高層建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的做法和實(shí)例

高層結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)助教：范李劼結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的前期工作了解建筑布置和功能要求 建筑物設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、建筑物重要性建筑層數(shù)、總高、各層層高、柱網(wǎng)尺寸建筑主要功能圍護(hù)墻材料了解建筑構(gòu)造做法（樓、屋面及墻面）收集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本條件了解其他相關(guān)專業(yè)對(duì)結(jié)構(gòu)的要求結(jié)構(gòu)體系的選擇結(jié)構(gòu)體系框架結(jié)構(gòu)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)全部落地剪力墻部分框支剪力墻筒體結(jié)構(gòu)框架-核心筒筒中筒框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)體系是由梁、柱構(gòu)件通過節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)成，既承受豎向荷載，也承受水平荷載的結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系的柱網(wǎng)布置形式很多，柱網(wǎng)的布置和層高，主要根據(jù)建筑的使用功能和建筑形式確定。這種體系適用需要大空間的、層數(shù)不宜太多、房屋的高度不宜太高的建筑。在非地震區(qū)，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)一般不超過15層。鋼筋混凝土框架15層以下是經(jīng)濟(jì)的。

框架結(jié)構(gòu)典型平面柱網(wǎng)尺寸確定框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)布置應(yīng)力求做到簡單、規(guī)則、整齊，柱網(wǎng)尺小應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)原則，盡量符合模數(shù)；框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)尺寸及層高應(yīng)根據(jù)建筑功能要求、施工條件及材料設(shè)備等各方面因素來確定。房屋長度較大時(shí)，需考慮設(shè)置伸縮縫，以避免溫度開裂。因?yàn)樯炜s縫將房屋上部結(jié)構(gòu)斷開，分成獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，所以在縫的兩側(cè)應(yīng)各自設(shè)置框架柱網(wǎng)尺寸的適宜范圍內(nèi)廊式柱網(wǎng)常為對(duì)稱三跨(A+B+A)：A—邊跨跨度(房間進(jìn)深)：常為6m、6.6m、6.9mB—中間跨為走廊，跨度常為2.4m、2.7m、3.0m開間方向，柱距為6~8.4m。常用于旅館、辦公樓、宿舍、教室、醫(yī)院等。等跨式柱網(wǎng)進(jìn)深常為6m、7.5m、9m、12m，從經(jīng)濟(jì)考慮不宜超過9m。開間方向的柱距常為6~9m。適用于廠房、倉庫等。柱截面尺寸柱的截面尺寸估算（按軸壓比）μc：允許軸壓比，三級(jí)0.9,二級(jí)0.8,一級(jí)0.7。豎向荷載與地震作用組合的最大軸力設(shè)計(jì)值N。rG：分項(xiàng)系數(shù)，取為1.2；w：單位面積重量，取為12~14kN/m2；S：柱承載樓面面積；n：柱設(shè)計(jì)截面以上樓層數(shù)；1：一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)角柱為1.3,其余為1.02：由于水平力使軸力增大的系數(shù)，7度1.05，8度1.1，9度1.2。影響框框架結(jié)結(jié)構(gòu)柱柱網(wǎng)尺尺寸選選擇的的因素素(1)工程造造價(jià)當(dāng)柱距距較小小時(shí),構(gòu)件截截面滿滿足構(gòu)構(gòu)造要要求即即可,所以強(qiáng)強(qiáng)度不不能充充分發(fā)發(fā)揮,造成材材料浪浪費(fèi),造價(jià)提提高;當(dāng)柱距距較大大時(shí),構(gòu)件尺尺寸增增大,結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)力隨隨尺寸寸成二二次曲曲線增增大,導(dǎo)致設(shè)設(shè)計(jì)要要求提提高,結(jié)構(gòu)的的造價(jià)價(jià)升高高;而只有有當(dāng)柱柱距合合理時(shí)時(shí)才會(huì)會(huì)使造造價(jià)最最低(2)施工難易程程度(3)空間使使用率率當(dāng)構(gòu)件尺尺寸增增加時(shí)時(shí),降低了了建筑筑物的的空間間使用用率,梁截面面尺寸寸的增增大減減小了了建筑筑物凈凈空,使建筑筑物的的舒適適度降降低(4)使用空空間布布置的的靈活活性、、實(shí)用用性框架梁梁截面面尺寸寸梁寬不不宜小小于200mm，且不不宜小小于柱柱寬的的1/2（節(jié)點(diǎn)點(diǎn)要求求，聯(lián)聯(lián)結(jié)緊緊密））；梁截面面的高高寬比比小于于4（抗剪剪要求求，避避免形形成薄薄腹梁梁降低低其抗抗剪性性能））；梁凈跨與截截面高度之之比宜大于于4（避免形成成深梁，以以抗剪為主主，脆性破破壞）考慮強(qiáng)度與與剛度的需需要，取值值如下：框架梁高h(yuǎn)＝1/8~1/12L，L為梁跨；通通常取1/10L；框架梁寬b=1/2~1/3h；一般不小于于300mm。次梁截面尺尺寸次梁的作用用承托圍護(hù)墻墻、隔墻減小板的跨跨度洞口邊緣的的封梁次梁截面尺尺寸梁高h(yuǎn)（l為梁跨）簡支梁：h＝1/12~1/15l；連續(xù)梁：：h＝1/12~1/20l井字梁：h＝1/15~1/20l；懸挑梁：：h＝1/5~1/7l梁寬b梁寬b=1/2~1/3h；一般不小于于200mm現(xiàn)澆板的厚厚度確定對(duì)板厚的要要求滿足承載力力和剛度要要求滿足防火要要求滿足預(yù)埋暗暗管的要求求板厚h的取值（L為板跨）板厚與板跨跨的最小比比值簡支單向板板：h=L/30；簡支雙向向板：h=L/40；連續(xù)單向板板：h=L/40；連續(xù)雙向向板：h=L/50；懸臂板：h=L/12；一般為100~140mm最小板厚一般為80mm，預(yù)埋暗管時(shí)時(shí)不小于100mm荷載計(jì)算豎向荷載恒載Gk可變荷載(活載)Qk按負(fù)荷面積積折減活載最不利利布置水平荷載風(fēng)荷載Wk地震作用(偶然作用)EkWkGkQkQkEk框架結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)例工程概況工程名稱：：某五層行行政辦公樓樓建筑面積：：3792.05m2建筑層數(shù)：：五層建筑形狀：：一字形結(jié)構(gòu)形式：：框架結(jié)構(gòu)構(gòu)體系場地情況：：場地平坦坦、無障礙礙物。地質(zhì)情況：：地基土為為粘性土為為主，建筑筑場地類別別為Ⅱ類，容許承承載fk=180kPa。基本雪壓：：0.45kN/m2?；撅L(fēng)壓：：0.40kN/m2。地震烈度：：按7度近震設(shè)防防。建筑耐火等等級(jí)：二級(jí)級(jí)。建筑耐久年年限：50年。平面圖結(jié)構(gòu)選型采用現(xiàn)澆鋼鋼筋混凝土土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)體系?；A(chǔ)采用柱柱下錐形基基礎(chǔ)框架梁：h/l=7200/8~7200/12=900~600mm取梁尺寸：：h=600mm，b=h/2=300mm.次梁：h=500mm,b=250mm.連系梁：b×h=200mm×400mm.框架柱：建筑總高度度按18.60m算，小于30m的現(xiàn)澆框架架結(jié)構(gòu)，設(shè)設(shè)防烈度7度近震，查查抗震設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范，該該框架為三三級(jí)抗震，，最大軸壓壓比0.9。假定采用用C30混凝土，查查得設(shè)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度，假定定每平方米米荷載為14kN/m2，則柱子最最大軸壓力力N=1.25×14×7.2×4.2×5=2646kN.則柱子軸壓壓比取柱子截面面形狀為正正方形，可可以計(jì)算出出b=h=453.4mm。為了簡化施施工，各柱柱截面從底底層到頂層層不改變，，即取柱子子尺寸為500mm×500mm。框架剪力墻墻結(jié)構(gòu)體系系框架-剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)體系(簡稱框剪結(jié)結(jié)構(gòu))，是在框架架體系的基基礎(chǔ)上增設(shè)設(shè)一定數(shù)量量的橫向和和縱向剪力力墻所構(gòu)成成的雙重受受力體系。。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)兼有框架架結(jié)構(gòu)布置置靈活、延延性好的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)和剪力力墻結(jié)構(gòu)剛剛度大，承承載力大的的優(yōu)點(diǎn)。?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)有較較大的剛度度，也有較較靈活的空空間，可用用于150～200m范圍內(nèi)的辦辦公建筑和和綜合建筑筑。當(dāng)剪力力墻為散亂亂布置時(shí)，，建造高度度有限，約約20～30層，當(dāng)剪力力墻做成筒筒體時(shí)，其其建造高度度可增大至至40～50層，甚至更更高?？蚣埽袅αY(jié)構(gòu)典典型平面剪力墻的布布置剪力墻的布布置一般原原則是均勻勻、分散、、對(duì)稱、周周邊分布.分散均勻的的原則是要要求剪力墻墻片數(shù)不要要太少,而且每片剪剪力墻剛度度不要太大大,連續(xù)尺寸不不要太長,使抗側(cè)力構(gòu)構(gòu)件數(shù)量多多一些,分散一些,每片剪力墻墻的彎曲剛剛度適中剪力墻布置置的位置應(yīng)應(yīng)設(shè)在平面面形狀變化化處,即:角隅、端角角、凹角剪力墻的間間距:現(xiàn)澆鋼筋混混凝土樓蓋蓋L/B=2~4為宜;裝配整體式式鋼筋混凝凝土樓蓋L/B=1~2.5為·原則是建筑筑物愈高、、抗震設(shè)防防烈度愈高高,間距取值愈愈小一片剪力墻墻的長度不不宜大于8m,當(dāng)超過時(shí),應(yīng)利用洞口口分割成兩兩片墻,功能上不需需要洞時(shí),洞口可用不不同的材料料或輕質(zhì)材材料填充,過長的剪力力墻中央部部分的鋼筋筋尚未到達(dá)達(dá)屈服階段段,墻端部的鋼鋼筋早因變變形過大而而斷開破壞壞剪力墻數(shù)量量估計(jì)由于框—剪結(jié)構(gòu)中水水平荷載由由框架與剪剪力墻共同同承擔(dān),因此,估計(jì)剪力墻墻的數(shù)量是是一個(gè)反復(fù)復(fù)的過程。。通常情況況,在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)中,框架柱的總總截面面積積Ac與樓層面積積Af之比約在1%~2%。底層結(jié)構(gòu)構(gòu)截面的面面積(剪力墻截面面面積Aw+框架柱截面面面積Ac)與樓層面積積之比在表表1范圍內(nèi),大致是合適適的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)中,應(yīng)盡可能設(shè)設(shè)置抵抗地地震的多道道防線·一般情況下下,剪力墻作為為第一道防防線首先屈屈服,將框架設(shè)計(jì)計(jì)作為第二二道防線框架剪力墻墻設(shè)計(jì)實(shí)例例北京CEC大廈北京CEC大廈位于北北京海淀區(qū)區(qū)中關(guān)村科科技園區(qū)。。工程程總總占占地地面面積積13457㎡㎡，總總建建筑筑面面積積約約120000㎡㎡本工工程程地地下下三三層層。。地地上上由由東東西西兩兩幢幢高高層層組成成，，東東樓樓18層，，西西樓樓22層，，剛剛度度90.0m。主主體體結(jié)構(gòu)構(gòu)平平面面柱柱網(wǎng)網(wǎng)主主要要為為9mX9m,9mX8m兩種種，，首首層層層層高高為為5m，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)層層層層高高為為4m，層層頂頂機(jī)機(jī)房房層層高高為為5m。兩兩幢幢高高層層建建筑筑之之間間自自然然形形成成寬寬敞敞通通透透的的大大堂堂。。建建筑筑物物主主要要是是面面向向IT行業(yè)業(yè)，，功功能能以以寫寫字字為為主主，，并并配配有有相相應(yīng)應(yīng)的的輔輔助助設(shè)設(shè)施施（（如如展展示示廳廳，，新新聞聞發(fā)發(fā)布布中中心心、、俱俱樂樂部部、、精精品品店店））結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系選選擇擇本工工程程主主體體采采用用框框架架剪剪力力墻墻結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。?？箍拐鹫鸬鹊燃?jí)級(jí)設(shè)設(shè)防防烈烈度度為為8度，，抗抗震震設(shè)設(shè)防防類類別別為為丙丙類類，，場場地地土土為為硬硬場場地地土土，，場場地地類類別別為為2類，，建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)安安全全等等級(jí)級(jí)為為二二級(jí)級(jí)，，地地基基基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)等等級(jí)級(jí)為為甲甲級(jí)級(jí)，，地地下下室室防防水水等等級(jí)級(jí)為為二二級(jí)級(jí)。。根根據(jù)據(jù)《建筑筑抗抗震震設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)規(guī)范范》GB50011-2001，剪剪力力墻墻抗抗震震等等級(jí)級(jí)為為一一級(jí)級(jí)，，框框架架抗抗震震等等級(jí)級(jí)為為一一級(jí)級(jí)。。為為了了滿滿足足業(yè)業(yè)主主對(duì)對(duì)建建筑筑物物室室內(nèi)內(nèi)凈凈高高保保證證2.8m的要要求求，，綜綜合合比比較較后后采采用用寬寬扁扁梁梁樓樓蓋蓋方方案案，，9m跨和和8m跨框框架架梁梁截截面面分分別別為為600X600和600X500，9m跨和和8m跨次次梁梁截截面面分分別別采采用用400X550和400X470.為了了減減小小框框架架柱柱斷斷面面，，底底部部4層以以下下框框架架柱柱采采用用C60高強(qiáng)強(qiáng)混混凝凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)計(jì)計(jì)算算與與分分析析（1）根根據(jù)據(jù)建建筑筑物物的的自自振振周周期期、、位位移移及及地地震震效效應(yīng)應(yīng)判判斷斷結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)方方案案的的合合理理性性。。（2）得得出出各各構(gòu)構(gòu)件件的的內(nèi)內(nèi)力力及及配配筋筋，，以以判判斷斷構(gòu)構(gòu)件件截截面面的的合合理理性性（3）根根據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)內(nèi)力力分分析析判判定定結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)受受力力的的薄薄弱弱部部位位，，并并在在設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)中中采采取取加加強(qiáng)強(qiáng)措措施施。。本工工程程?hào)|東、、西西樓樓由由于于建建筑筑物物使使用用功功能能的的需需要要，，其其剪剪力力墻墻核核心心筒筒設(shè)設(shè)置置偏偏向向一一側(cè)側(cè)，，并并且且在在其其他他部部位位部部允允許許甚甚至至剪剪力力墻墻，，造造成成剪剪力力墻墻布布置置過過于于集集中中，，建建筑筑物物的的質(zhì)質(zhì)心心與與剛剛心心偏偏移移較較大大，，給給結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)，，計(jì)計(jì)算算帶帶來來很很大大的的困困難難。。經(jīng)經(jīng)過過與與建建筑筑專專業(yè)業(yè)協(xié)協(xié)商商，，在在部部影影響響使使用用功功能能的的前前提提下下，，增增加加剪剪力力墻墻的的數(shù)數(shù)量量，，同同事事調(diào)調(diào)整整剪剪力力墻墻的的厚厚度度。。剖面面圖圖標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)層層剖剖面面圖圖筒體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)筒體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)常常見見平平面面布布置置圖圖筒中筒體結(jié)構(gòu)體系框架筒體結(jié)構(gòu)體系束筒體結(jié)構(gòu)體系典型筒體結(jié)構(gòu)豎向向承承力力構(gòu)構(gòu)件件在在平平面面內(nèi)內(nèi)圍圍合合成成箱箱形形或或筒筒體體，，成成為為剛剛度度很很大大的的空空間間結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系，，稱稱為為筒筒體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系。。當(dāng)當(dāng)剪剪力力墻墻在在平平面面內(nèi)內(nèi)圍圍合合成成空空間間薄薄壁壁筒筒體體，，稱稱為為實(shí)實(shí)腹腹筒筒，，當(dāng)當(dāng)實(shí)實(shí)腹腹筒筒上上開開出出了了許許多多規(guī)規(guī)則則排排列列的的窗窗洞洞說說形形成成的的開開孔孔筒筒體體，，稱稱為為框框架架筒筒。。高層層結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)選選型型的的基基本本原原則則1.國情情特特點(diǎn)點(diǎn)在超超高高層層建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)選選型型時(shí)時(shí)，，首首先先要要充充分分考考慮慮我我國國國國情情特特點(diǎn)點(diǎn)，，必必須須從從實(shí)實(shí)際際出出發(fā)發(fā)，，掌掌握握了了解解目目前前我我國國建建筑筑業(yè)業(yè)的的材材料料、、研研究究、、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)、、施施工工、、配配套套等等方方面面的的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)與與水水平平，，再再結(jié)結(jié)合合自自己己的的實(shí)實(shí)際際工工程程研研究究確確定定哪哪種種結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)類類型型符符合合我我國國國國情情。。2.設(shè)防烈烈度建筑物物的設(shè)設(shè)防烈烈度對(duì)對(duì)于結(jié)結(jié)構(gòu)選選型至至關(guān)重重要，，比如如同一一點(diǎn)同同一建建筑物物設(shè)防防烈度度不同同，其其地震震力值值會(huì)成成倍增增長，，故在在建筑筑結(jié)構(gòu)構(gòu)選型型前，，一定定要把把建筑筑物的的設(shè)防防烈度度準(zhǔn)確確定值值，如如7度設(shè)防防地區(qū)區(qū)視其其建筑筑物的的重要要性，，是否否提高高一級(jí)級(jí)按1度設(shè)防防。這這對(duì)超超高層層建筑筑的豎豎向、、水平平結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件影響響極大大3.平面形形狀超高層層建筑筑水平平荷載載作用用處于于主導(dǎo)導(dǎo)位置置，其其空間整體體作用用尤為為顯著著。為為了減減少或或避免免整體體結(jié)構(gòu)構(gòu)受扭扭，使使結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件受力力均勻勻，充充分發(fā)發(fā)揮結(jié)結(jié)構(gòu)的的空間間受力力作用用，確確保超超高層層建筑筑的結(jié)結(jié)構(gòu)安安全，，其平平面形形式要要求規(guī)規(guī)