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多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計中疑難問題的處理及算例之結(jié)構(gòu)體系

2015-04-03 10:33  建設工程教育網(wǎng)整理  【  【打印】【我要糾錯】

  1、多高層建筑的結(jié)構(gòu)體系有哪些?

  多高層建筑的結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu);剪力墻結(jié)構(gòu),包括部分框支一剪力墻結(jié)構(gòu);框架一剪力墻結(jié)構(gòu);高層建筑有筒體結(jié)構(gòu),包括框架-核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu);復雜高層結(jié)構(gòu),包括帶加強層和剛臂結(jié)構(gòu)、錯層結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)、多塔樓結(jié)構(gòu)等;以及混合結(jié)構(gòu),即由多種材料構(gòu)件如鋼筋混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件、組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件(鋼管混凝土構(gòu)件、型鋼混凝土構(gòu)件及組合梁等)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。

  多高層建筑結(jié)構(gòu)應根據(jù)房屋的高度、高寬比、抗震設防類別、抗震設防烈度、場地類別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術條件等因素,選用適宜的結(jié)構(gòu)體系。

  2、框架結(jié)構(gòu)體系的特點是什么?

  由框架梁、柱、樓板等主要構(gòu)件組成。其特點是柱網(wǎng)布置靈活,便于獲得較大的使用空間。延性較好。橫向側(cè)移剛度較小。因此適用需要大空間的、層數(shù)不宜太多、房屋的高度不宜太高的建筑,例如商場、車站、展覽館、停車庫、賓館的門廳、餐廳等。

  框架應當縱橫雙向布置,形成雙向抗側(cè)力體系。高層建筑不宜采用框架結(jié)構(gòu)。

  框架結(jié)構(gòu)在水平力作用下側(cè)向變形的特征為剪切型。

  3、剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點是什么?

  剪力墻承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點是整體性好,側(cè)向剛度人,水平力作用下側(cè)移小,并且由于沒有梁、柱等外露與凸出,便于房間內(nèi)部布置。缺點是不能提供大空間房屋。結(jié)構(gòu)延性較差。

  當?shù)叵率一蛳虏恳粚、幾層,需要大空間時(如商場、停車庫等)即形成部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。在框架。剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種不同結(jié)構(gòu)的過渡層必須設置轉(zhuǎn)換層。

  剪力墻結(jié)構(gòu)由于承受豎向力、水平力的能力均較大,橫向剛度大,因此可以建造比框架結(jié)構(gòu)更高、更多層數(shù)的建筑。但是只能以小房間為主的房屋,如住宅、賓館、單身宿舍。而賓館中需要大空間的門廳。餐廳、商場等往往設置在另外的建筑單元中。

  為了適用任何方向的水平力(或地震作用),因此對于矩形平面,剪力墻在縱橫雙向均應設置;對于圓形平面,剪力墻應沿徑向及環(huán)向設置;三角形平面,宜沿三個主軸方向設置剪力墻。

  剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下側(cè)向變形的特征為彎曲型。

  4、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點是什么?

  由于框架結(jié)構(gòu)的主要特點是能獲得大空間的房屋,房間布置靈活。而其主要弱點是側(cè)向剛度較小,側(cè)移較大。而剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大,可減小側(cè)移。但是全剪力墻結(jié)構(gòu)無法布置大空間房屋。因此,框架。剪力墻結(jié)構(gòu)體系恰好是對兩者取長補短,既能布置大空間房屋與小空間房屋,布置靈活,又具有較大的側(cè)向剛度,彌補純框架結(jié)構(gòu)之小足,所以廣泛用于層數(shù)較多、房屋總高較高的建筑,而且可以靈活布置大小空間房間,適應較多的建筑功能要求。

  對于地震區(qū)建筑來說,框架一剪力墻結(jié)構(gòu)具有兩道抗震防線即剪力墻與框架。

  框架。剪力墻結(jié)構(gòu)的主要缺點,由于功能要求,剪力墻布置位置往往受到限制,往往不可避免地造成剛心、質(zhì)心不重合,產(chǎn)生偏心扭矩。同時其側(cè)向剛度還是偏小。房屋建造高度受到限制。

  框架一剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下側(cè)向變形的特征為彎剪型。

  5、筒體結(jié)構(gòu)體系的特點是什么?

  簡體結(jié)構(gòu)包括框架一核心筒結(jié)構(gòu)與筒中筒結(jié)構(gòu)。

  框架一核心筒結(jié)構(gòu)由實體的核心筒和外框架構(gòu)成。一般將樓電梯間及一些服務用房集中在核心筒內(nèi);其他需較大空間的辦公用房、商業(yè)用房等布置在外框架部分。由于核心簡實際上是兩個方向的剪力墻構(gòu)成封閉的空間結(jié)構(gòu),具有更好的整體性與抗側(cè)剛度。

  框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系適用于高度較高,功能較多的建筑。

  筒中筒結(jié)構(gòu)是由實體的內(nèi)筒與空腹的外筒組成?崭雇馔灿擅芘胖案叨容^大的橫梁組成。筒中筒結(jié)構(gòu)體系具有更大的整體性與側(cè)向剛度,因此適用于高度很大的建筑。如果將若干筒體組合成成組筒結(jié)構(gòu)體系,則側(cè)向剛度更大,可適用于特別高的超高層建筑。

  6、什么是混合結(jié)構(gòu)體系?

  由多種不同材料構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系稱為混合結(jié)構(gòu)體系。由于不同材料制成的構(gòu)件有不同的特點,有其明顯的優(yōu)點,采用不同材料構(gòu)件組成的混合結(jié)構(gòu)體系,實際上是各種構(gòu)件的優(yōu)化組臺。

  鋼筋混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件的性能眾所周知,不再贅述。

  鋼管混凝土構(gòu)件是有效利用混凝土的約束強度,在三向約束下,混凝土的抗壓強度可比單向抗壓強度提高數(shù)倍。正是利用這一特點,混凝土處于三向約束的鋼管混凝土最適宜用于以受壓為主的軸心受壓或小偏心受壓柱以及其他受壓構(gòu)件。鋼管混凝土構(gòu)件的主要優(yōu)點是抗壓強度高。延性好,澆灌混凝土時不需模板。廣泛用于高層建筑的柱子、拱橋的受壓拱圈,高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)的受壓弦桿等。

  型鋼混凝土構(gòu)件是在混凝土中主要配置型鋼(包括軋鋼型鋼與焊接型鋼)的構(gòu)件。一般也配置一些構(gòu)造鋼筋及輔助受力鋼筋,型鋼混凝土可制作成柱、梁、剪力墻、筒體等。

  它們的特點是強度高、剛度大、斷面小、延性與抗震性能好,防火性能好等。它可以和鋼結(jié)構(gòu)混合使用。例如下部若干層為型鋼混凝土結(jié)構(gòu),上部為鋼結(jié)構(gòu),以增大高層建筑的剛度。減少風荷載或水平地震作用下的側(cè)移。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)也可和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)混合使用。例如核心筒為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),外框架為型鋼混凝土的框架一筒體結(jié)構(gòu)?蚣芙Y(jié)構(gòu)或框剪結(jié)構(gòu)中也可下部數(shù)層用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、上部用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

  《高規(guī)》中僅列出丁鋼框架-鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu)與型鋼混凝土框架一鋼筋混凝土筒體兩種混合結(jié)構(gòu)體系的設計原則與方法。

  7、復雜高層結(jié)構(gòu)包括哪些結(jié)構(gòu)?

 。1)帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)的底部,當上部樓層部分豎向構(gòu)件,如剪力墻、框架柱不能直接連續(xù)貫通落地時,應設置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層布置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

  轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件可采用梁、桁架、空腹桁架、箱形結(jié)構(gòu)、斜撐等;非抗震設計和6度抗震設計時轉(zhuǎn)換構(gòu)件,以及7、8度抗震設計的地下室的轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用厚板。

  關于轉(zhuǎn)換層的設置位置《高規(guī)》規(guī)定,底部大空間部分框支剪力墻高層建筑結(jié)構(gòu)在地面以上的大空間層數(shù),8度時不宜超過3層。7度時不宜超過5層,6度時其層數(shù)可適當增加;底部帶轉(zhuǎn)換層的框架一核心筒結(jié)構(gòu)和外筒為密排柱的筒中筒結(jié)構(gòu),其轉(zhuǎn)換層位置可適當提高。

 。2)帶加強層高層建筑結(jié)構(gòu)當框架-核心筒結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不能滿足設計要求時,可沿豎向利用建筑避難層、設備層空間,設置適宜剛度的水平伸臂構(gòu)件,構(gòu)成帶加強層的高層建筑結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。必要時,也可設置周邊水平環(huán)帶構(gòu)件。

  加強層采用的水平伸臂構(gòu)件、周邊環(huán)帶構(gòu)件可采用斜腹桿桁架、實體粱、整層或跨若干層高的箱形梁、空腹桁架等形式。

  加強層的位置和數(shù)量要合理有效。當布置1個加強層圖4-1帶加強層的高層建筑結(jié)構(gòu)時,位置可在0 6H附近;當布置2個加強層時,位置可在頂層和0 5H附近;當布置多個加強層時,加強層宜沿豎向從頂層向下均勻布置。

 。3)錯層結(jié)構(gòu)由于功能與建筑的需要,有時同一層房屋的樓板不在同一高度,而使樓層產(chǎn)生錯層。

  抗震設計時,高層建筑宜避免錯層。當抗震建筑中樓層錯層時。宜采用防震縫劃分為獨立的結(jié)構(gòu)單元,錯層兩側(cè)宜采用結(jié)構(gòu)布置和側(cè)向剛度相近的結(jié)構(gòu)體系。

  錯層結(jié)構(gòu)中,錯開的樓層應各自參加結(jié)構(gòu)整體計算,不應歸并為一層計算。

 。4)多塔樓結(jié)構(gòu)兩個或兩個以上塔樓用裙房(底盤)相連組成多塔樓結(jié)構(gòu),以滿足多種功能的需要,便如商住樓、商辦樓以及賓館等,由于其體型復雜,不僅增加了計算難度。尤應重視其平面及豎向布置。并應加強構(gòu)造措施。

  8、多高層建筑還有哪些其他結(jié)構(gòu)體系?

  高層建筑除了上述主要結(jié)構(gòu)體系外,近年來隨著建筑科學的發(fā)展以及經(jīng)濟建設,城市建筑發(fā)展新的要求,出現(xiàn)了一系列新的結(jié)構(gòu)體系,其中有巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型桁架結(jié)構(gòu),懸掛和懸挑結(jié)構(gòu),隔震、減振結(jié)構(gòu)等。目前采用這些結(jié)構(gòu)體系的工程尚較少,經(jīng)驗不多,對丁這結(jié)構(gòu)研究電不夠深入成熟,尚不能普遍推廣于設計與施工中,因此日前的《高規(guī)》尚未列入規(guī)程。至于目前用得也較多的板柱結(jié)構(gòu)不應包括在《高規(guī)》的框架結(jié)構(gòu)中!陡咭(guī)》認為這類結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度和抗震性能較差,不適宜用于高層建筑。

  板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)的板柱是指無內(nèi)部縱梁和橫梁的無梁樓蓋結(jié)構(gòu),但是體系中加入了剪力墻或井筒。主要由剪力墻或井筒承受側(cè)向力,因此側(cè)向剛度比單純板柱結(jié)構(gòu)有很大提高;《高規(guī)》中框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設計一章(《高規(guī)》第8章)也包括了板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)的設計內(nèi)容。但是《高規(guī)》指出這類建筑適用高度宜低于一般框架結(jié)構(gòu),因為震害表明這種結(jié)構(gòu)形式,板柱部分破壞嚴重。包括板沖切破壞與柱的壓壞。

  至于異形柱結(jié)構(gòu),由于截面厚度較小(一般為180~300mm),而相對肢較長,這樣異形柱構(gòu)成的異形柱框架和普通框架的受力性能、破壞形態(tài)均不同。由于目前研究與應用經(jīng)驗尚較少,所以《高規(guī)》中也暫未列入,但是《高規(guī)》認為這樣的結(jié)構(gòu)一般只適用于非地震區(qū)及6、7度抗震設計的12層以下建筑中。目前這一類建筑的設計一般按照地方性規(guī)程參照《高規(guī)》及設計經(jīng)驗進行。

  9、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系對抗震有哪些要求?

 。1)高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系,并應符合下列要求:

  1)應具有必要的承載能力、剛度和變形能力;

  2)應避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導致整個結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風荷載和地震作用的能力;應避免連續(xù)倒塌;

  3)對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應采取有效措施。

 。2)高層建筑的結(jié)構(gòu)體系尚宜符合下列要求:

  1)結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布,避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應而形成薄弱部位;

  2)宜具有多道抗震防線。

責任編輯:tufangss
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