[2017年整理]高层建筑设计-第2章 抗侧力结构与布置

1、第2章 抗侧力结构体系与布置 主要内容：2.1 框架结构体系2.2 剪力墙结构体系2.3 框架剪力墙结构体系2.4 板柱剪力墙(筒体)结构2.5 框架支撑(抗震墙板)结构2.6 筒体结构2.7 框架核心筒结构2.8 巨形结构2.9 抗侧力结构体系的用高度和高宽比2.10 高层建筑结构体系的发展和应用2.11 建筑体型和结构总体布置2.12 结构的“三缝”处理2.13 高层建筑楼盖2.14 高层建筑的基础1v结构体系：指结构抵抗外部作用的构件的组成方式。v高层建筑中基本的抗侧力单元有框架、剪力墙、 实腹筒(又称井筒)、框筒及支撑。由这几种单元 可以组成多种结构体系。v结构体系有：框架结构体系剪力墙结构体系 框架剪力墙结构(框架筒体结构)体系筒体结构体系其他结构形式，如：板柱剪力墙结构、框架支撑(抗震 墙板)结构、竖向桁架结构、核心筒加复合巨型柱结构等。22.1 框架结构体系v整幢结构都由梁、柱组成，就称为框架结构体系(见图2 -1图2-3)，有时称为纯框架结构。v由梁、柱构件组成的结构称为框架。32.1.1 分类 v按材料不同分为：钢、钢筋混凝土、钢骨(型钢)混凝土、 钢管混凝土等。v钢

2、筋混凝土框架按施工方法的不同，可分为：现浇框架 、半装配式框架、全装配式框架等。2.1.2 框架结构的特点v建筑平面布置灵活；v立面设计灵活多变；（外墙是非承重构件，立面可任意 划分）v构件类型少，易于标准化、定型化。v具有较好的抗震性能“延性框架”；v梁柱截面惯性矩小，侧向变形较大，限制了框架结构的 使用高度。以1520层以下为宜。42.1.3 框架结构的布置要求(1)承重框架的布置v承重框架指承受楼面竖向荷载的框架。v框架结构承重方案有(见图2-4)：横向框架承重方案纵向框架承重方 案纵横向框架混合承重方 案 (2)结构布置要求v应设计成双向框架；v抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架； v框架梁、柱中心线宜重合；v结构应受力明确，构造简单；5v 框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重(框架 结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水 箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重)；v 电梯井贴梁柱布置，不得独立；v填充墙应位于框架平面内，并受柱约束；v现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级，按一级抗震等级 设计时，不应低于C30；按二四级和非抗震设计时，不应低 于C2

3、0；v现浇非预应力混凝土楼盖结构的混凝土强度等级不宜高于C40 v框架柱的混凝土强度等级，抗震设防烈度为9度时不宜大于 C60，抗震设防烈度为8度时不宜大于C70；v抗震设计的框架结构中，当布置少量钢筋混凝土剪力墙时， 结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作。62.1.4 框架结构的变形特点v框架结构在水平荷载作用下的受力变形特点(变形曲线)(1)柱和梁的弯曲变形产生剪切型： 下部的梁、柱内力大，层间变形也大，愈 到上部层间变形愈小。 (2)柱的轴向变形产生弯曲型： 这种侧移在上部各层较大，愈到底部 层间变形愈小。(3)框架结构中第一部分侧移是主要的， 随着建筑高度加大，第二部分变形比例 逐渐加大，但合成以后框架仍然呈现剪 切型变形特征 。72.2 剪力墙结构体系v利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构， 称为剪力墙结构体系（见图2-5、2-6）。墙体同时也作为维护及房间分隔构件。2.2.1 剪力墙的受力变形特点 (1)在承受水平荷载作用时，剪力墙 相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。(2)剪力墙的水平位移由弯曲变形和 剪切变形两部分组成。(3)高层建筑剪力墙结构，以弯曲变形

4、 为主，特点是结构层间位移随楼层增 高而增加。82.2.2 剪力墙结构体系的特点(1)承载力要求容易满足(截面尺寸大)。(2)整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小(现浇 钢筋混凝土剪力墙结构)，适合于建造较高的高层建筑(10 30层，100140m)。(3)抗震性能好延性剪力墙结构。(4)平面布置不灵活，(剪力墙的间距取决于楼板的跨度。一般 情况下剪力墙间距为38m，适用于要求较小开间的建筑)。(5)结构自重较大。v 底部大空间剪力墙结构(见图2-7)92.2.3 剪力墙结构体系的布置要求(1)结构布置原则剪力墙应沿结构的主要轴线布置。剪力墙应沿竖向贯通建筑物的全高。剪力墙应尽量布置得比较规则，拉通、对直。剪力墙的厚度应按阶段变化，每次厚度减少宜为50l00mm。剪力墙的洞宜上下对齐，成列布置洞口把墙体分成墙肢 和连梁。(见图2-8)。避免小墙肢（hw/bw3）(见图2-8)。墙段的高宽比应3(呈受弯工作状态)(见图2-9)。每一墙肢的宽度不宜8m。10(2) 平面布置方案v横墙承重方案：楼板支承在横向剪力墙上。v纵横墙承重方案：楼板直接支承在纵横向墙上或通过 进深大梁传递。v

5、底层大空间剪力墙方案特点：框支墙上下刚度相差悬殊，不利抗震。要求： 不允许单独采用框支剪力墙。控制建筑物沿高度方向的刚度变化幅度。落地剪力墙的间距L应满足一定要求。提高转换层附近楼盖的强度及刚度。11(3) 剪力墙的数量 剪力墙的间距：3m7.2m剪力墙的厚度a.构造要求(规范规定)： bw160mm220mm。v短肢剪力墙hw/bw= 48，且bw300mm的剪力墙。v一般剪力墙是指hw/bw8的剪力墙。v异形柱 截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面 各肢的肢高肢厚比hw/bw4的柱(剪力墙)。v小墙肢墙肢截面高度与厚度之比hw/bw3的剪力墙。12b、墙肢轴压比N限制：l轴压比的N定义：l短肢剪力墙N限制：抗震等级为一、二、三级时分 别不宜大于0.45、0.50、0.55。 l一般剪力墙N限制：一、二、三级抗震等级的剪力墙，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过 下表的限值。 13v结构基本自振周期：T1=(0.040.05)N，(N为层数)。v调整结构刚度的方法有：适当减小剪力墙的厚度； 降低连梁高度； 增大门窗洞口宽度； 对较长的墙肢设置施工洞，分为两个墙肢。墙肢长度超

6、过8m时，一般都应由施工洞口划分为小的 墙肢。墙肢由施工洞分开后，如果建筑上不需要，可以 用砖墙填充。c.结构刚度判断v当周期过短，地震力过大时，宜加以调整。142.3 框架剪力墙结构体系v在框架结构中设置部分剪力墙，使框架和剪力墙两者结合起 来，共同抵抗水平荷载，就组成了框架剪力墙结构体系 (如 果把剪力墙布置成筒体，又可称为框架筒体结构体系) (见图 2-10) 。v框架-剪力墙结构布置形式：1 框架与剪力墙(单片墙、联肢墙或较小井筒)分开布置 ；2 在框架结构的若干跨内嵌人剪力墙(带边框剪力墙)；3 在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙；4 上述两种或三种形式的混合。 v剪力墙将承担大部分水平力(有时可达8090)，是抗侧 力的主体。v框架主要承担竖向荷载，提供了较大的使用空间，同时也承 担少部分水平力。 152.3.1 框架一剪力墙结构体系的变形特点(2)剪力墙则呈弯曲型变形；(3)当两者通过楼板协同工作， 侧向变形将呈弯剪型；(4)其上下各层层间变形 趋于均匀。(1)框架本身在水平荷载作用下呈剪切型变形；162.3.2 结构布置要求v框架剪力墙结构平面布置要注意以下方面

7、问题：1）剪力墙数量；2）剪力墙的位置；3）框架、剪力墙的设置要求；4）剪力墙的间距。 2.3.2.1 剪力墙数量(3)剪力墙的合理数量：兼顾抗震性和经济性两方面的要求 在满足侧移和舒适度的前提下剪力墙尽量少。(1)当每m2楼面平均剪力墙长度少于50mm时，震害严重； 多于150mm时，破坏极轻微，甚至无震害。(2)当平均压应力=G/(Ac+Aw)1.2Mpa，壁率大于 5000mm2/m2时，无震害。两个条件均不满足时，严重震害。17(4)剪力墙的合理数量确定的方法参考目前国内实际工程中的剪力墙数量：v(Aw+Ac)Af值或Aw/Af值大约在下表的范围内。设计条件(Aw+Ac)/Af Aw/Af7度，II类土8度，II类土3% 5%4% 6%2% 3%3% 4%满足轴压比要求。由刚度特征值判定：vVf，maxV0在0.20.4之间较合适，相应的值在 1.12.2之间。由剪力墙截面抗弯刚度确定 18由自振周期T1和地震力判定v基本自振周期大约在下式范围内：计算周期Tl =(0.090.12)n实际周期Tl=(0.060.08)n (考虑T=0.70.8，n为结构层数)v比较适宜的地震系

8、数值(FEk=G) 场 地烈 度7 度 8 度 9 度 0.010.02 0.020.03 0.020.04 0.030.050.020.04 0.030.06 0.040.08 0.050.090.030.080.050.120.080.160.100.20v当自振周期和底部剪力偏离上述范围太远时，应适当调 整结构的截面尺寸。 192.3.2.2 剪力墙的位置(1)剪力墙布置，应遵循“对称、均匀、分散、 周边”的原则。(2)竖向荷载较大处。(3)建筑物端部附近。 (4)平面形状变化处。(5)楼梯、电梯间等。202.3.2.3 框架、剪力墙的设置要求(1)框架应在各主轴方向均做成刚接。(2)剪力墙应沿各主轴布置(在非抗震设计，层数不多的长矩 形平面中，允许只在横向设剪力墙)。(3)纵横向剪力墙宜合并布置为L形、T形和H字形。(4)合理调整剪力墙的长度：每一道剪力墙(包括单片墙，小开口墙和联肢墙)H/L宜 大于3，单个墙肢长度不宜大于8m。每一道剪力墙在底层承受的弯矩和剪力均不宜大于整个 结构底部剪力和倾覆力矩的40。212.3.2.4 剪力墙的间距v以限制LB比值作为保证楼盖刚度的主要

9、措施。JGJ3 2010高层建筑混凝土结构技术规程，以后简称高层规 程，规定的剪力墙间距见下表。楼盖形式非抗震抗震设防烈度6、7度8度9度现浇5.0B， 60m4.0B， 50m3.0B， 40m2.0B， 30m装配整体3.5B， 50m3.0B， 40m2.5B， 30m222.3.3 框架剪力墙结构计算要求v抗震设计的框架-剪力墙结构，应根据水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值，确定相应的设计方法： 1 框架部分承受的地震倾覆力矩不大于总地震倾覆力矩的10时，按剪力墙结构进行设计，其中的框架部分应按框架-剪力墙结构的框架进行设计； 2 当框架部分承受的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的1050时，按框架-剪力墙结构进行设计；232.3.3 框架剪力墙结构计算要求 3 当框架部分承受的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的50但不大于80时，按框架-剪力墙结构进行设计，其最大适用高度可比框架结构适当增加，框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用； 4 当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80时，按框架-剪力墙结构进行设计，但其最大适用高度宜按框架结构采用，框架部分的抗震等级和轴压比限值应按框架结构的规定采用。当结构的层间位移角不满足框架 -剪力墙结构的规定时，可按有关规定进行结构抗震性能分析和论证。242.4 板柱剪力墙(筒体)结构v 板柱剪力墙(筒体)结构是指由钢筋混凝土无梁楼板和柱(筒 体)组成的结构(见下图)。252.5 框架支撑(抗震墙板)结构v 在钢框架设置支撑斜杆，即为支撑框架。由钢框架及支撑 框架共同承担竖向荷载和水平荷载的结构称为框架支撑 结构。用墙板代替钢支撑，嵌入钢框架中，成为框架抗 震墙板结构。v 框架支撑结构有中心支撑框架、偏心支撑框架

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