一些值得学习重要的概念.doc
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1、一些值得学习重要的概念高层建筑的结构体系结构体系是指结构抵抗外部作用的构件组成方式。在高层建筑中,抵抗水平力是设计的主要矛盾,因此抗侧力结构体系的确定和设计成为结构设计的关键问题。高层建筑中基本的抗侧力单元是框架、剪力墙、实腹筒(又称井筒)、框筒及支撑由这几种单元可以组成多种结构体系。1框架结构体系。由梁、柱构件组成的结构称为框架。整幢结构都由梁、柱组成就称为框架结构体系(或称纯框架结构)。2.剪力墙结构体系。利用建筑物墙体作为承受竖向荷载和抵抗水平荷载的结构,称为剪力墙结构体系。3.框架-剪力墙结构(框架-筒体结构)体系。在框架结构中,设置部分剪力墙,使框架和剪力墙两者结合起来,取长补短,共
2、同抵抗水平荷载,这就是框架-剪力墙结构体系。如果把剪力墙布置成筒体,可称为框架-筒体结构体系。4.筒中筒结构。筒体分实腹筒、框筒及桁架筒。由剪力墙围成的筒体称为实腹筒,在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒;筒体四壁由竖杆和斜杆形成的衍架组成则称为衍架筒。筒中筒结构由上述筒体单元组合,一般心腹筒在内,框筒或桁架筒在外,由内外筒共同抵抗水平力作用。5.多筒体系成束筒及巨型框架结构。由两个以上框筒或其他筒体排列成束状,称为成束筒。巨形框架是利用筒体作为柱子,在各筒体之间每隔数层用巨型梁相连,这样的筒体和巨型梁即形成巨型框架。这种多筒结构可更充分发挥结构空向作用,其刚度和强度都有很大
3、提高,可建造层数更多、高度更高的高层建筑。高层建筑结构计算的基本假定高层建筑是一个复杂的空间结构。它不仅平面形状多变,立面体型也各种各样,而且结构形式和结构体系各不相同。高层建筑中有框架、剪力墙和筒体等竖向抗侧力结构,又有水平放置的楼板将它们连为整体。这样一种高次超静定、多种结构形式组合在一起的三维空间结构,要进行内力和位移计算,就必须进行计算模型的简化,引入不同程度的计算假定。简化的程度视所用的计算工具按必要和合理的原则决定。结构计算的基本假定为:1.计算高层建筑结构的内力和位移时,用弹性方法及取用结构的弹性刚度,并考虑各抗侧力结构的共同工作。2.框架梁及剪力墙的连梁等构件,可按有关规定考虑
4、局部塑性变形的内力重分布。3.计算结构的内力和位移时,一般情况下可假定楼板在自身平面内为绝对刚性,但在设计中应采取保证楼面整体刚度的构造措施。4.下列情况宜考虑楼板在自身平面内的变形影响:(1)楼板整体性较弱;(2)楼板有很大的开洞或缺口,宽度削弱;(3)楼板平面上有较长的外伸段;(4)作为结构转换层的楼板,对于上述情况,须考虑楼板实际刚度,对采用刚性楼面假定算得的结果进行调整。5.结构计算中,各类构件均需考虑弯曲变形,构件其他变形按有关规定考虑。对竖向荷载还宜考虑施工过程中逐层加载的影响。6.构件刚度的取用。(1)框架梁的惯性矩:现浇板边框架梁I=1.5Ir现浇板中部框架梁I=2.0Ir式中
5、Ir梁截面矩形部分的惯性矩。(2)连梁刚度。框剪结构或剪力墙结构中的连梁刚度,可乘0.55的折减系数。(3)剪力墙的有效翼缘宽度。剪力墙可考虑纵墙或横墙的翼缘作用,其有效翼缘宽度可按有关规定取用。(4)错位剪力墙的等效刚度。错位剪力墙(错位值a2.5m,a8t,t为墙厚)的等效刚度应乘以折减系数0.8。(5)折线形剪力墙的简化处理。当折线形剪力墙的各墙段总转角15时,可按平面剪力墙考虑。(6)壁式框架的刚域长度及杆件的等效刚度,按有关规定取用。结构转换层现代高层建筑向多功能和综合用途发展,在同一竖直线上,顶部楼层布置住宅、旅馆,中部楼层作办公用房,下部楼层作商店、餐馆和文化娱乐设施。不同用途的
6、楼层,需要大小不同的开间,采用不同的结构形式。建筑要求上部小开间的轴线布置、较多的墙体,中部办公用房要小的和中等大小的室内空间,下部公用部分,则希望有尽可能大的自由灵活空间,柱网要大,墙尽量少。这种要求与结构的合理、自然布置正好相反,因为结构下部楼层受力很大,即正常应当下部刚度大、墙多、柱网密,到上部逐渐减少。为了满足建筑功能的要求,结构必须以与常规方式相反进行布置,上部小空间,布置刚度大的剪力墙,下部大空间,布置刚度小的框架柱。为此,必须在结构转换的楼层设置转换层,称结构转换层。按结构功能,转换层可分为三类:1.上层和下层结构类型转换。多用于剪力墙结构和框架-剪力墙结构,它将上部剪力墙转换为
7、下部的框架,以创造一个较大的内部自由空间。2.上、下层的柱网、轴线改变。转换层上、下的结构形式没有改变,但是通过转换层使下层柱的柱距扩大,形成大柱网,并常用于外框筒的下层形成较大的入口。3.同时转换结构形式和结构轴线布置。即上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为框架的同时,柱网轴线与上部楼层的轴线错开,形成上下结构不对齐的布置。转换层的结构形式:当内部要形成大空间,包括结构类型转变和轴线转变时,可采用梁式、桁架式、空腹桁架式、箱形和板式转换层;当框筒结构在底层要形成大的入口,可以有多种转换层的形式,如梁式、桁架式、墙式、合柱式和拱式等。目前,国内用得最多的是梁式转换层,它设计和施工简单,受力明确,
8、一般用于底部大空间剪力墙结构。当上下柱网、轴线错开较多,难以用梁直接承托时,可以做成厚板或箱式转换层,但其自重较大,材料耗用较多,计算分析也较复杂。底部大空间剪力墙结构剪力墙结构有较多的墙体,室内不露梁、柱,适合住宅、旅馆客房的建筑功能要求。但是,住宅、旅馆底层需设置商店、大门厅及餐厅等大空间,这就形成底部大空间剪力墙结构,对上部与底部之间要设置转换层进行转换。底部大空间剪力墙结构的布置,主要考虑两个关键问题:1.保证大空间层有充分的刚度,防止沿竖向刚度过于悬殊。为此,大空间楼层应有落地剪力墙或落地筒体,其数量满足规范规定。对于一般平面,令转换层的上下层刚度比(其公式和符号见规范)在非抗震设计
9、时,应尽量接近于1,不应大于3;抗震设计时,应尽量接近于1,不应大于2。即大空间层的刚度尽可能与上部标准层接近,以防止变形集中而产生震害。2.加强转换层的刚度与承载力,保证转换层可以将上层剪力可靠地传递到落地墙上去。因转换层楼面受很大内力,楼板变形显著,故其厚度不宜小于180毫米,混凝土强度等级不宜低于C30,并应采用双向上下层配筋。楼板开洞位置要远离外侧边,不要在大空间范围内将楼板开大洞,如需设楼、电梯间时,应用钢筋混凝土剪力墙围成筒体。除上述外,底部大空间剪力墙结构还有很多设计要求,规范中都有规定。大底盘大空间剪力墙结构高层住宅往往在下部楼层设置商业用房,因而形成底部大空间剪力墙结构。这些
10、商业用房往往扩大其面积,形成大面积裙房,裙房多采用框架结构。这种具有大空间裙房作为底盘,上层为一个或多个剪力墙塔楼的建筑,称为大底盘大空间剪力墙结构,是高层商住楼的一种广泛应用的体系。静力试验表明:杆系-薄壁杆系三维空间分析方法可用于大底盘大空间剪力墙结构的工程设计;主体结构的竖向荷载基本上由主体结构本身承受,故竖向荷载内力计算时可不考虑裙房的作用;水平荷载作用下主体结构承受总弯矩90%以上,承受总剪力80%以上;裙房柱刚度很小,裙房所承担的剪力和弯矩主要由裙房剪力墙所承担。动力试验表明:底盘逐渐加大时,上部结构与底盘的偏心距逐渐增加,由于扭转和刚度的变化,地震反应也逐渐加大。此外,大底盘存在
11、楼板变形和扭转的影响。目前高层建筑资料对此种结构的适用范围、结构布置(如大底盘的长宽与主体结构的长度比例、主体结构刚度与大底盘刚度的变化控制、转换层应设在底盘顶层等)、构造措施、截面设计以及结构计算等均有详细规定,可作设计参考。后浇带(后浇施工缝)这是通过高层建筑或其它构筑物的工程实践,表明在总体布置上或构造上采取相应措施而避免设置变形缝,而后浇带是既可解决沉降差又可减少收缩应力的有效措施,故在工程中应用较多。1.解决沉降差。高层建筑和裙房的结构及基础设计成整体,但在施工时用后浇带把两部分暂时断开,待主体结构施工完毕,已完成大部分沉降量(50%以上)以后再浇灌连接部分的混凝土,将高低层连成整体
12、。设计时基础应考虑两个阶段不同的受力状态,分别进行强度校核。连成整体后的计算应当考虑后期沉降差引起的附加内力。这种做法要求地基土较好,房屋的沉降能在施工期间内基本完成。同时还可以采取以下调整措施:(1)调压力差。主楼荷载大,采用整体基础降低土压力,并加大埋深,减少附加压力;低层部分采用较浅的十字交叉梁基础,增加土压力,使高低层沉降接近。(2)调时间差。先施工主楼,待其基本建成,沉降基本稳定,再施工裙房,使后期沉降基本相近。(3)调标高差。经沉降计算,把主楼标高定得稍高,裙房标高定得稍低,预留两者沉降差,使最后两者实际标高相一致。2.减小温度收缩影响。新浇混凝土在硬结过程中会收缩,已建成的结构受
13、热要膨胀,受冷则收缩。混凝土硬结收缩的大部分将在施工后的头12个月完成,而温度变化对结构的作用则是经常的。当其变形受到约束时,在结构内部就产生温度应力,严重时就会在构件中出现裂缝。在施工中设后浇带,是在过长的建筑物中,每隔3040米设宽度为7001000毫米的缝,缝内钢筋采用搭接或直通加弯做法。留出后浇带后,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,提高结构抵抗温度变化的能力。后浇带保留时间一般不少于一个月,在此期间,收缩变形可完成30%40%。后浇带的浇筑时间宜选择气温较低(但应为正温度)时,可用浇筑水泥或水泥中掺微量铝粉的混凝土,其强
14、度等级应比构件强度高一级,防止新老混凝土之间出现裂缝,造成薄弱部位。地基处理建筑物的地基问题可概括为四个方面:1.强度及稳定性问题。地基的抗剪强度不足,地基会产生局部或整体剪切破坏。2.压缩及不均匀沉降问题。在上部结构自重及外荷载作用下产生过大变形,影响正常使用或因不均匀沉降使结构开裂破坏。3.地基的渗漏量或水力比降超过容许值时,会发生水量损失,或因潜蚀和管涌而可能导致失事。4.地震机器以及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土特别是饱和无粘性土的液化、失稳和震陷等危害。当建筑物的天然地基存在上述问题时,即须采用地基处理措施以保证建筑物的安全与正常使用。地基问题的处理恰当与否,关系
15、到整个工程质量、投资和进度,因此其重要性日益明显。我国地域辽阔,在各种地基土中,不少为软弱土和不良土,因此新建工程中越来越多地遇到不良地基,地基处理的要求也就越来越迫切和广泛。地基处理的方法很多,大致可分为排水固结法、振密挤密法、置换拌入法、灌浆法、加筋法、冷热处理法、托换技术及其它。可根据不同地基情况进行选用。浅基础1.墙下条形基础。(1)刚性条形基础:是墙基础中常见的形式,通常用砖或毛石砌筑。为保证基础的耐久性,砖的强度等级不能太低,在严寒地区宜用毛石;毛石需用未风化的硬质岩石。砌筑的砂浆,当土质潮湿或有地下水时要用水泥砂浆。刚性基础台阶宽高比及基础砌体材料最低强度等级的要求,有规范规定。
16、(2)墙下钢筋混凝土条形基础:当基础宽度较大,若再用刚性基础,则其用料多、自重大,有时还需要增加基础埋深,此时可采用柔性钢筋混凝土条形基础,使宽基浅埋。如果地基不均匀,为增强基础的整体性和抗弯能力,可采用有肋梁的钢筋混凝土条形基础,肋梁内配纵向钢筋和箍筋,以承受由不均匀沉降引起的弯曲应力。2.独立基础。是柱基础中最常用和最经济的形式。也可分为刚性基础和钢筋混凝土基础两大类。刚性基础可用砖、毛石或素混凝土,基础台阶高宽比(刚性角)要满足规范规定。一般钢筋混凝土柱下宜用钢筋混凝土基础,以符合柱与基础刚接的假定。3.柱下梁式基础。同一排上若干柱子的基础联合在一起,就成为柱下条形基础。此种基础有相当大
17、的抗弯刚度,不易产生太大的挠曲,故基础上各柱下沉较均匀。当土的压缩性或柱荷载分布在两个方向上都很不均匀,为了扩大底面积和加大基础空间刚度以调整不均匀沉降,可在柱网下纵横两个方向设梁,成为柱下交叉梁基础。4.筏形基础。用于多层与高层建筑,分平板式和梁板式。由于其整体刚度相当大,能将各个柱子的沉降调整得比较均匀。5.箱形基础。由钢筋混凝土底板、顶板和纵横墙体组成的整体结构,其抗弯刚度非常大,只能发生大致均匀的下沉,但要严格避免倾斜。箱形基础是高层建筑广泛采用的基础形式。但其材料用量较大,且为保证箱基刚度要求设置较多的内墙,墙的开洞率也有限制,故箱基作为地下室时,对使用带来一些不便。因此要根据使用要
18、求比较确定。深基础当浅层土质不良,无法满足建筑物对地基变形和强度方面的要求时,可以利用下部坚实土层或岩层作为持力层,采取有效的施工方法建造深基础。1.桩基础。由基桩和联接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中,承台底面与土体接触,则称为低承台桩基;若柱身上部露出地面而承台底位于地面以上,则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。高层建筑中,桩基础应用广泛,其特点为:(1)桩支承于坚硬的(基岩、密实的卵砾石层)或较硬的(硬塑粘性土、中密砂等)持力层,具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力,足以承担高层建筑的全部竖向荷载(包括偏心荷载)。(2)桩基具有很大的竖向单桩刚度(端承桩)或群刚度(摩擦
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