高層建筑結(jié)構(gòu)怎么設(shè)計?
高層建筑的定義
我國《高規(guī)》將10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑,,以及房屋高度大于24m的其他高層民用建筑混凝土結(jié)構(gòu),,稱為高層建筑,。
高層建筑的受力特點
10層以下的建筑,由豎向荷載產(chǎn)生的內(nèi)力占主導(dǎo)地位,,更高的建筑在水平均布荷載作用下,,風(fēng)荷載和地震作用占主導(dǎo)地位。且高層結(jié)構(gòu)荷載大,,內(nèi)力大,,梁柱截面尺寸也較大,豎向荷載中恒載所占比重較大,。
高層建筑豎向承重結(jié)構(gòu)類型
(1)框架結(jié)構(gòu)
(2)剪力墻結(jié)構(gòu)
(3)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)
(4)筒體結(jié)構(gòu) (如框架-核心筒結(jié)構(gòu),、筒中筒結(jié)構(gòu)、框筒-框架結(jié)構(gòu),、多筒結(jié)構(gòu)等)
(5)其他結(jié)構(gòu)(如多塔結(jié)構(gòu),、連體結(jié)構(gòu)、帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu),、帶加強層結(jié)構(gòu),、錯層結(jié)構(gòu)等)
框架和剪力墻結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)缺點
(1)框架結(jié)構(gòu):梁、柱作為一個整體,,共同承擔外荷載(豎向和水平)的作用,。
優(yōu)點:建筑平面布置靈活;可形成大空間,;施工簡便,,較經(jīng)濟;
缺點:抗側(cè)剛度小,,側(cè)移大,;對支座不均勻沉降敏感;
宜用于15層以下,,最大適用高度70m,。
(2)剪力墻結(jié)構(gòu)
優(yōu)點:抗側(cè)剛度大,位移??;室內(nèi)墻面平整;
缺點:平面布置不靈活;結(jié)構(gòu)自重大,,吸收地震能量大,;施工較麻煩,造價較高,。
最大適用高度150-180m,。
單向板和雙向板
單向板:長邊與短邊之比大于3
雙向板:長邊與短邊之比小于2
2至3之間宜按雙向板設(shè)計。
基礎(chǔ)選型
(1)柱下獨立基礎(chǔ):
適用:層數(shù)不多、土質(zhì)較好的框架結(jié)構(gòu),。
(2)交叉梁基礎(chǔ)
雙向為條形基礎(chǔ),,適用:層數(shù)不多、土質(zhì)一般的框架,、剪力墻,、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。
(3)片筏基礎(chǔ)
適用:層數(shù)不多土質(zhì)較弱或?qū)訑?shù)較多土質(zhì)較好時用,。
(4)箱形基礎(chǔ)
適用:層數(shù)較多,、土質(zhì)較弱的高層建筑。
(5)樁基礎(chǔ)
適用:地基持力層較深時采用,。
(6)復(fù)合基礎(chǔ)
適用:層數(shù)較多或土質(zhì)較弱時采用,。
房屋高度和高寬比限制
高度越高,建筑物所受地震反應(yīng)和傾覆力矩越大,,遭受破壞的可能性越大,。
結(jié)構(gòu)高寬比應(yīng)控制在相應(yīng)的范圍內(nèi),,保證抗側(cè)移剛度和抗傾覆能力,。
變形縫
(1)伸縮縫:減小溫度變化和混凝土收縮對結(jié)構(gòu)的影響而設(shè)置的縫。
(2)沉降縫:避免不均勻沉降對結(jié)構(gòu)的影響而設(shè)置的縫,,縫寬t≥5cm,。沉降縫不但上部結(jié)構(gòu)要斷開,基礎(chǔ)也要斷開,。
(3)防震縫:避免地震附加力對結(jié)構(gòu)的影響而設(shè)置的縫,,縫寬按規(guī)范要求設(shè)置,基礎(chǔ)可不設(shè)防震縫,。
結(jié)構(gòu)規(guī)則性判斷(結(jié)構(gòu)整體性能指標判斷)
平面不規(guī)則類型:扭轉(zhuǎn)不規(guī)則,、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)
豎向不規(guī)則類型:側(cè)向剛度不規(guī)則,、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù),、樓層承載力突變
結(jié)構(gòu)整體性能指標判斷推薦閱讀《結(jié)構(gòu)整體性能控制“7個比值”規(guī)定與調(diào)整》
恒載
結(jié)構(gòu)自重=構(gòu)件設(shè)計尺寸×材料單位體積自重
材料容重:鋼筋混凝土 25KN/m3
活荷載
教室,食堂:2.5kN/m2
宿舍:2.0kN/m2
樓梯:(1)多層住宅 2.0kN/m2 (2)其他 3.5kN/m2
屋面活荷載:不上人屋面 0.5kN/m2 上人屋面2kN/m2
風(fēng)荷載
(1)風(fēng)荷載作用的特點
1)與建筑物的外形相關(guān),,圓形與正多邊形受到風(fēng)力較小,,對抗風(fēng)有利;
2)與周圍環(huán)境有關(guān),,如地形,、地面粗糙度、距離地面高度有關(guān),。
選自.投標書代寫網(wǎng) yipai178.com 3)風(fēng)力在建筑物表面的分布很不均勻,,在角區(qū)和建筑物內(nèi)收的局部區(qū)域,會產(chǎn)生較大的風(fēng)力。
4)與地震作用相比,,風(fēng)力作用持續(xù)時間長,,其作用更接近于靜力荷載。
(2)單位面積風(fēng)荷載標準值
(3)基本風(fēng)壓
當?shù)?0年一遇,,10m高度上的10min平均風(fēng)壓值,。
(4)風(fēng)荷載體型系數(shù)
1)圓形平面建筑取0.8;
2)高寬比H/B不大于4的矩形,、方形,、十字形平面建筑取1.3;
3)高寬比H/Bmax大于4,,長寬比L/Bmax不大于1.5的矩形,、取1.4。
地震
(1)震級
衡量地震釋放能量大小的等級
(2)烈度
地震時在一定地點震動的強烈程度
(3)基本烈度
該地區(qū)在今后的50年期限內(nèi),,在一般場地條件下可能遭遇超越概率為10%的地震烈度,,是抗震設(shè)計的基本依據(jù)。
(4)三水準設(shè)防目標,,兩階段設(shè)計方法
三水準設(shè)防目標:小震不壞,,中震可修,大震不倒
兩階段設(shè)計方法:
第一階段:承載力驗算,。取第一水準參數(shù)按彈性方法計算內(nèi)力與變形并配筋;
第二階段:彈塑性變形驗算,。
(5)抗震設(shè)防類別
高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時,按其重要性可分為甲,、乙,、丙類,無丁類,。
(6)抗震等級
抗震設(shè)計時,,高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防分類、烈度,、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采用不同的抗震等級,,并應(yīng)符合相應(yīng)的計算和構(gòu)造措施要求。
高層框架結(jié)構(gòu):6度 三級,;7度 二級,;8度、9度 一級,。
(7)抗震設(shè)防烈度及分組
查《抗規(guī)》附錄,,重慶主城的抗震設(shè)防烈度為6度。
荷載組合系數(shù)
永久荷載分項系數(shù):當永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時,,其永久荷載分項系數(shù),,對由永久荷載效應(yīng)控制的組合取為1.35,,對由可變荷載效應(yīng)控制的組合取為1.2;當永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時,,其永久荷載分項系數(shù)取為1.0,;
可變荷載分項系數(shù):一般情況,取1.4,。
框架梁和連梁的剛度計算原則
樓板作為梁的有效翼緣形成T形或倒L形截面梁,,提高了樓面梁的剛度,計算分析時可考慮樓面梁剛度乘以放大系數(shù),。中梁可乘以2倍的放大系數(shù),,邊梁可乘以1.5的放大系數(shù)。
連梁相對于墻體剛度較小,,而承受的彎矩剪力往往比較大,,截面配筋設(shè)計困難,在抗震設(shè)計時,,可考慮在不影響其承受豎向荷載的前提下,,允許適當降低連梁剛度而把內(nèi)力轉(zhuǎn)移到墻體等其他構(gòu)件上。
剛重比
結(jié)構(gòu)的剛度與重力荷載之比
重力二階效應(yīng)
P-δ效應(yīng):由于構(gòu)件自身撓曲引起的附加重力效應(yīng)
P-△效應(yīng):結(jié)構(gòu)在水平風(fēng)荷載或水平地震作用下產(chǎn)生側(cè)移變位后,,重力荷載由于該側(cè)移而引起的附加效應(yīng),。
位移限制
層間位移角:層間位移與層高之比
限值:框架1/550,剪力墻1/1000
梁截面尺寸估計
梁的截面尺寸可按下述方法估算:
軸壓比
柱軸壓比是指柱考慮地震作用組合的軸壓力設(shè)計值與柱全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值乘積的比值。
墻肢軸壓比為重力荷載代表值作用下剪力墻墻肢的軸向壓力設(shè)計值與墻肢截面面積和混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值的比值,。
分層法基本假定
(1)在豎向荷載作用下,,框架側(cè)移小,,可忽略不計,;
(2)每層梁的荷載對其他各層梁的影響較小,可以忽略不計,。每層梁上的荷載只在該層梁及與該層梁相連的柱上分配和傳遞,。
(3)采用分層法計算時,假定上,、下柱的遠端為固定時與實際情況有出入,,故除底層外,其余各層柱的線剛度應(yīng)乘以0.9的修正系數(shù),,且其傳遞系數(shù)由1/2改為1/3,。
反彎點法和D值法的區(qū)別
D值法又稱為改進的反彎點法,是對柱的抗側(cè)剛度和柱的反彎點位置進行修正后計算框架內(nèi)力的一種方法,。高層結(jié)構(gòu)特別是考慮抗震要求有強柱弱梁的框架用D值法分析更適合,。
強柱弱梁、強剪弱彎,、強節(jié)點弱構(gòu)件
強柱弱梁:使梁端的塑性鉸先出,,盡量減少或推遲柱端塑性鉸的出現(xiàn),。適當增加柱的配筋可以達到上述目的。
強剪弱彎:在進行抗震設(shè)計中,,剪力是通過彎距計算得出的,。該原則的目的是防止梁、柱子在彎曲屈服之前出現(xiàn)剪切破壞,。適當增加抵抗剪切力的鋼筋可以達到上述目的,。
強節(jié)點弱構(gòu)件:增大節(jié)點核心區(qū)的組合剪力設(shè)計值進行計算。
剪力墻的布置原則
(1)宜沿主軸方向或其他方向雙向布置,,均勻布置,,數(shù)量要適當。
(2)墻肢截面宜簡單,、規(guī)則,,豎向剛度應(yīng)均勻,門窗洞口宜上下對齊,,成列布置,,形成明確的墻肢和連梁。
(3)較長的剪力墻宜開設(shè)洞口,,將其分成長度較均勻的若干墻段,,墻段之間宜采用跨高比不小于6的連梁連接,每個獨立墻段的總高度與其截面高度之比不宜小于3.墻肢截面高度不宜大于8m,。
(4)當剪力墻與其平面外相交的樓面梁剛接時,,可沿樓面梁軸線方向設(shè)置與梁相連的剪力墻、扶壁柱或在墻內(nèi)設(shè)置暗柱,。
(5)抗震設(shè)計時,,高層建筑不應(yīng)全部采用短肢剪力墻。
短肢剪力墻
截面厚度不大于300mm,,各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻,。
剪力墻的底部加強部位
(1)底部加強部位的高度,應(yīng)從地下室頂板算起,;
(2)底部加強部位的高度,,可取底部兩層和墻體總高度的1/10二者的較大值;
(3)當結(jié)構(gòu)計算嵌固部位位于地下一層底板或以下時,,底部加強部位宜延伸到計算嵌固端,。
約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件
剪力墻兩端和洞口兩側(cè)應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件,并應(yīng)符合:
1)一,、二,、三級剪力墻底層墻肢底截面的軸壓比大于下表規(guī)定值時,以及部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻,,應(yīng)在底部加強部位及相鄰的上一層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件,。
2)除本條第1款所列的部位外,,剪力墻應(yīng)設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。
3)B級高度高層建筑的剪力墻,,宜在約束邊緣構(gòu)件層與構(gòu)造邊緣構(gòu)件層之間設(shè)置1~2層過渡層,。
剪力墻可不設(shè)約束邊緣構(gòu)件的最大軸壓比
框架梁、次梁,、連梁的區(qū)別
框架梁是指兩端與框架柱相連的梁
連梁是指兩端與剪力墻相連且跨高比小于5的梁,,兩端與剪力墻相連但跨高比不小于5的梁宜按框架梁設(shè)計。
一是要求連梁的箍筋是全長加密而框架梁可以分為加密區(qū)和非加密區(qū),,
二是對連梁的腰筋作了明確的規(guī)定即“墻體水平分布鋼筋應(yīng)作為連梁的腰筋在連梁范圍內(nèi)拉通連續(xù)配置,;當連梁截面高度大于700mm時,其兩側(cè)面沿梁高范圍設(shè)置的縱向構(gòu)造鋼筋(腰筋)的直徑不應(yīng)小于10mm,,間距不應(yīng)大于200mm,;對跨高比不大于2.5的連梁,梁兩側(cè)的縱向構(gòu)造鋼筋(腰筋)的面積配筋率不應(yīng)小于0.3%”且將其納入了強條的規(guī)定,,而框架梁的腰筋只要滿足“當梁的腹板高度hw≥450mm時,,在梁的兩個側(cè)面應(yīng)沿高度配置縱向構(gòu)造鋼筋,每側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋(不包括梁上,、下部受力鋼筋及架立鋼筋)的截面面積不應(yīng)小于腹板截面面積bhw的0.1%,,且其間距不宜大于200mm。”
次梁是指兩端搭在框架梁上的梁,。這類梁是沒有抗震要求的,。次梁梁頂鋼筋在支座的錨固長度為受拉錨固長度la,而框架梁的梁頂鋼筋在支座的錨固長度為抗震錨固長度laE,。次梁梁底鋼筋在支座的錨固長度一般情況下為12d,,而框架梁的梁底鋼筋在支座的錨固長度為抗震錨固長度laE。
次梁的箍筋沒有最小直徑的要求,、沒有加密區(qū)和非加密區(qū)的要求,,只需滿足計算要求即可。而框架梁根據(jù)不同的抗震等級對箍筋的直徑和間距有不同的要求,,不但要滿足計算要求,還要滿足構(gòu)造要求,。
轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件
完成上部樓層到下部樓層的結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)變或上部樓層到下部樓層結(jié)構(gòu)布置改變而設(shè)置的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,,包括轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換桁架,、轉(zhuǎn)換板等,。部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換梁亦稱為框支梁。
框筒結(jié)構(gòu)
由建筑外圍的深梁,、密排柱和樓蓋構(gòu)成的筒狀空間結(jié)構(gòu),。