高层建筑结构设计-2n

高层建筑结构授课老师：XX1第二章高层建筑结构体系与结构布置2.1概述2.2结构布置原则2.3楼盖结构布置2.4基础结构布置2.5水平位移限值和舒适度要求2.6结构布置实例22.1概述高层建筑结构以材料来分有配筋砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构和钢-混凝土混合结构等。砌体结构强度较低、抗拉抗剪能力较差，难以抵抗水平作用产生的弯矩和剪力，因而一般情况下采用配筋砌体。钢筋混凝土结构强度较高、抗震性能较好、并且具有良好的可塑性。3钢结构强度高、自重较轻、具有良好的抗震性能，并能适应建筑上大跨度、大空间的要求。钢-混凝土混合结构是钢框架与钢筋混凝土筒体的结合，在结构体系上将钢筋混凝土结构和钢结构的优点结合起来。42.1概述高层建筑结构体系：框架结构体系剪力墙结构体系框架—剪力墙结构体系筒体结构体系巨形结构悬挂结构体系不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能5建筑分类低层：1～2层多层：3～9层高层：≥10层或＞28m（《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002）超高层：＞100m6高层建筑的受力与变形特点低层建筑：水平荷载产生的内力和位移，可忽略。多层建筑：水平荷载产生的内力和位移，逐渐增大。高层建筑：水平荷载产生的内力和位移，成为控制因素。竖向荷载N=ΣN水平均布荷载下：7随着层数和高度的增加，水平作用对高层建筑结构安全的控制作用更加显著。高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的结构体系密切相关。82.1.1框架结构体系框架是由梁和柱通过节点刚结而成的结构体系。如果整幢结构都由框架作为抗侧向力单元，就称为框架结构体系。其优点是：①建筑平面布置灵活，分隔方便；②整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力；③外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。其缺点是：侧向刚度小，与剪力墙结构相比，其抵抗侧向变形能力较差。正是这一点，限制了框架结构的建造高度。9随着结构高度的增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理，因此在使用上层数受到限制。10框架柱的布置11框架的变形

1）框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧向位移。2）在水平力作用下，框架产生弯曲变形（由柱子拉伸和压缩引起的水平位移）和剪切变形（框架结构的整体受剪）2）当框架的高宽比H/B小于等于4时，框架以剪切变形有主，弯曲变形可以忽略。3）剪切变形的特点是结构的层间位移随楼层的增高而减少。1213框架结构的薄弱环节框架节点是内力集中、关系到结构整体安全的关键部位。震害表明，节点常常是导致结构破坏的薄弱环节。14填充墙的破坏由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震下结构整体位移和层间位移都较大，容易产生震害。此外，非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。抗震设计的框架结构需加强梁、柱和节点的抗震措施外，还需注意填充墙的材料以及填充墙与框架的连接方式，以避免框架变形过大时填充墙的损坏。152.1.2剪力墙结构体系一般是在钢筋混凝土结构中，用实心的钢筋混凝土墙片作为抗侧力单元，同时由墙片承担竖向荷载。其优点是：①整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强；结构顶点水平位移和层间位移通常较小。②抗震性能较好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力。因而剪力墙结构适宜的建造高度比框架结构要高。其缺点是：受楼板跨度的限制（一般为3～8m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活。16剪力墙布置实例17剪力墙布置实例18剪力墙的变形及其特点1）剪力墙的水平位移由弯曲变形和剪切变形两部分组成，以弯曲变形为主。2）其位移曲线呈弯曲形，特点是结构层间位移随楼层增高而增加。1920为何住宅的旅馆适用采用剪力墙结构？1.由于其开间小，墙体较多，房间面积不太大；2.房间内不露出梁柱棱角、整体美观。21如何使剪力墙结构满足大空间的要求？为了满足布置门厅、餐厅、会议室、商店和公用设施等大空间的要求，可以在底部一层或数层取消部分剪力墙而代之以框架，形成框支剪力墙结构。22这种墙体上、下刚度形成突变，对抗震极为不利。故在地震区不允许采用框支剪力墙结构体系。可以采用部剪力墙分落地、部分剪力墙框支的结构体系，并且在构造上：①落地墙布置在两端或中部，纵、横向连接围成筒体；②落地墙间距不能过大；③落地剪力墙的厚度和混凝土的等级要适当提高，使整体结构上、下刚度相近；④应加强过渡层楼板的整体性和刚度。如何解决框支剪力墙刚度突变的问题？232.1.3框架－剪力墙结构体系将框架、剪力墙两种抗侧力结构结合在一起使用，就形成了框架－剪力墙结构体系。这种结构形式具备了纯框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有纯剪力墙结构较大刚度和较强抗震能力的优点。广泛用于高层办公建筑和旅馆建筑中。24在框架－剪力墙结构体系中，剪力墙的布置应注意以下几点①剪力墙以对称布置为好，可减少结构的扭转。这一点在地震区尤为重要；②剪力墙应上下贯通，使结构刚度连续而且变化均匀；③剪力墙宜布置成筒体，建筑层数较少时，也应将剪力墙布置成T型、L型、I型等。便于剪力墙更好地发挥作用；④剪力墙应布置在结构的外围，可以加强结构的抗扭作用。但是考虑温度应力的影响和楼板平面内的变形，剪力墙的间距不应过大。剪力墙间距应符合下表的要求。2526框架-剪力墙结构布置实例27框架-剪力墙的受力特点是什么?1）剪力墙承受大部分剪力，框架受力状况和内力分布得到改善。2）框架所承受的水平剪力减少且沿高度分布比较均匀。3）剪力墙负担大部分的水平荷载，而框架则以负担竖向荷载为主，两者共同受力，合理分工，物尽其用。28*。框架-剪力墙结构的变形特点是什么？框架-剪力墙结构即有框架又有剪力墙，它们之间通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起，在水平力作用下，使它们水平位移一致，不能各自变形，在不考虑扭转的情况下，在同一楼层的位移必须相同。框架-剪力墙结构在水平力作用下的变形曲线呈反S形的弯剪位移曲线。292.1.4筒体结构体系由若干片剪力墙围成的井筒结构，形成一个竖向布置的空间刚度很大的薄壁筒体，也可以用密柱框架或壁式框架围合形成空间整体受力的框筒，作为建筑的竖向承重和抵抗侧向力的结构体系，称其为筒体结构体系。筒体结构是一种空间受力性能较好的结构体系，它比框架或剪力墙结构具有更大强度和刚度，犹如一个固定于基础的封闭箱形悬臂构件，具有良好的抗弯抗扭性能。该类结构体系根据筒的布置、组成和数量等又可分为框架-筒体结构体系、筒中筒结构体系和成束筒结构体系等。303132（1）框架-筒体结构体系一般中央布置剪力墙薄壁筒，它承受大部分水平力；周边布置大柱距的稀柱框架，它的受力特点类似于框架-剪力墙结构。也有把多个筒体布置在结构的端部，中部为框架的框架-剪力墙结构形式。33框架-剪力墙（筒体）结构布置实例34（2）筒中筒结构体系框筒结构可以在外围立面内用斜撑加强，还可以在房屋内部增设剪力墙筒体或内部核心筒体，于是形成由两个或两个以上的筒体作为竖向承重和抗侧力结构的高层房屋结构体系。一般情况内部核心筒利用电梯间、楼梯间和设备间等墙体和支撑构成，楼面结构将外框筒和内框筒连接在一起，使二者形成一个整体抵抗水平荷载。内筒不仅承受竖向荷载，也承受水平荷载。筒中筒结构体系在水平荷载作用下的受力性能接近于框架-剪力墙结构，但是筒中筒结构的刚度要比一般框架强得多。353637（3）成束筒结构体系

当多个筒体组合在—起时，形成了整体刚度很大的束筒结构，建筑结构内部空间也较大，平面可以灵活划分，适用于多功能、多用途的超高层建筑。著名的西尔斯大厦就是由九个方块筒组成的，并逐步向上收缩。38西尔斯大厦39西尔斯大厦的束筒布置402.1.5巨型结构体系随着高层建筑功能、造型要求的提高，建筑师对大空间的需求越来越迫切，于是结构工程师提出了新颖的巨型结构体系。这种结构体系的主要特点是布置若干个“巨大”的竖向支承结构(组合柱、角筒体、边筒体等)，并与梁式或桁架式转换楼层结合，形成一种巨型框架或巨型桁架的结构体系。41*巨型框架结构体系巨型框架结构：楼、电梯井组成大尺寸箱形截面巨型柱，有时也可以是大截面实体柱，每隔若干层设置一道1-2层楼高的巨型梁，它们组成刚度极大的巨型框架，是承受主要水平力和竖向荷载的一级结构；上下层巨型框架梁之间的楼层梁柱组成二级结构，其荷载直接传递到一级结构，其自身承受的荷载较小，构件截小，增加了建筑布置的灵活性和有效使用面积。紧靠上层巨型梁的楼层，甚至可以不设柱，形成较大空间。42巨型桁架结构以大截面的竖杆和斜杆组成悬臂桁架，主要承受水平和竖向荷载。楼层竖向荷载通过楼盖、梁和柱传递到桁架的主要杆件上。43444546此外，还有其它一些高层建筑结构体系，如悬挂结构体系、板柱结构体系等也得到应用。但应用最广的还是框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构和筒体结构等结构体系。4748492.2结构布置原则注重概念设计，重视结构的选型和平、立面布置的规则性。择优选用抗震和抗风性能良好且经济合理的结构体系，加强构造措施。在抗震设计中应保证结构的整体抗震性能，使整体结构具有必要的承载力、刚度和延性。502.2.1高层建筑结构抗震设防布置原则是什么？1）选择有利的场地，避开不利的场地（基岩有活动性断层和破碎带，不稳定的滑坡地带，场地冲积层过厚、沙土液化、湿陷黄土等），采取措施保证地基的稳定性。2）保证地基基础的承载力、刚度，以及足够的抗滑、抗倾覆能力。防止过大的不均匀沉降、倾覆和局部开裂。513）合理设置防震缝。一般情况下宜采取调整平面形状与尺寸，加强构造措施，设置后浇带，尽量不设缝、少设缝。设缝时必须保证有足够的缝宽。4）应有明确的计算简图和合理的地震作用传递路径。结构平面布置力求简单、规则、对称。避免凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置电梯间；避免楼电梯间偏置。结构竖向体形尽量避免外挑、内收，力求刚度均匀渐变。525）多道设防能力。如框架为强柱弱梁，梁屈服后柱仍能保持稳定；剪力墙结构，强墙肢弱连梁。6）合理选择结构体系。框架、框剪、剪力墙、筒体结构。7）结构应有足够的刚度。控制结构顶点总位移和层间位移。“小震不坏，大震不倒”538）结构应具有足够的结构承载力、变形能力及耗能能力，具有较均匀的刚度和承载力分布。9）节点的承载力应大于结构的承载力。10）应防止构件脆性破坏，保证构件有足够的延性。11）突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承受鞭梢效应的影响。12）减轻结构自重。如采用轻质高强材料542.2.2房屋适用高度和高宽比钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比应分为A级和B级。A级高度的高层建筑是常规的、一般的建筑。B级高度的高层建筑指较高的，因而是设计有更严格要求的建筑。B级高度高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可较A级适当放宽，其结构抗震等级、有关的计算和构造措施应相应加严。55A级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最大适用高度应符合表4-4要求。56其高度超过表4-4规定时为B级高度高层建筑。B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑最大适用高度应符合表4-5的规定。57高宽比大于5的高层建筑应进行整体稳定验算和抗倾覆验算。582.2.3结构平面布置原则*结构平面布置原则是什么？1）高层建筑的开间、进深尺寸和构件类型应尽量减少规格，以利于建筑工业化。2)建筑平面形状宜选用风压较小的形式，并应考虑高层建筑对其风压分布的影响。3）结构平面形状和刚度均匀对称，减少扭转的影响。4）建筑平面应力求简单、规则。594.3.3抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面布置宜符合下列要求：1平面宜简单、规则、对称，减少偏心；

2平面长度不宜过长，突出部分长度l不宜过大（图4.3.3）；L、l等值宜满足表4.3.3的要求；

3不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。6061为了保证楼板平面内刚度较大，使楼板平面内不产生大的振动变形，建筑平面长宽比不宜过大，一般宜小于6，以避免两端相距太远，振动不同步，产生扭转等复杂的振动而使结构受到损害。建筑平面突出部分长度应尽可能小。平面凹进时，应保证楼板宽度足够大。Z形平面应保证重叠部分足够长。在凹角附近楼板容易产生应力集中，要加强楼板的配筋。624.3.7艹字形、井字形等外伸长度较大的建筑，当中央部分楼、电梯间使楼板有较大削弱时，应加强楼板以及连接部位墙体的构造措施，必要时还可在外伸段凹槽处设置连接梁或连接板。634.3.8楼板开大洞削弱后，宜采取以下构造措施予以加强：1加厚洞口附近楼板，提高楼板的配筋率；采用双层双向配筋，或加配斜向钢筋；

2洞口边缘设置边梁、暗梁；

3在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋。6465平面不规则的类型扭转不规则凹凸角不规则664.3.5结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。67局部不连续大开洞错层平面不规则的类型684.3.6当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。楼面凹入或开洞尺寸不宜大于楼面宽度的一半；楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30%；在扣除凹入或开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度不宜小于5m，且开洞后每一边的楼板净宽度不应小于2m。69当超过一项指标，则称为平面不规则。当超过多项，或一项超过较多，具有较明显的抗震薄弱部位，将会引起不良后果，称为特别不规则。严重不规则是指体型复杂，多项不规则指标超过表中指标或某一项大大超过规定值，具有严重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。注：以上规定主要针对钢筋混凝土和钢结构的多层和高层建筑。702.2.4结构竖向布置原则1。建筑结构竖向布置应使体型规则、均匀，避免有较大的内收和外挑，结构承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。2。高层建筑高宽比不宜过大。3。高宽比大于5的建筑应进行整体稳定性和倾覆验算。7172竖向不规则的类型沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层）竖向抗侧力构件不连续734.4.1高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。4.4.2抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。（侧向刚度不规则）744.4.5抗震设计时，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍（图4.4.5a、b）；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m（图4.4.5c、d）。（侧向刚度不规则）7576*结构竖向分段有哪些原则？1）竖向变化不超过4段。2）每次改变，梁、柱尺寸减少100-150mm,墙厚减少50mm,混凝土强度降低一个等级。3）一般尺寸改变与强度改变错开楼层布置。77*结构竖向刚度突变的原因为哪些？1）结构竖向体型突变。（1）结构顶部内收形成塔楼。顶部小塔楼因鞭梢效应而放大地震作用，塔楼的质量和刚度越小，则地震作用放大越明显。在可能情况下，宜采用台阶形逐级内收的立面。（2）楼层外挑内收。结构刚度和质量变化大，地震作用下易形成较薄弱的环节。782）结构体系的变化。（1）底部大空间。部分剪力墙不落地，可能产生刚度突变。应尽量增加其它落地剪力墙、柱或筒体的截面尺寸，并适当提高相应楼层混凝土等级，尽量使刚度减少变化。（2）中部楼层部分剪力墙中断。取消的墙不宜多于1/3，其余墙应加强配筋。（3）顶部设置大空间。（取消部分剪力墙和内力）由于顶层刚度削弱，高振型影响会使地震力加大。顶层取消的墙不宜多于1/3，框架取消内柱后，全部剪力由外柱箍筋承受，顶层柱应全长加密配箍。79转换层80竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀（有薄弱层）

竖向不规则的类型814.4.3A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。（楼层承载力突变）注：楼层层间抗侧力结构受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上，该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和。82运用概念设计的典型案例马那瓜美洲银行。1972年12月23日尼加拉瓜首都马那瓜发生罕遇强烈地震，5000多人死亡，市区1万多栋楼房夷为平地。马那瓜当时最高的建筑林同炎教授于1963年设计的18层、61m高的美洲银行——一栋钢筋混凝土塔楼，虽位于震中，在楼前的街道上出现了13mm宽的地裂缝，承受着比当时设计规范（UBC，美国统一建筑规范）所要求的地面运动水平加速度0.06g大6倍的地震强度（0.35g，相当于里氏6.3～6.5级）而未倒塌，甚至未严重破坏，则引起世界结构同行的高度重视。83

马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五层高的中央银行大厦，另一幢为18层高的美洲银行大厦。当地地震烈度估计为8度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。运用概念设计的典型案例84马那瓜中央银行大厦试问：那一幢破坏严重呢？马那瓜美洲银行大厦85马那瓜美洲银行大厦结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括4个L形的筒体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。强墙肢、弱连梁。86林同炎教授在马那瓜美洲银行的多道防线、刚柔结合的概念设计思想是由4个4.6m等边的L型柔性筒（H/b=13.3＞＞7），通过每层的连梁组成一个11.6m×11.6m的正方形核心筒作为主要的抗震结构。87为了预防未知的罕遇强烈地震，林同炎教授在连梁的中部开了较大的孔洞，一方面可以用来穿越通风管道，减少楼层的结构高度；另一方面是有意识地形成该结构总体系（第一道防线）中的预定薄弱环节，在未来遭遇强烈地震时，通过控制首先在连梁开洞处开裂、屈服、出现塑性铰，从而变成具有延性和耗能能力的结构体系（第二道防线）。各分体系（L型柔性筒）作为独立的抗震单元，则整体结构变柔，自振周期变长，阻力增加，地震动力反应将大大地减小，从而可以继续保持结构的稳定性和良好的受力性能。----强墙肢、弱连梁。88即使在超出弹性极限的情况下，仍具有塑性强度，可以做到较大幅度的摇摆而不倒塌。为确保每一个L型柔性筒都可以作为有效的独立抗震单元，林同炎教授在L型筒的每面墙内的配筋几乎都是一样。马那瓜的大地震充分证实了林炎同教授这种先进的概念设计思想的创造性和前瞻性。在上世纪60年代初，世界抗震设计的经验还很不丰富，工程师们的抗震知识普遍不足，正如美国ATC规程编制者RonaldSharpe所言：“到目前为止，抗震设计尚不能称之为一门科学，而是一门艺术，很多问题的解决要靠工程判断”。89分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。90中央银行大厦

1）平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。4层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高45cm长14m小梁上。912）竖向不规则塔楼上部（4层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重不均匀，不连续。中央银行15层，框架结构，剪力墙较少，抗侧刚度小，质量中心与刚度中心偏离，在1972年尼加拉瓜地震中严重破坏。92主要破坏第4层与第5层之间(竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；

横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板(有的宽达1cm),直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均严重破坏或倒塌。93震后计算分析结果:1.结构存在十分严重扭转效应;2.塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足,率先破坏；3.水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。942.2.5设变形缝的原则*．变形缝可分为哪三种，它间之间的区别是什么？变形缝可分为伸缩缝、沉降缝和防震缝。伸缩缝和防震缝仅将基础以上的房屋分开，而沉降缝则将房屋连同基础一起分开，伸缩缝的缝宽比防震缝小。9596*．为什么要设置变形缝？1）伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生裂缝而设置的。2）沉降缝是为了避免地基不均匀沉降时（如地基础有显著变化）在房屋构件中产生裂缝而设置的。3)防震缝是为了避免由这种附加应力和变形引起震害而设置的。（刚度、高度和重量、自振频率、相互挤压、附加拉力，剪力和弯矩）（建筑的层数、质量、刚度差异较大，或有错层）97*． 设置变形缝产生新的问题是什么，应采取什么措施？1）由于缝两侧需布置剪力墙或框架而使建筑使用不便。2）建筑立面处理困难。3)地下部分容易渗漏，防水困难。4）地震中防震缝两侧结构产生弹塑性变形，可能因楼层位移增大而发生相互碰撞，加重震害。5）高层建筑结构宜调整平面形状、尺寸和结构布置，采取构造和施工措施，尽量不设变形缝；当需要设缝时，则应将高层建筑结构划分为独立的结构单元，并设置必要的缝宽，以防止震害。98（1）伸缩缝*．伸缩缝是如何产生的？由于温度变化，混凝土产生收缩变形，当该变形受到约束时，会在房屋的一部分构件中引起拉伸变形和拉应力，当某些构件（如楼板、墙体）过长时，拉应变和拉应力会超过极限值而引起开裂。99根据墙体的材料、厚度及施工条件，伸缩缝可做成平缝、错口缝、企口缝等形式（图17.1）。外墙伸缩缝内应填塞具有防水、保温和防腐性能的弹性材料，如沥青麻丝、泡沫塑料条、橡胶条、油膏等。如图17.2（a）所示。内侧缝口通常用具有一定装饰效果的木质盖缝条、金属片或塑料片遮盖，仅一边固定在墙上，如图17.2（b）所示。100图17.1墙体伸缩缝的形式（a）平缝；（b）错口缝；（c）企口缝101图17.2墙身伸缩缝（a）外侧缝口；（b）内侧缝口102钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距（m）

103注：1框架-剪力墙的伸缩缝间距可根据结构的具体布置情况取表中框架结构与剪力墙结构之间的数值；2当屋面无保温或隔热措施、混凝土的收缩较大或室内结构因施工外露时间较长时，伸缩缝间距应适当减小；3位于气候干燥地区、夏季炎热且暴雨频繁地区的结构，伸缩缝的间距宜适当减小。104*． 为什么设计时一般不计算高层钢筋混凝土结构由于温度、干缩等产生的内力？1） 高层建筑温度场分布和材料干缩参数很难确定。2）混凝土既有塑性变形，又有徐变和应力松驰，实际的内力要远小于按弹性结构的计算值。3)由于施工顺序逐层建造，许多变形的内力在施工过程中逐步重分布乃至消失。4）因此高层建筑的温度收缩问题是通过设温度缝这个构造来解决的。105*． 什么情况下可增大伸缩缝的间距？1）在温度变化影响较大的部位提高配筋率。2）顶层加强保温隔热措施，避免屋面结构温度变化过于激烈。3)顶层可局部变为刚度较小的形式，或顶层设温度缝。4）施工中预留后浇带。施工过程中混凝土可以自由收缩，从而大大减少了收缩应力。混凝土的抗拉强度可以大部分用来抵抗温度应力。106*． 后浇带施工的注意事项是什么？1）后浇带混凝土在主体混凝土施工后60天浇注，至少也不应少于30天。2）后浇带混凝土浇筑时的温度宜低于主体混凝土浇注时的温度。3)后浇带应贯通建筑物的整个横截面，使得缝两边结构可自由伸缩。4）后浇带可选择对结构影响较小的部位曲线通过。5）后浇带两侧结构长期处于悬臂状态，所以支撑模板不能全部拆除。107108109（2）沉降缝*．什么情况下设置沉降缝？1）高度差异或荷载差异较大处。2）上部不同结构体系或结构类型的相邻交界处。3)基础土的压缩性有显著差异处。4）基础处理方法不同处，如部分为地下室，部分为非地下室；部分为桩基，部分为天然地基。110沉降缝一般兼起伸缩缝的作用，其构造与伸缩缝构造基本相同，只是调节片或盖缝板在构造上应保证两侧墙体在水平方向和垂直方向均能自由变形。一般外侧缝口宜根据缝的宽度不同，采用两种形式的金属调节片盖缝（图17.3），内墙沉降缝及外墙内侧缝口的盖缝同伸缩缝。111图17.3外墙沉降缝构造112图17.10双墙式沉降缝（a）一般基础变形缝；（b）偏心基础变形缝113图17.11挑梁式基础沉降缝114上部结构应在缝的两侧分别布置抗侧力结构，形成所谓双梁、双柱和双墙现象。115*． 如何防止房屋不均匀沉降？1）在建筑布置上力求平面形状简单和房屋高度、重量均匀及采取加强房屋整体刚度的措施（如设圈梁等）；2）或采用端承桩或利用刚度很大的基础；3）或在施工中留出后浇带作为临时沉降缝；4）在必要时设置沉降缝，将沉降显著不同的部分分开，使各单元的沉降比较均匀。116*．建筑不均匀沉降的处理方法有哪些？1）放--设沉降缝。2）抗--采用端承桩或利用刚度很大的基础。3）调--在设计与施工中采取措施，调整各部分沉降，减少其差异，降低由沉降差产生的内力。117*．“调”的方法有哪些？1）调整地基土压力--如主楼和裙房采用不同的基础形式。2）调整施工顺序--施工先主楼，后裙房。3）预留沉降差--主楼标高定得稍高，裙房标高定得稍低。118沉降缝的宽度119（3）防震缝*．什么情况下宜设置“防震缝”？1）平面长度和突出部分尺寸较长，而又没有采限有效措施。2）各部分结构刚度、荷载或质量相差悬殊，而又没有采取有效措施时。3）房屋有较大错层时。120防震缝构造与伸缩缝、沉降缝构造基本相同。考虑防震缝宽度较大，构造上更应注意盖缝的牢固、防风、防雨等，寒冷地区的外缝口还须用具有弹性的软质聚氯乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料等保温材料填实（图17.4）。121图17.4墙体防震缝构造（a）外墙转角；（b）外墙平缝；（c）内墙转角；（d）内墙平缝1224.3.10设置防震缝时，应符合下列规定：1防震缝最小宽度应符合下列要求：1）框架结构房屋，高度不超过15m的部分，可取70mm；超过15m的部分，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；2）框架-剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的70%采用，剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的50%采用，但二者均不宜小于70mm。1232防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度应按不利的结构类型确定；防震缝两侧的房屋高度不同时，防震缝宽度应按较低的房屋高度确定；3当相邻结构的基础存在较大沉降差时，宜增大防震缝的宽度；4防震缝宜沿房屋全高设置；地下室、基础可不设防震缝，但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接；5结构单元之间或主楼与裙房之间如无可靠措施，不应采用牛腿托梁的做法设置防震缝。124*．确定变形缝宽度的原则是什么？考虑施工偏差后，当结构产生伸缩变形、不均匀沉降变形以及地震变形时，房屋各独立单元应互不相碰。1252.3结构布置实例2.3.1现浇楼盖和装配整体式楼盖*结构体系与建筑物的高度1）框架结构适用于抗震设防烈度较低或不考虑地震作用，层数较少，高度较低的建筑。2）框架-剪力墙结构能适应100m左右高度建筑3）筒体结构适用于150m左右高层建筑。1262.4楼盖结构布置*为什么高层建筑楼盖必须有足够的刚度？1）高层建筑中各竖向抗侧力结构（剪力墙、框架和筒体等）通过水平的楼盖连接为空间整体。2）水平力将通过楼板平面进行传递和分配，要求楼板在自身平面内有足够的刚度。127*采用装配式楼板时，如何进行加强？1）装配式楼板可通过现浇板缝连接为整体现浇板缝宽50mm，放置一根钢筋，用高强混凝土充填密实。（50m以下，刚度相差不十分悬殊的剪力墙结构和框架结构）2）框架剪力墙结构要在预制楼板上设置现浇面层。（50m以下，刚度相差较大的框架-剪力墙结构）128板缝配筋129现浇面层：混凝土强度不低于C20，不应高于C40，并应双向布置φ6-φ8间距150-200mm的钢筋网片，钢筋应伸入剪力墙，或与预留的锚筋连接。130*对于高度小于50米的高层建筑，哪些重要部位应采用现浇楼盖？1）房屋的顶层。2）结构的转换层。3）楼盖有大的开洞处。4）平面过于复杂，突出部分长度较大处。对于高度大于50米的建筑及9度抗震设防的建筑（特别是框架-剪力墙结构），宜采用现浇楼盖。混凝土强度不低于C20，不宜高于C40。131*楼盖结构有哪些？1）梁板式楼盖：不便于布置管线。2）密肋楼盖：经济技术指标较好。3）无梁楼盖：可采用升板法施工。4）非预应力平板：降低建筑层高。5）预应力平板:跨度较大。132（2）梁截面尺寸的估计梁截面宽度与高度之比为1/2-1/4，且至少比柱宽小50mm。特殊情况下也可设计宽扁梁。133（3）板厚的估计满足上述要求可不进行挠度和裂缝宽度计算。134梁板式楼盖是最普遍的楼板型式，它有较好的技术经济指标。楼盖结构占用空间大，不便于布置管线，要求较大的层高。在框架、框剪结构中，常用预制楼板、十字型预制梁组成装配式楼盖，这时宜在预制板上按要求设置现浇面层。135扁梁楼盖136梁的布置（a）主梁沿横向布置；（b）主梁沿纵向布置；（c）不设主梁137常用的预制板类型138空心板的类型139梁的截面形式140预制板灌缝及面层(a)预制板灌缝；（b）预制板面层141板与支承墙（梁）的连接142板与非支承墙的连接(a)板与非支承墙连接；（b）板长≥5m配锚拉筋；（c）板长≥5m配圈梁143叠合楼盖144密肋楼盖多用于跨度大，梁高受限制情况下。筒体结构角区楼板也常用双向密助楼盖，肋距一般为1.2m。145密肋楼盖井式楼盖146可采用轻质料块（如泡沫混凝土块等）填充形成密肋，也常用塑料模壳施工。147现浇普通钢筋混凝土密肋板跨度一般不大于9m，预应力混凝土密肋板跨度不大于12m。148当框架结构在使用荷载较大而层高受限情况下，可以采用无梁楼盖形式。无梁楼盖还适用于施工场地狭窄，只能升板（升层）施工的情况。无梁楼盖设柱帽以提高板柱结构的抗水平力性能和防止板的冲切破坏。149非预应力平板非预应力平板广泛应用于剪力墙结构和筒体结构，可以降低建筑物层高，板底平整可以不加吊顶，施工方便。非预应力平板一般为实心板，跨度不超过7m。特制轻质管形成空心的现浇非预应力楼盖已经开始使用，由于板内有圆形空腔，自重降低，取得较好的效果。150*预应力平板有哪些类型？1）预应力空心板2）预应力大楼板3）预应力叠合板：4）无粘结预应力现浇平板151预应力空心板低碳冷拔丝或高强钢丝先张法预应力空心板使用较为广泛。要采取构造措施保证楼盖的整体性（如板间灌缝，设置现浇面层）要加强板端与剪力墙及框架梁的连接，以保证楼盖的整体性。152预应力大楼板可双向布置先张法预应力钢筋。板边常做为齿槽形凸出以支承在剪力墙上。大楼板整体性好，周边与剪力墙相连，具有良好的抗震性能。需要双向预应力台座，构件重量和尺寸较大，对运输和起重设备要求较高。153预应力叠合板在工厂预制预应力薄板，厚度为50-60mm，尺寸视运输条件决定。预应力薄板容易开裂，需专门拖车运到现场吊装。它既是现浇部分的模板，又是楼板结构的一部分。叠合前，要在预应力薄板上绑扎现浇板的钢筋，然后浇筑混凝土。预应力薄板刚度较小，安装后应适当加临时支撑。154无粘结预应力现浇平板预应力钢筋由工厂按设计长度连同锚具、塑料管一起作为产品生产。到工地后在绑扎楼板钢筋时同时放置。浇筑楼板混凝土，等到达预应强度等级后，张拉预应力。由于不再向预应力管道灌浆，因而预应力钢筋与混凝土之间不再有粘结力，全部由锚头传递。1552.5基础结构布置高层建筑的基础是整个结构的重要组成部分，关系到整个结构安全与经济。高层建筑基础结构布置，应根据上部结构形式、荷载等级、工程地质条件、施工条件等因素综合确定。基础底面积的形心，应与上部结构永久荷载的合力中心相重合。156基础设计应满足以下要求：(1)基础的承载力应满足规范要求；(2)基础总沉降量和差异沉降量控制在允许值范围内。(3)满足建筑物地下室部分的防水要求；(4)基础施工应避免和减轻对相邻建筑物的影响和干扰；(5)考虑综合经济技术指标，设计应考虑使用条件、施工条件和施工工期。1572.4.1基础类型*高层建筑基础的类型有哪些？1）钢筋混凝土筏形基础；（当建筑层数不多，地基土质较好、上部结构轴线间距较小且荷载不大时）2）箱形基础：具有较大的结构刚度和整体性（适用于上部结构荷载较大而地基土较软弱的情况），可使部分土体重量得到置换。3）桩基：承载力可靠，沉降小。（适用于软弱地基土和可能液化地基条件）158159160筏形基础不必设置很多内部墙体，可以形成较大的自由空间，便于地下室的多种用途，因而能较好地满足建筑功能要求。161筏形基础如同倒置的楼盖。梁板式筏形基础的梁可设置在板上或板下（土体中）。162163筏板基础的配筋要求、配筋率、间距和直径如同一般的楼盖，板式筏形基础配筋同无梁楼盖，采用双向钢筋网片配置在板的顶面和底面。平板式筏基的板的最小厚度不应小于400mm.梁板式筏基的板厚不应小于300mm。采用筏形基础的地下室，地下室钢筋混凝土外墙的厚度不应小于250mm，应考虑变形、抗裂及防渗等要求。164施工后浇带每隔30～40m设置一道，以防收缩裂缝的产生。设置在柱距三等分的中间1/3范围内。宜采用早强、补偿收缩混凝土。165箱形基础由数量较多的纵向与横向墙体和有足够厚度的底板、顶板组成刚度很大的箱形空间结构。箱形基础166*箱基的特点是什么？1）能利用自身的刚度调整沉降差异，抵抗和协调地基的不均匀变形，减少由于沉降产生的结构内力。2）整体刚度好，能将上部荷载均匀地传递到地基和基础上。3）使得部分土体重量得到置换，降低了土压力。4）箱形基础有间距较密的纵横墙，而且墙上开洞面积受到限制，因此，当地下室需要较大空间和建筑功能上要求较灵活布置时（如地下商场等），就难以采用箱形基础。167应力求减少上部荷载合力与地基反力合力的偏心距。箱基高度不宜小于箱基长度的1/20，且不宜小于3m。同一结构单元应全部采用箱基，箱基的埋深应一致。箱形基础应沿周边布置外墙，外墙就是挡土墙。168外墙采光洞和内墙门洞都在同一截面上，形成薄弱点集中，受力不利。169墙体分布不合理，缺少内纵墙或内横墙。170有一个方向墙全部不贯通，形成薄弱截面171洞口沿墙边设置，不符合洞口位置的要求。172洞口沿柱边设置，不符合洞口位置的要求。173使框架柱的荷载能有效地扩散，并避免由于施工误差造成柱子脱空。174175桩基当地基浅层土质软弱，不能满足承载力和沉降要求时，采用桩基础将荷载传到下部坚实的土层，或通过桩侧面与土体的摩擦力来达一强度与变形要求。*桩基的类型是什么？1）端承桩：桩身穿过软弱土层或可液化土层支承在坚实可靠的土层上。2）磨擦桩：桩身穿过可液化土层，深入非液化土层内。176177当采用大直径灌注桩时，直径可达1.5～3m，单桩承载力达5000～10000kN，可以用集中在柱下、墙下布桩，直接支承的方式，由于柱、墙荷载直接传给桩，所以基础底板受力很小，厚度可以减薄，如深圳发展中心大厦和深圳国贸中心大厦便是这种方案。相反，采用小尺寸预制桩时，由于单桩承载力较小，需要桩数多，只能采用均匀布桩的方式，此时上部柱、墙荷载要由基础底板传递，底板受力较大，因而底板要较厚。178179180预制混凝土桩：可在现场或工厂预制。截面尺寸小，承载力有限，因而桩数较多。灌注桩：分为钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、沉管灌注桩和挖孔灌注桩。大直径扩底墩：由扩大的端承载力来支持上部结构，墩身直径可达800～2600mm。这种桩承载力高、传力直接、墩底土质可以直接检查，施工速度快，适合于场地狭窄情况下施工。181大直径扩底墩应支承在承载力较高的坚硬土层上。大直径扩底墩应在无地下水或人工降低地下水位后条件下施工。182当采用机械成孔人工扩底施工时，应在机械成孔后加临时钢筋笼作护壁或采取其它安全保护措施。1832.4.2基础选型的原则是什么？1）当地基土质均匀，承载力高而沉降量小时，可以采用天然地基和竖向刚度较小的基础。反之，则应采用人工地基或竖向刚度较大的整体式基础。2）当高层建筑直接搁置于未风化或微风化的岩层上，或者层数较少的独立裙房，可采用单独基础和条形基础。3）当采用桩基时，应尽可能采用单根、单排大直径桩或扩底墩，使上部结构的荷载直接由柱或墙体传至桩顶，基础底板因此可以做得很薄。1842.4.3基础埋深*为什么高层建筑基础必须有足够的埋置深度?(1)防止在水平风力和水平地震作用下基础发生滑移和倾斜