多層及高層房屋結(jié)構(gòu)的組成

第2章

多層及高層房屋結(jié)構(gòu)2.1多、高層房屋結(jié)構(gòu)的組成2.2樓蓋的布置方案和設(shè)計(jì)2.3柱和支撐的設(shè)計(jì)2.4多、高層房屋結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)計(jì)算2．1多、高層房屋結(jié)構(gòu)的組成多層和高層房屋建筑之間并沒(méi)有嚴(yán)格的界線(xiàn)。根據(jù)房屋建筑的荷載特點(diǎn)及其力學(xué)行為，尤其是對(duì)地震荷載的反應(yīng)，大致可以12層(高度約40m)為界。

一、多高層房屋結(jié)構(gòu)的類(lèi)別

多、高層房屋鋼結(jié)構(gòu)中，側(cè)向荷載的影響顯著。按抵抗側(cè)向荷載作用的功效可分為：框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)是平面布置較靈活，剛度分布均勻，延性較大，自振周期較長(zhǎng)，對(duì)地震作用不敏感，側(cè)向剛度小。柱距一般控制在6~9m范圍內(nèi)，次梁間距以3~4m為宜；一般不超過(guò)30層時(shí)比較經(jīng)濟(jì)。美國(guó)休斯敦印地安納廣場(chǎng)大廈——框架結(jié)構(gòu)高121m(29層)，平面尺寸為43.7m43.7m的正方形，柱距約7.6m。1.框架結(jié)構(gòu)：萊鋼開(kāi)發(fā)的青島即墨鋼結(jié)構(gòu)住宅2.框剪結(jié)構(gòu)：在框架結(jié)構(gòu)上設(shè)置適當(dāng)?shù)闹位蚣袅?，或二者皆設(shè)。在側(cè)向荷載的作用下，純框架的側(cè)向位移呈剪切變形模式，抗剪結(jié)構(gòu)呈彎曲變形模式，二者組合而成的框剪結(jié)構(gòu)則顯著減少了純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。在地震區(qū)，具有雙重設(shè)防的優(yōu)點(diǎn)。可用于不超過(guò)40~60層的高層建筑。側(cè)向位移模式剪力墻可以是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，也可是鋼板結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)需要采取一些構(gòu)造措施，避免地震時(shí)可能發(fā)生的應(yīng)力集中破壞；鋼板結(jié)構(gòu)可取8~9mm厚的鋼板制成。研究表明：側(cè)向剛度相同時(shí)，鋼板剪力墻的框剪結(jié)構(gòu)比框架結(jié)構(gòu)用鋼量少。高153m(地上43層)的上海錦江飯店分館，采用帶支撐和鋼板剪力墻的框剪結(jié)構(gòu)，其平面尺寸為32mx32m的正方形，柱距為8m。不設(shè)抗剪結(jié)構(gòu)將最外層框架柱加密(不超過(guò)3m)，用深梁將其相互剛性連接，使外層框架在側(cè)向荷載的作用下，具有懸臂箱形梁的力學(xué)行為。3.框筒結(jié)構(gòu)：內(nèi)筒及其他豎向構(gòu)件主要承受豎向荷載，剛性樓面作為框筒的橫隔，增強(qiáng)筒的整體性。為了避免剪力滯后造成角柱的軸力過(guò)大，可控制框筒平面的長(zhǎng)寬比不宜過(guò)大(平面迎風(fēng)面的長(zhǎng)度超過(guò)45m時(shí)筒體效果降低)；加大框筒梁和柱的線(xiàn)剛度比?？蛲步Y(jié)構(gòu)橫向剛度較大，可適用的建筑高度超過(guò)90層。在框剪結(jié)構(gòu)中，形成筒體的構(gòu)面內(nèi)存在的剪切變形，即為剪力滯后。

高411m(110層)的原美國(guó)紐約世貿(mào)中心大廈是帶有裙房的框筒結(jié)構(gòu)，其平面尺寸為240根柱子組成的正方形，柱距1.02m；內(nèi)筒由中央電梯井的47根柱子組成。陣風(fēng)作用下實(shí)測(cè)到的屋頂最大橫向位移僅為0.46m(不足計(jì)算值1．02m的50％)，約為其高度的1／950，證明框筒結(jié)構(gòu)具有良好的抗側(cè)力性能。

馬來(lái)西亞雙塔樓：88層，450米，框—筒結(jié)構(gòu)，1996年建成?？蛲步Y(jié)構(gòu)是筒體結(jié)構(gòu)的一種，稱(chēng)為筒中筒結(jié)構(gòu)。深圳發(fā)展中心大廈束筒結(jié)構(gòu)是由各筒體間共用筒壁的一束筒狀結(jié)構(gòu)組成，是為了減緩框筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后效應(yīng)而提出來(lái)的。利用第35、66、90三個(gè)設(shè)備層，設(shè)置一層樓高的桁架，提高框筒抵抗豎向變形的能力。束筒結(jié)構(gòu)方案可靈活地組成平面形式，也可將各筒體在不同的高度中止，以獲得豐富的立面造型。筒體可用密柱深梁的鋼結(jié)構(gòu)形成，也可采用鋼筋混凝土筒體，不過(guò)常以?xún)?nèi)筒出現(xiàn)?！陡邔用裼媒ㄖ摻Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99—98)依地震設(shè)防烈度，對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)形式所適用的高度作出了規(guī)定，見(jiàn)P141表4—1，其中個(gè)別數(shù)據(jù)按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》做了調(diào)整。結(jié)構(gòu)種類(lèi)

結(jié)構(gòu)體系

非抗震設(shè)防抗震設(shè)防烈度鋼結(jié)構(gòu)

框架-支撐（剪力墻板）各類(lèi)筒體

110

260

360

110

220

300

90

200

260

50

140

180

鋼框架-混凝土剪力墻220

180

100

70

有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)

220

180

15070

6,789框架鋼框架-混凝土核心筒鋼框筒-混凝土核心筒鋼結(jié)構(gòu)和有混凝土剪力墻的

鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的適用高度（m）

4.懸掛結(jié)構(gòu)稱(chēng)芯筒體系或懸掛結(jié)構(gòu)框架、框—支、框—筒是多高層房屋結(jié)構(gòu)的最基本型式，由此可衍生出多種多樣的型式。在內(nèi)筒(通常是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu))具有足夠的抗側(cè)力剛度時(shí)，可把框—筒的外層框筒去掉，將整個(gè)建筑物懸掛在內(nèi)筒上，打破了密柱深梁對(duì)建筑設(shè)計(jì)的桎梏，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗壓性能好的長(zhǎng)處，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

通常設(shè)置一些稱(chēng)為帽桁架和腰桁架的水平桁架。5.支撐框筒結(jié)構(gòu)或桁架筒體結(jié)構(gòu)用加支撐的外圍框架代替框筒結(jié)構(gòu)，解決密柱深梁的問(wèn)題。支撐系統(tǒng)覆蓋了整個(gè)建筑物表面，又稱(chēng)大型支撐體系，它較框筒結(jié)構(gòu)更為優(yōu)越。香港中國(guó)階銀行大樓高315m(70層)的香港伙中國(guó)銀巷行大樓怖為大型支撐修筒結(jié)構(gòu)體去系。四根角破柱是由H型鋼與混久凝土的組枯合結(jié)構(gòu)，佩據(jù)稱(chēng)該大室樓與位于侍風(fēng)荷載僅介為香港一落半的紐約樸的某面積貧和高度均巧相同的建小筑物相比覆，結(jié)構(gòu)耗幕鋼量減少呢約40％。八片支激撐的平獅面位置陶?qǐng)D非抗震謝設(shè)防的多層(≤12層)鋼結(jié)構(gòu)帝房屋，還可不設(shè)聽(tīng)雙重抗耐側(cè)力體糕系，可古采用單諒純框架亡或斜撐(或剪力墻)結(jié)構(gòu)體系眨。采用框架體系時(shí)，現(xiàn)不一定把須所有的梁爛都和柱剛轎性連接，造只要側(cè)向矮剛度夠大廳，可以只植取一部分躺柱參與抗趁側(cè)力工作。采用斜撐體系時(shí)，辰只在少數(shù)啞柱間加設(shè)撓斜撐，梁和柱的蘋(píng)連接都可鼓做成鉸支研——柔性不連接。少數(shù)柱參動(dòng)與抗側(cè)力著體系，和遇多跨門(mén)式堵剛架的中巧柱做成搖聞擺柱一樣姜。梁柱剛嘆性連接欠構(gòu)造復(fù)戀雜，制御作和工折地安裝揀工作量須；抗側(cè)腐力體系味也可混合使貍用，如縱向迫用框架，刑橫向用斜敞撐體系。有抗震欣要求時(shí)把，可采途用偏心挪支撐體著系。純框架具青有很好的旅延性和耗螺能能力，精但側(cè)向剛免度較弱。軸線(xiàn)交登匯的支兼撐體系旅側(cè)向剛帥度很好晌，但支廊撐設(shè)計(jì)魚(yú)得在強(qiáng)要烈地震臨作用下炕不屈曲陶，則造梅成地震螞力過(guò)大咐，不經(jīng)睬濟(jì)合理久；若允吃許支撐斤屈曲，猛則屈曲吼后性能悶退化，奪影響它參的耗能畢能力。采用偏鮮心支撐場(chǎng)框架結(jié)悲構(gòu)，支菠撐一端依做成偏盛心交匯炭，在梁儲(chǔ)端部或袍中部形慣成耗能美梁段；栗結(jié)構(gòu)在意彈性階抗段有較酷好的剛脅度，在殖非彈性寧階段具而有很好鉤的延性維和耗能他能力。設(shè)置偏心鍋支撐的開(kāi)閱間內(nèi)，構(gòu)秩件之間的飽相互連接蛙均為剛接肥。《建筑差抗震設(shè)醉計(jì)規(guī)范仔》規(guī)定盼，超過(guò)12層的鋼結(jié)影構(gòu)應(yīng)采用住偏心支撐很框架，頂磁層可采用傭中心支撐澇；不超過(guò)12層的鋼結(jié)偷構(gòu)宜采用咬中心支撐礎(chǔ)，有條件陜時(shí)也可采色用偏心支覽撐。二、結(jié)構(gòu)布啟置1.窯平面布展置為了減登少風(fēng)壓榮作用，雖應(yīng)首選粉由光滑輕曲線(xiàn)構(gòu)莫成的凸原平面，膊減小風(fēng)籍載體型屠系數(shù)。圓形或描橢圓形錢(qián)平面比煤矩形平冠面能顯碎著降低臥風(fēng)壓的饞整體作姿用；盡誦可能采靠用中心容對(duì)稱(chēng)或談雙軸對(duì)隙稱(chēng)的平晚面，減蟻小或避稈免在風(fēng)炮荷載作釀?dòng)孟碌膲?mèng)扭轉(zhuǎn)振刑動(dòng)；避青免狹長(zhǎng)僻形平面敞，減少剪切滯縣后現(xiàn)象。框筒結(jié)構(gòu)暮采用矩形萄平面形式杯時(shí)，應(yīng)控績(jī)制其平面霞長(zhǎng)度比小鐮于1.5磚；（不滿(mǎn)足父時(shí)，宜采趕用束筒結(jié)醒構(gòu)）扭轉(zhuǎn)問(wèn)題建筑結(jié)腔構(gòu)的幾睡何形心菠、剛度擱中心、見(jiàn)結(jié)構(gòu)重熔心即建收筑三心醉。在結(jié)構(gòu)設(shè)粗計(jì)時(shí)要求盛建筑三心免盡可能匯怨于一點(diǎn),蝦即三心合首一。結(jié)構(gòu)的扭呀轉(zhuǎn)問(wèn)題就淡是指在結(jié)中構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)蝕程中未做叫到三心合邁一，在水衣平荷載作似用下結(jié)構(gòu)臉發(fā)生扭轉(zhuǎn)鑄振動(dòng)效應(yīng)機(jī)。在水平荷三載作用下果，高層建卡筑扭轉(zhuǎn)作節(jié)用的大小枕取決于質(zhì)楊量分布。為使樓層博水平力作士用沿平面記分布均勻玻,減輕結(jié)資構(gòu)的扭轉(zhuǎn)隆振動(dòng)，應(yīng)環(huán)使建筑平陶面盡可能既采用方形仿、矩形、領(lǐng)圓形、正腰多邊形等展簡(jiǎn)單平面艘形式。在某些情異況下,由擋于城市規(guī)勤劃對(duì)街道渣景觀的要秧求以及建記筑場(chǎng)地的排限制,高尼層建筑不醬可能全部鐘采用簡(jiǎn)單遙平面形式拒,當(dāng)需要覽采用不規(guī)奇則L形、T形、十躍字形等嚷比較復(fù)唱雜的平記面形式添時(shí),應(yīng)們將凸出拼部分厚垃度與寬拿度的比早值控制弟在規(guī)范瓣允許的濾范圍之老內(nèi),同仁時(shí),在馳結(jié)構(gòu)平類(lèi)面布置嬸時(shí),應(yīng)匆盡可能掘使結(jié)構(gòu)樓處于對(duì)革稱(chēng)狀態(tài)稿。（1）憂(yōu)有抗震蕩設(shè)防要求喇時(shí)，平面淚尺寸關(guān)系獲應(yīng)符合P143表4-2的要求鎮(zhèn)。≤0.5

B'

/

Bmax

大洞口寬度比

≥1

≤1.5

l'/

Bmax

l/

b

凹凸部分的長(zhǎng)寬比

≤4

≤5

L/

Bmax

L/B

平面的長(zhǎng)寬比

結(jié)構(gòu)在戚水平荷言載下是灘否會(huì)出鐘現(xiàn)扭轉(zhuǎn)頃，不僅循和平面灣圖上的冒外形有購(gòu)關(guān)，還涂和抗側(cè)電力構(gòu)件脹設(shè)置部慎位有關(guān)者?？箓?cè)力形剛度中魂心應(yīng)和岸水平合弓力線(xiàn)盡萌量接近某。偏心率是敞度量抗側(cè)饅力構(gòu)件布乖置狀況的宏力學(xué)參量譜，任一樓園層相應(yīng)于x和y方向的偏揭心率x和y可由下每式計(jì)算狗：（2）平面不規(guī)鋤則結(jié)構(gòu)1）任一層捕的偏心跪率大于0.15矛；2）結(jié)構(gòu)平璃面形狀性有凹角賊，凹角脹的伸出則部分在捧一個(gè)方身向的尺果度，超槐過(guò)該方悉向建筑具總尺寸挽的25％；3）樓唉面不連息續(xù)或剛直度突變北，包括售開(kāi)洞面艘積超過(guò)扭該層總緒面積的50％；4）抗水矮平力構(gòu)件練既不平行斗又不對(duì)稱(chēng)霞于側(cè)力體書(shū)系的兩個(gè)獄互相垂直奔的主軸。平面不規(guī)鄙則結(jié)構(gòu)，外在計(jì)算和秀構(gòu)造上應(yīng)仍作相應(yīng)處狗理。大量建筑毅震害表明煮：防震縫嘆設(shè)置不當(dāng)天導(dǎo)致高層鍛建筑在地撕震時(shí)相互歉碰撞的破鑄壞后果很色嚴(yán)重的；高層建綱筑在發(fā)姿生地震研時(shí)具有陶很大的懼側(cè)向位貼移，防支震縫的零合理設(shè)瓜置很困響難的，漏一般不察宜設(shè)置商防震縫胳。對(duì)地震淘區(qū)多高折層建筑貌應(yīng)當(dāng)建拾立精細(xì)萬(wàn)的力學(xué)瓣模型，去作較精扁確的地鑄震分析火，并采弄取相應(yīng)膚的措施喪提高其疏薄弱部猴位和構(gòu)餃件的抗艇震能力限。高層鋼結(jié)悶構(gòu)建筑，炒一般不設(shè)斯置溫度縫態(tài)，因?yàn)榻ń僦钠矫嫠嚦叽缤ǔ＠醪粫?huì)超過(guò)90m。防震縫洗設(shè)置2.豎向結(jié)獵構(gòu)布置(1)君豎向結(jié)早構(gòu)布置的采原則：1）使寨結(jié)構(gòu)各層炎的抗側(cè)力債剛度中心黨與水平合費(fèi)力中心盡兩可能重合托；2）各竹層的剛軋度中心宿應(yīng)盡可遣能在同哈一豎直必線(xiàn)上；3）建筑銅開(kāi)間、進(jìn)苦深的尺寸涂盡可能統(tǒng)蠶一。(2)水豎向結(jié)三構(gòu)布置應(yīng)竊滿(mǎn)足的要鋼求：多高層比房屋的彼橫向剛歡度、風(fēng)峰振加速洋度與其畏高寬比千有關(guān)。唇一般認(rèn)室為高寬匪比超過(guò)8時(shí)，結(jié)圣構(gòu)效能耕不佳。《建筑蘿結(jié)構(gòu)抗拖震規(guī)范滾》(GB50裙011)規(guī)定：對(duì)灘于鋼結(jié)構(gòu)竿的高層建動(dòng)筑，其高貓寬比不宜通大于P14土4表4-3的限值。設(shè)防烈度6，789最大高寬比6.56.05.5(3)豎向布抽置的不壟規(guī)則結(jié)席構(gòu)：1）樓層艦剛度小于丘其相鄰上繪層剛度的70％，且連鍋續(xù)三層總抓的剛度降變低超過(guò)50％；2）相鄰插樓層質(zhì)量弦之比超過(guò)1．5(建筑為芝輕屋蓋石時(shí)，頂聲層除外)；3）立面漫收進(jìn)尺寸租的比例為L(zhǎng)1／L<0浴.75；4）豎向謊抗側(cè)力構(gòu)有件不連續(xù)慎；5）任龍一樓層赤抗側(cè)力壁構(gòu)件的涼總受剪病承載力湊，小于桐其相鄰炕上層的80％。豎向布洪置的不栽規(guī)則結(jié)訴構(gòu)，在杏計(jì)算和錢(qián)構(gòu)造上佳作相應(yīng)水處理?？蛲步Y(jié)尼構(gòu)高寬節(jié)比不宜玻小于4，可發(fā)揮宰框筒的立更體作用；齡內(nèi)筒的邊妄長(zhǎng)不宜小擾于相應(yīng)外皆框筒邊長(zhǎng)殘的1／3；框筒的柱燒距一般為1.5~逃3.0m，且不宜大薯于層高；框筒的開(kāi)秒洞面積不北宜大于其死總面積的50％；內(nèi)外筒間摧的進(jìn)深一加般控制在10~1賞6m之間；內(nèi)筒也蜂為框筒孔時(shí)，柱若距宜與秘外框筒幟柱距相嚴(yán)同，且產(chǎn)在每層錢(qián)樓蓋處艦都設(shè)置玻鋼梁將礦相應(yīng)內(nèi)怪外柱相深連接，后保證角誼柱有足截夠的截墳面積，喜控制其左不產(chǎn)生焰嚴(yán)重的牌剪力滯爸后。角冶柱一般候?yàn)榉墙瞧嶂孛婧穹e的1.5尊~2.碎0倍；外框筒誕為矩形并平面時(shí)害，作成走切角矩構(gòu)形，以醒削減角均柱應(yīng)力吹；為提高內(nèi)枝外筒的整緞體性能，處緩解剪力端滯后，可漸設(shè)置帽桁閃架和腰桁拍架。腰桁架一加般布置于織設(shè)備層。帽桁架饅和腰桁闊架由相植互正交淺的兩組好桁架構(gòu)驢成，等天距滿(mǎn)布呼于建筑盤(pán)物的橫(縱)向，并傳貫通建藏筑物的孝縱(橫)向。4.基前礎(chǔ)埋深(1)高層建筑恩基礎(chǔ)設(shè)宜設(shè)地威下室，起西補(bǔ)償基礎(chǔ)販的作用，錄增大結(jié)構(gòu)協(xié)抗側(cè)傾的我能力，(2)主抗震設(shè)防財(cái)時(shí)，基礎(chǔ)診埋深宜一枯致，不宜策采用局部纏地下室。（3）采月用天然地?cái)偦鶗r(shí)，基消礎(chǔ)埋深不遵宜小于H/1涼5；采用樁燥基時(shí)，昂不宜小赴于H／18。基礎(chǔ)埋深位指室外地鑄