長14m小梁上。912）豎向不規(guī)則塔樓上部（4層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4層樓板水平處的過渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（間距9.4m）。上下兩部分嚴重不均勻，不連續(xù)。中央銀行15層，框架結構，剪力墻較少，抗側剛度小，質量中心與剛度中心偏離，在1972年尼加拉瓜地震中嚴重破壞。92主要破壞第4層與第5層之間(豎向剛度和承載力突變),周圍柱子嚴重開裂，柱鋼筋壓屈；

橫向裂縫貫穿3層以上的所有樓板(有的寬達1cm),直至電梯井東側；塔樓西立面、其他立面窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其它非結構構件均嚴重破壞或倒塌。93震后計算分析結果:1.結構存在十分嚴重扭轉效應;2.塔樓3層以上北面和南面大多數(shù)柱子抗剪能力大大不足,率先破壞；3.水平地震作用下,柔而長的樓板產生可觀的豎向運動等。942.2.5設變形縫的原則*．變形縫可分為哪三種，它間之間的區(qū)別是什么？變形縫可分為伸縮縫、沉降縫和防震縫。伸縮縫和防震縫僅將基礎以上的房屋分開，而沉降縫則將房屋連同基礎一起分開，伸縮縫的縫寬比防震縫小。9596*．為什么要設置變形縫？1）伸縮縫是為了避免溫度應力和混凝土收縮應力使房屋產生裂縫而設置的。2）沉降縫是為了避免地基不均勻沉降時（如地基礎有顯著變化）在房屋構件中產生裂縫而設置的。3)防震縫是為了避免由這種附加應力和變形引起震害而設置的。（剛度、高度和重量、自振頻率、相互擠壓、附加拉力，剪力和彎矩）（建筑的層數(shù)、質量、剛度差異較大，或有錯層）97*． 設置變形縫產生新的問題是什么，應采取什么措施？1）由于縫兩側需布置剪力墻或框架而使建筑使用不便。2）建筑立面處理困難。3)地下部分容易滲漏，防水困難。4）地震中防震縫兩側結構產生彈塑性變形，可能因樓層位移增大而發(fā)生相互碰撞，加重震害。5）高層建筑結構宜調整平面形狀、尺寸和結構布置，采取構造和施工措施，盡量不設變形縫；當需要設縫時，則應將高層建筑結構劃分為獨立的結構單元，并設置必要的縫寬，以防止震害。98（1）伸縮縫*．伸縮縫是如何產生的？由于溫度變化，混凝土產生收縮變形，當該變形受到約束時，會在房屋的一部分構件中引起拉伸變形和拉應力，當某些構件（如樓板、墻體）過長時，拉應變和拉應力會超過極限值而引起開裂。99根據(jù)墻體的材料、厚度及施工條件，伸縮縫可做成平縫、錯口縫、企口縫等形式（圖17.1）。外墻伸縮縫內應填塞具有防水、保溫和防腐性能的彈性材料，如瀝青麻絲、泡沫塑料條、橡膠條、油膏等。如圖17.2（a）所示。內側縫口通常用具有一定裝飾效果的木質蓋縫條、金屬片或塑料片遮蓋，僅一邊固定在墻上，如圖17.2（b）所示。100圖17.1墻體伸縮縫的形式（a）平縫；（b）錯口縫；（c）企口縫101圖17.2墻身伸縮縫（a）外側縫口；（b）內側縫口102鋼筋混凝土結構伸縮縫最大間距（m）

103注：1框架-剪力墻的伸縮縫間距可根據(jù)結構的具體布置情況取表中框架結構與剪力墻結構之間的數(shù)值；2當屋面無保溫或隔熱措施、混凝土的收縮較大或室內結構因施工外露時間較長時，伸縮縫間距應適當減??；3位于氣候干燥地區(qū)、夏季炎熱且暴雨頻繁地區(qū)的結構，伸縮縫的間距宜適當減小。104*． 為什么設計時一般不計算高層鋼筋混凝土結構由于溫度、干縮等產生的內力？1） 高層建筑溫度場分布和材料干縮參數(shù)很難確定。2）混凝土既有塑性變形，又有徐變和應力松馳，實際的內力要遠小于按彈性結構的計算值。3)由于施工順序逐層建造，許多變形的內力在施工過程中逐步重分布乃至消失。4）因此高層建筑的溫度收縮問題是通過設溫度縫這個構造來解決的。105*． 什么情況下可增大伸縮縫的間距？1）在溫度變化影響較大的部位提高配筋率。2）頂層加強保溫隔熱措施，避免屋面結構溫度變化過于激烈。3)頂層可局部變?yōu)閯偠容^小的形式，或頂層設溫度縫。4）施工中預留后澆帶。施工過程中混凝土可以自由收縮，從而大大減少了收縮應力?；炷恋目估瓘姸瓤梢源蟛糠钟脕淼挚箿囟葢Α?06*． 后澆帶施工的注意事項是什么？1）后澆帶混凝土在主體混凝土施工后60天澆注，至少也不應少于30天。2）后澆帶混凝土澆筑時的溫度宜低于主體混凝土澆注時的溫度。3)后澆帶應貫通建筑物的整個橫截面，使得縫兩邊結構可自由伸縮。4）后澆帶可選擇對結構影響較小的部位曲線通過。5）后澆帶兩側結構長期處于懸臂狀態(tài)，所以支撐模板不能全部拆除。107108109（2）沉降縫*．什么情況下設置沉降縫？1）高度差異或荷載差異較大處。2）上部不同結構體系或結構類型的相鄰交界處。3)基礎土的壓縮性有顯著差異處。4）基礎處理方法不同處，如部分為地下室，部分為非地下室；部分為樁基，部分為天然地基。110沉降縫一般兼起伸縮縫的作用，其構造與伸縮縫構造基本相同，只是調節(jié)片或蓋縫板在構造上應保證兩側墻體在水平方向和垂直方向均能自由變形。一般外側縫口宜根據(jù)縫的寬度不同，采用兩種形式的金屬調節(jié)片蓋縫（圖17.3），內墻沉降縫及外墻內側縫口的蓋縫同伸縮縫。111圖17.3外墻沉降縫構造112圖17.10雙墻式沉降縫（a）一般基礎變形縫；（b）偏心基礎變形縫113圖17.11挑梁式基礎沉降縫114上部結構應在縫的兩側分別布置抗側力結構，形成所謂雙梁、雙柱和雙墻現(xiàn)象。115*． 如何防止房屋不均勻沉降？1）在建筑布置上力求平面形狀簡單和房屋高度、重量均勻及采取加強房屋整體剛度的措施（如設圈梁等）；2）或采用端承樁或利用剛度很大的基礎；3）或在施工中留出后澆帶作為臨時沉降縫；4）在必要時設置沉降縫，將沉降顯著不同的部分分開，使各單元的沉降比較均勻。116*．建筑不均勻沉降的處理方法有哪些？1）放--設沉降縫。2）抗--采用端承樁或利用剛度很大的基礎。3）調--在設計與施工中采取措施，調整各部分沉降，減少其差異，降低由沉降差產生的內力。117*．“調”的方法有哪些？1）調整地基土壓力--如主樓和裙房采用不同的基礎形式。2）調整施工順序--施工先主樓，后裙房。3）預留沉降差--主樓標高定得稍高，裙房標高定得稍低。118沉降縫的寬度119（3）防震縫*．什么情況下宜設置“防震縫”？1）平面長度和突出部分尺寸較長，而又沒有采限有效措施。2）各部分結構剛度、荷載或質量相差懸殊，而又沒有采取有效措施時。3）房屋有較大錯層時。120防震縫構造與伸縮縫、沉降縫構造基本相同?？紤]防震縫寬度較大，構造上更應注意蓋縫的牢固、防風、防雨等，寒冷地區(qū)的外縫口還須用具有彈性的軟質聚氯乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料等保溫材料填實（圖17.4）。121圖17.4墻體防震縫構造（a）外墻轉角；（b）外墻平縫；（c）內墻轉角；（d）內墻平縫1224.3.10設置防震縫時，應符合下列規(guī)定：1防震縫最小寬度應符合下列要求：1）框架結構房屋，高度不超過15m的部分，可取70mm；超過15m的部分，6度、7度、8度和9度相應每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加寬20mm；2）框架-剪力墻結構房屋可按第一項規(guī)定數(shù)值的70%采用，剪力墻結構房屋可按第一項規(guī)定數(shù)值的50%采用，但二者均不宜小于70mm。1232防震縫兩側結構體系不同時，防震縫寬度應按不利的結構類型確定；防震縫兩側的房屋高度不同時，防震縫寬度應按較低的房屋高度確定；3當相鄰結構的基礎存在較大沉降差時，宜增大防震縫的寬度；4防震縫宜沿房屋全高設置；地下室、基礎可不設防震縫，但在與上部防震縫對應處應加強構造和連接；5結構單元之間或主樓與裙房之間如無可靠措施，不應采用牛腿托梁的做法設置防震縫。124*．確定變形縫寬度的原則是什么？考慮施工偏差后，當結構產生伸縮變形、不均勻沉降變形以及地震變形時，房屋各獨立單元應互不相碰。1252.3結構布置實例2.3.1現(xiàn)澆樓蓋和裝配整體式樓蓋*結構體系與建筑物的高度1）框架結構適用于抗震設防烈度較低或不考慮地震作用，層數(shù)較少，高度較低的建筑。2）框架-剪力墻結構能適應100m左右高度建筑3）筒體結構適用于150m左右高層建筑。1262.4樓蓋結構布置*為什么高層建筑樓蓋必須有足夠的剛度？1）高層建筑中各豎向抗側力結構（剪力墻、框架和筒體等）通過水平的樓蓋連接為空間整體。2）水平力將通過樓板平面進行傳遞和分配，要求樓板在自身平面內有足夠的剛度。127*采用裝配式樓板時，如何進行加強？1）裝配式樓板可通過現(xiàn)澆板縫連接為整體現(xiàn)澆板縫寬50mm，放置一根鋼筋，用高強混凝土充填密實。（50m以下，剛度相差不十分懸殊的剪力墻結構和框架結構）2）框架剪力墻結構要在預制樓板上設置現(xiàn)澆面層。（50m以下，剛度相差較大的框架-剪力墻結構）128板縫配筋129現(xiàn)澆面層：混凝土強度不低于C20，不應高于C40，并應雙向布置φ6-φ8間距150-200mm的鋼筋網片，鋼筋應伸入剪力墻，或與預留的錨筋連接。130*對于高度小于50米的高層建筑，哪些重要部位應采用現(xiàn)澆樓蓋？1）房屋的頂層。2）結構的轉換層。3）樓蓋有大的開洞處。4）平面過于復雜，突出部分長度較大處。對于高度大于50米的建筑及9度抗震設防的建筑（特別是框架-剪力墻結構），宜采用現(xiàn)澆樓蓋?；炷翉姸炔坏陀贑20，不宜高于C40。131*樓蓋結構有哪些？1）梁板式樓蓋：不便于布置管線。2）密肋樓蓋：經濟技術指標較好。3）無梁樓蓋：可采用升板法施工。4）非預應力平板：降低建筑層高。5）預應力平板:跨度較大。132（2）梁截面尺寸的估計梁截面寬度與高度之比為1/2-1/4，且至少比柱寬小50mm。特殊情況下也可設計寬扁梁。133（3）板厚的估計滿足上述要求可不進行撓度和裂縫寬度計算。134梁板式樓蓋是最普遍的樓板型式，它有較好的技術經濟指標。樓蓋結構占用空間大，不便于布置管線，要求較大的層高。在框架、框剪結構中，常用預制樓板、十字型預制梁組成裝配式樓蓋，這時宜在預制板上按要求設置現(xiàn)澆面層。135扁梁樓蓋136梁的布置（a）主梁沿橫向布置；（b）主梁沿縱向布置；（c）不設主梁137常用的預制板類型138空心板的類型139梁的截面形式140預制板灌縫及面層(a)預制板灌縫；（b）預制板面層141板與支承墻（梁）的連接142板與非支承墻的連接(a)板與非支承墻連接；（b）板長≥5m配錨拉筋；（c）板長≥5m配圈梁143疊合樓蓋144密肋樓蓋多用于跨度大，梁高受限制情況下。筒體結構角區(qū)樓板也常用雙向密助樓蓋，肋距一般為1.2m。145密肋樓蓋井式樓蓋146可采用輕質料塊（如泡沫混凝土塊等）填充形成密肋，也常用塑料模殼施工。147現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土密肋板跨度一般不大于9m，預應力混凝土密肋板跨度不大于12m。148當框架結構在使用荷載較大而層高受限情況下，可以采用無梁樓蓋形式。無梁樓蓋還適用于施工場地狹窄，只能升板（升層）施工的情況。無梁樓蓋設柱帽以提高板柱結構的抗水平力性能和防止板的沖切破壞。149非預應力平板非預應力平板廣泛應用于剪力墻結構和筒體結構，可以降低建筑物層高，板底平整可以不加吊頂，施工方便。非預應力平板一般為實心板，跨度不超過7m。特制輕質管形成空心的現(xiàn)澆非預應力樓蓋已經開始使用，由于板內有圓形空腔，自重降低，取得較好的效果。150*預應力平板有哪些類型？1）預應力空心板2）預應力大樓板3）預應力疊合板：4）無粘結預應力現(xiàn)澆平板151預應力空心板低碳冷拔絲或高強鋼絲先張法預應力空心板使用較為廣泛。要采取構造措施保證樓蓋的整體性（如板間灌縫，設置現(xiàn)澆面層）要加強板端與剪力墻及框架梁的連接，以保證樓蓋的整體性。152預應力大樓板可雙向布置先張法預應力鋼筋。板邊常做為齒槽形凸出以支承在剪力墻上。大樓板整體性好，周邊與剪力墻相連，具有良好的抗震性能。需要雙向預應力臺座，構件重量和尺寸較大，對運輸和起重設備要求較高。153預應力疊合板在工廠預制預應力薄板，厚度為50-60mm，尺寸視運輸條件決定。預應力薄板容易開裂，需專門拖車運到現(xiàn)場吊裝。它既是現(xiàn)澆部分的模板，又是樓板結構的一部分。疊合前，要在預應力薄板上綁扎現(xiàn)澆板的鋼筋，然后澆筑混凝土。預應力薄板剛度較小，安裝后應適當加臨時支撐。154無粘結預應力現(xiàn)澆平板預應力鋼筋由工廠按設計長度連同錨具、塑料管一起作為產品生產。到工地后在綁扎樓板鋼筋時同時放置。澆筑樓板混凝土，等到達預應強度等級后，張拉預應力。由于不再向預應力管道灌漿，因而預應力鋼筋與混凝土之間不再有粘結力，全部由錨頭傳遞。1552.5基礎結構布置高層建筑的基礎是整個結構的重要組成部分，關系到整個結構安全與經濟。高層建筑基礎結構布置，應根據(jù)上部結構形式、荷載等級、工程地質條件、施工條件等因素綜合確定?；A底面積的形心，應與上部結構永久荷載的合力中心相重合。156基礎設計應滿足以下要求：(1)基礎的承載力應滿足規(guī)范要求；(2)基礎總沉降量和差異沉降量控制在允許值范圍內。(3)滿足建筑物地下室部分的防水要求；(4)基礎施工應避免和減輕對相鄰建筑物的影響和干擾；(5)考慮綜合經濟技術指標，設計應考慮使用條件、施工條件和施工工期。1572.4.1基礎類型*高層建筑基礎的類型有哪些？1）鋼筋混凝土筏形基礎；（當建筑層數(shù)不多，地基土質較好、上部結構軸線間距較小且荷載不大時）2）箱形基礎：具有較大的結構剛度和整體性（適用于上部結構荷載較大而地基土較軟弱的情況），可使部分土體重量得到置換。3）樁基：承載力可靠，沉降小。（適用于軟弱地基土和可能液化地基條件）158159160筏形基礎不必設置很多內部墻體，可以形成較大的自由空間，便于地下室的多種用途，因而能較好地滿足建筑功能要求。161筏形基礎如同倒置的樓蓋。梁板式筏形基礎的梁可設置在板上或板下（土體中）。162163筏板基礎的配筋要求、配筋率、間距和直徑如同一般的樓蓋，板式筏形基礎配筋同無梁樓蓋，采用雙向鋼筋網片配置在板的頂面和底面。平板式筏基的板的最小厚度不應小于400mm.梁板式筏基的板厚不應小于300mm。采用筏形基礎的地下室，地下室鋼筋混凝土外墻的厚度不應小于250mm，應考慮變形、抗裂及防滲等要求。164施工后澆帶每隔30～40m設置一道，以防收縮裂縫的產生。設置在柱距三等分的中間1/3范圍內。宜采用早強、補償收縮混凝土。165箱形基礎由數(shù)量較多的縱向與橫向墻體和有足夠厚度的底板、頂板組成剛度很大的箱形空間結構。箱形基礎166*箱基的特點是什么？1）能利用自身的剛度調整沉降差異，抵抗和協(xié)調地基的不均勻變形，減少由于沉降產生的結構內力。2）整體剛度好，能將上部荷載均勻地傳遞到地基和基礎上。3）使得部分土體重量得到置換，降低了土壓力。4）箱形基礎有間距較密的縱橫墻，而且墻上開洞面積受到限制，因此，當?shù)叵率倚枰^大空間和建筑功能上要求較靈活布置時（如地下商場等），就難以采用箱形基礎。167應力求減少上部荷載合力與地基反力合力的偏心距。箱基高度不宜小于箱基長度的1/20，且不宜小于3m。同一結構單元應全部采用箱基，箱基的埋深應一致。箱形基礎應沿周邊布置外墻，外墻就是擋土墻。168外墻采光洞和內墻門洞都在同一截面上，形成薄弱點集中，受力不利。169墻體分布不合理，缺少內縱墻或內橫墻。170有一個方向墻全部不貫通，形成薄弱截面171洞口沿墻邊設置，不符合洞口位置的要求。172洞口沿柱邊設置，不符合洞口位置的要求。173使框架柱的荷載能有效地擴散，并避免由于施工誤差造成柱子脫空。174175樁基當?shù)鼗鶞\層土質軟弱，不能滿足承載力和沉降要求時，采用樁基礎將荷載傳到下部堅實的土層，或通過樁側面與土體的摩擦力來達一強度與變形要求。*樁基的類型是什么？1）端承樁：樁身穿過軟弱土層或可液化土層支承在堅實可靠的土層上。2）磨擦樁：樁身穿過可液化土層，深入非液化土層內。176177當采用大直徑灌注樁時，直徑可達1.5～3m，單樁承載力達5000～10000kN，可以用集中在柱下、墻下布樁，直接支承的方式，由于柱、墻荷載直接傳給樁，所以基礎底板受力很小，厚度可以減薄，如深圳發(fā)展中心大廈和深圳國貿中心大廈便是這種方案。相反，采用小尺寸預制樁時，由于單樁承載力較小，需要樁數(shù)多，只能采用均勻布樁的方式，此時上部柱、墻荷載要由基礎底板傳遞，底板受力較大，因而底板要較厚。178179180預制混凝土樁：可在現(xiàn)場或工廠預制。截面尺寸小，承載力有限，因而樁數(shù)較多。灌注樁：分為鉆孔灌注樁、沖孔灌注樁、沉管灌注樁和挖孔灌注樁。大直徑擴底墩：由擴大的端承載力來支持上部結構，墩身直徑可達800～2600mm。這種樁承載力高、傳力直接、墩底土質可以直接檢查，施工速度快，適合于場地狹窄情況下施工。181大直徑擴底墩應支承在承載力較高的堅硬土層上。大直徑擴底墩應在無地下水或人工降低地下水位后條件下施工。182當采用機械成孔人工擴底施工時，應在機械成孔后加臨時鋼筋籠作護壁或采取其它安全保護措施。1832.4.2基礎選型的原則是什么？1）當?shù)鼗临|均勻，承載力高而沉降量小時，可以采用天然地基和豎向剛度較小的基礎。反之，則應采用人工地基或豎向剛度較大的整體式基礎。2）當高層建筑直接擱置于未風化或微風化的巖層上，或者層數(shù)較少的獨立裙房，可采用單獨基礎和條形基礎。3）當采用樁基時，應盡可能采用單根、單排大直徑樁或擴底墩，使上部結構的荷載直接由柱或墻體傳至樁頂，基礎底板因此可以做得很薄。1842.4.3基礎埋深*為什么高層建筑基礎必須有足夠的埋置深度?(1)防止在水平風力和水平地震作用下基礎發(fā)生滑移和傾斜