高層建築結構設計

2022-08-02 12:21:04 字數 4911 閱讀 2400

第一章1、將10層及10層以上或高度超過28m的住宅建築結構和房屋高度大於24m的其他民用建築,稱為高層民用建築。

2、高層建築的結構形式:

按功能材料分:高層建築有鋼筋混凝土結構、鋼結構以及採用鋼和鋼筋混凝土材料的混合結構形式。鋼筋混凝土結構材料**豐富、造價較低,可澆築成各種形狀,組成多種結構體系,且防火效能好,剛度大,但其自重大,結構斷面大,不宜用於建造很高的建築。

鋼結構具有結構斷面小、自重輕、強度高、抗震效能好、易於加工、施工方便等優點,但是鋼結構造價高、耐火效能不好。

按結構體系分:從結構體系上來分,常用的高層建築結構的抗側力體系主要有:框架結構、剪力牆結構、框架—剪力牆結構、筒體結構、懸掛結構及巨型框架結構等。

框架結構體系由線形桿件——樑和柱作為主要構件組成的,承受豎向和水平作用。剪力牆結構體系:利用鋼筋混凝土牆體組成的承受全部豎向和水平作風的結構。

框架—剪力牆結構體系:在框架結構中布置一定數量的剪力牆組成由框架和剪力牆共同承受豎向和水平作用的高層建築結構。筒體結構體系:

由豎向筒體為主組成的承受豎向和水平作用的高層建築結構。懸掛結構體系:在以鋼筋混凝土內筒為主要受力結構的高層建築中,從內筒不同高度處伸出金屬懸臂杆,並在其端部掛有鋼吊桿與內筒共同承受各層樓板的自重與附加活荷載(可變荷載),這種結構為懸掛結構。

巨型框架結構體系:由若干個巨柱(通常由樓電梯井或大截面實體柱組成的筒體)以及巨梁(每隔幾個或十幾個樓層設定一道,樑高一般佔乙個或幾個樓層高)組成的巨型框架結構體系,承受主要的水平力和豎向荷載;其餘的樓面截面梁柱組成二級結構,只將樓面荷載傳遞到巨型框架結構上去。

第二章3、活荷載的不利布置(原因有哪些?)。

計算高層建築結構在豎向荷載作用下的內力時,一般不考慮樓面及屋面豎向活荷載的不利布置,而是按滿布考慮進行計算的。這是由於其一,在高層建築中各種活荷載佔總豎向荷載的比例很小,尤其對於住宅、旅館和辦公樓等,活荷載一般在1.5~2.

5kn/㎡範圍內,只佔全部豎向荷載的10%~20%,因此活荷載不同的布置方式對結構內力產生的影響很小;其二,高層建築結構是個複雜的空間結構體系,層數與跨數多,不利分布的情況複雜多樣,計算工程量極大且計算費用上不經濟。

為簡化起見,在實際工程設計中,可以不考慮活荷載不利分布,按滿布方式布置作內力計算後再將框架梁的跨中彎矩乘以1.1—1.3的放大係數。

4、**作用的計算方法

**作用的計算方法主要有底部剪力法、振型分解反應譜法和時程分析法等。jgj3-2010《高層建築混凝土結構技術規程》建議,高層建築結構應根據不同的情況,分別採用下列方法計算結構的**作用:(1)高層建築結構宜採用振型分解反應譜法。

對質量和剛度不對稱、不均勻的結構以及高度超過100m的高層建築結構應採用考慮扭轉耦聯振動影響的振型分解反應譜法。(2)高度不超過40m、以剪下變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的高層建築結構,可採用底部剪力法。(3)7—9度抗震設防的高層建築,下列情況下應採用彈性時程分析法進行多遇**下的補充計算:

①甲類高層建築結構。②表2.1所列的乙、丙類高層建築結構。

③結構豎向布置特別不規則的高層建築結構。④帶轉換層、帶加強層、錯層、連體、多塔樓等複雜高層建築結構。⑤質量沿豎向分布特別不均勻的高層建築結構。

表2.1採用時程分析法的高層建築結構

5、高層建築結構的受力特點和工作特點

⑴結構設計時,應考慮高層建築結構的整體工作效能;

⑵水平作用對高層建築結構的影響佔主導地位;

⑶高層建築結構具有剛度大、延性差、易損的特點;

⑷在進行結構設計時,應考慮結構的薄弱層。

6、高層建築結構布置的總原則:

高層建築在初步設計階段選擇結構體系時,應在綜合考慮使用要求、建築美觀、結構合理及便於施工等各種因素後確定。高層建築不應採用嚴重不規則的結構體系;宜採用規則結構〔即體型(平面、立面)規則,結構平面布置均勻、對稱,並具有較好的抗扭剛度;結構豎向布置均勻,結構的剛度、承載力和質量分布均勻,無突變的結構〕;應使結構具有必要的承載能力、剛度和變形能力;應避免因部分結構或構件的破壞而導致整個結構喪失承受重力荷載、風荷載和**作用的能力。

無論採用何種結構體系,結構的水平和豎向布置宜具有合理的剛度和承載力分布;避免因區域性突變和扭轉效應而形成薄弱部位;對可能出現的薄弱部位應採取有效措施予以加強;宜設定多道防線。

7、高層建築結構的概念設計:p31

①結構簡單、規則、均勻;

②剛柔適度、延性好;

③加強連線、整體穩定性強;

④輕質高強、多道設防。

8、結構設計的三個基本假定? p35

鋼筋混凝土高層建築工作行為並不體現為彈性均質性質。要對其進行精確的模型計算十分困難,事實上,由於構件效能的複雜性及作用的隨機性,進行精確的模型亦非十分必要。在設計中,為簡化計算,同時又能充分反映實際結構的受力狀況和滿足設計要求,常作出一些基本假定,並相應提出一些限制要求。

常採用以下三個基本假定:

(1)彈性變形假定:高層建築結構的內力和位移採用彈性方法計算。考慮到實際結構中,某些構件體現了較為明顯的彈塑性性質,因此,在截面設計時需充分考慮材料的這種性質,對框架梁及連梁等構件可考慮區域性塑性變形引起的內力重分布。

(2)剛性樓板假定:高層建築結構空間體能整體協同工作的原因是由於各抗側力結構之間通過樓板聯絡,進行高層建築內力與位移計算時,假定聯絡各抗側力結構的樓板在其自身平面內有無限大的剛度,而在其平面外的剛度很小,可忽略不計。

(3)平面抗側力假定:任何一片抗側力結構(一榀框架或一片剪力牆等)在其平面外的剛度可忽略不計,它只承受在其平面內的側向力。

p49 9、延性是結構屈服後變形能力大小的一種性質,是結構吸收能量能力的一種體現,常用延性係數來表示,所謂延性係數是結構最大變形與屈服變形的比值,即

=△/△y

式中 —延性係數,表示結構延性的大小;

△—結構最大變形;

△y—結構屈服變形。

所謂延性結構是指隨著塑性鉸數量的增多,結構將出現屈服現象,在承受的**作用不大的情況下,結構變形效能增加較快。

要使結構具有較好延性,歸納起來有四個要點:一是強柱弱梁;二是強剪弱彎;三是強節弱杆;四是強壓弱拉。

10、分層法的基本假定: p58

⑴梁上荷載僅在該梁上及與其相連的上下層柱上產生內力,在其他層梁及柱上產生的內力可忽略不計。

⑵豎向荷載作用下框架結構產生的水平位移可忽略不計。

計算要點

⑴分層過程

根據框架結構基本假定3及分層法假定1,多層框架可採用分層法分解成若干個單層剛架的組合,分別進行力矩分配計算,再疊加。

⑵各層力矩分配計算要點

1 計算杆端分配係數i:上層柱線剛度取為原線剛度的0.9倍,其他桿件不變。

2 計算固端彎矩mp。

3 由節點不平衡力矩,求分配彎矩mˊij。

4 由傳遞係數c求傳遞彎矩mji,上層柱間的傳遞係數取為1/3,其他桿件的傳遞係數仍為1/2。

5 迴圈、收斂後疊加,求杆端彎矩。

⑶誤差分析

分別對每個分層進行力矩分配計算,並疊加得到最終計算結果後,若節點出現的不平衡力矩較小(小於10%),直接按疊加成果進行下一步計算,否則需再分配一次,修正原桿端彎矩,得到最終計算成果。

一般情況下,分層法用於計算強柱弱梁型的對稱框架結構時,誤差較小,精度較高。

11、反彎點法 p59

基本假定

⑴梁的線剛度與柱線剛度之比大於3時,可認為梁剛度為無限大。

⑵梁、柱軸向變形均可忽略不計。

計算要點

⑴基本概念

1 抗側移剛度d

d=12ic/h2

ic =ei/h

指無角位移的兩端固定桿件單位側移時所產生的剪力。

②反彎點:彎矩為零的點。

⑵計算假定p60

水平荷載作用下,上層柱反彎點在柱的中點,底層柱反彎點距柱底端為2/3層高處。

⑶計算步驟

1 多層多跨框架在水平荷載作用下,當梁柱線剛度之比值ib/ic≧3時,可採用反彎點法計算桿件內力。

2 計算柱子抗側移剛度dij。

3 計算各層總水平剪力vpj,按每柱抗側移剛度分配計算柱水平剪力vij。

4 根據各柱分配到的剪力及反彎點位置,計算柱端彎矩

上層柱:上下端彎矩相等 mij上=mij下=vijhj/2

底層柱:上端彎矩 mil上=vilh1/3

下端彎矩 mil下=vil2h1/3

5 根據結點平衡計算樑端彎矩,

對於邊柱:mb = mij上+mij+1下

對於中柱:設梁的端彎矩與梁的線剛度成正比,則

ib左mb左 =(mij上+mij+1下

ib左+ ib右

ib右mb右 =(mij上+mij+1下

ib左+ ib右

6 可根據力的平衡原則,由梁兩端的彎矩求出梁的剪力。

12、軸壓比指柱考慮**作用組合的軸壓力設計值與柱全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積的比值。

剪力牆水平荷載的分配:p86

各片剪力牆是通過剛性樓板聯絡在一起的。當結構的水平力合力中心與結構剛度中心重合時,結構不會產生扭轉,各片剪力牆在同一層樓板標高處的側移將相等。因此,總水平荷載將按各片剪力牆的剛度大小向各片牆分配。

當有m片牆時,第i片牆第j層分配到的剪力為

eivpj

vijvpj————由水平荷載產生的第j層總剪力

eijeqieijeqi————第i片牆的等效抗彎剛度

13、剪力牆分類判別式:

⑴當剪力牆無洞口,或雖有洞口但洞口面積與牆面面積之比不大於0.15,且孔洞口淨距及孔洞邊至牆邊距離大於孔洞長邊尺寸時,按整體牆計算。

⑵當a<1時,可不考慮連梁的約束作用,各牆肢分別按獨立懸臂牆肢計算;

⑶當1≤a<10時,按聯肢梁計算;

⑷當a≥10,且ja/j≤z時,按小開口整體牆計算;

⑸當a≥10,且ja/j>z時,按壁式框架計算。

14、連續連桿法的基本假定:p91

⑴牆肢剛度比連梁剛度大得多,連梁的反彎點在跨中。

⑵兩牆肢的位移曲線相同,同一標高上水平位移和轉角都相同。

⑶沿豎向剛度與層高不變(略有變化時可取其平均值)。

⑷梁考慮彎曲變形和剪下變形,牆肢考慮彎曲變形和軸向變形。

高層建築結構設計

摘要 目前,隨著高層建築在我國的迅速發展,建築高度的不斷增加,建築型別與功能愈來愈複雜,結構體系的更加多樣化,高層建築結構設計也越來越成為結構工程師設計工作的主要重點和難點之所在。本文就高層建築結構設計的原則 特點和高層建築的結構變形特點進行分析。關鍵詞 高層建築結構設計原則特點 1高層建築結構設計...

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