第十一章多高層建筑結(jié)構設計(1)

1、第十一章 結(jié)構體系和布置,【本章教學目標】通過本章學習，了解建筑結(jié)構設計的階段和內(nèi)容。明確高層建筑結(jié)構與一般低層、多層結(jié)構的區(qū)別。掌握各種結(jié)構體系的優(yōu)點、缺點以及布置要點。能區(qū)分各種結(jié)構體系。了解高層結(jié)構總體布置的意義，掌握高層結(jié)構總體布置的要求和要點。了解防震縫、伸縮縫和沉降縫的異、同點。掌握如何通過各種措施來避免設置三種縫。,第一節(jié) 結(jié)構設計的階段和內(nèi)容結(jié)構設計一般分三階段：方案階段；

2、 擴初階段； 施工圖階段。方案設計：選擇結(jié)構體系、體型控制（如平面與 豎向的規(guī)則性、高寬比）等。一般由 總工程師、主任工程師或有經(jīng)驗的工 程師憑經(jīng)驗綜合判斷，并輔以簡單的

3、 概念計算。擴初設計內(nèi)容：結(jié)構構件（梁、板、柱、墻）截 面的選擇和優(yōu)化。施工圖設計：給出配筋、尺寸、節(jié)點做法等，滿 足施工要求。,第二節(jié) 高層結(jié)構體系一、定義結(jié)構是為了抗御外部作用而設置的。通過結(jié)構不同的應 力狀態(tài)或變形行為來承受這些外部作用，而將其 所承受的荷載傳至其支承結(jié)構，再傳至

4、基礎，再 至地基。實質(zhì)是研究構件之間傳力路線問題。結(jié)構體系是指結(jié)構抵抗外部作用的構件組成方式。,二、高層結(jié)構受力特點 結(jié)構分析：與多層建筑結(jié)構是一樣的。 特殊性： 1、構件軸向變形(墻、柱軸力大)與剪切變形(截 面高度大)對結(jié)構內(nèi)力和位移影響不可忽略。,2、側(cè)向風荷載或地震作用所產(chǎn)生的結(jié)構內(nèi)力與 位移往往成為控制因素。,3、側(cè)向位移是結(jié)構設計控制因素。

5、 (1)頂點總位移Δ：過大會導致電梯正常運行困 難，豎向荷載下易產(chǎn)生P-Δ效應，鋼材用量增 加，結(jié)構失穩(wěn)，傾覆危險性增加。 (2)層間相對側(cè)移量(層間位移)δ：過大會導致建筑 裝修及隔墻開裂，甚至引起承重構件裂縫與破壞。,,高度大于等于250m的鋼筋混凝土建筑1/500。150m—250m的建筑插值。由于高層建筑的扭轉(zhuǎn)，在結(jié)構單元的盡端處。,樓層層間最大位移

6、與層高之比的限值（ ）,三、高層結(jié)構體系 結(jié)構體系：框架、剪力墻，框架---剪力墻，筒體結(jié)構 (框筒、筒中筒、束筒)等1、框架結(jié)構體系 定義：采用梁、柱通過節(jié)點組成的體系作為建筑豎向 承重結(jié)構，并同時承受水平荷載的結(jié)構體系。受力特征：水平力下，框架側(cè)移有兩部分組成：（１）、梁柱彎曲變形。框架層間剪力是其上部水平

7、荷載的合力，所以下大上小，導致下部層間變 形大，上部??；側(cè)移曲線表現(xiàn)為剪切型。（２）、柱的軸向變形也使框架結(jié)構產(chǎn)生側(cè)移，由傾 覆力矩使柱產(chǎn)生的拉伸和壓縮變形所致，為彎 曲型，上部層間變形大。在總位移中第一部分側(cè)移是主要的，合成后結(jié)構仍呈剪切變形特征。,優(yōu)點：建筑布置靈活，可做成需大空間的會議室、餐廳、辦公室、車間等，又可用隔墻做成小房間。,缺點：

8、 1、梁柱尺寸不能太大，否則影響使用面積； 目前采用的異型柱，L、十、T形，厚度與墻一 致，增加使用面積 2、側(cè)向剛度小，地震作用下水平位移大，只適 用于多層和高度不大的高層，一般≤60m， 抗震設防烈度高的地區(qū)更小。 因此地震區(qū)高層應采用既減輕重量，又能經(jīng)受較 大變形的隔墻材料和構

9、造做法。 例如：北京長城飯店----18層，局部22層框架，地震區(qū)最高的框架結(jié)構，輕鋼龍骨板作隔斷墻，外墻采用玻璃幕墻。,3、使用中變形大，易導致非結(jié)構構件破壞(裝修、填充墻)。 設計要點: 1、根據(jù)使用要求、建筑布置來布置柱、梁、層高。 2、梁、柱節(jié)點必須剛接。 3、梁跨度受到梁斷面尺寸限制：1/h=8~12 h/b=2~3.5 4、柱端面尺寸根據(jù)

10、軸力大小確定，地震區(qū)，有軸壓比限制。,受力特征：在水平荷載作用下，剪力墻 結(jié)構以彎曲變形為主，側(cè)移 曲線表現(xiàn)為彎曲型，就象懸 臂梁一樣，層間位移自下而 上逐漸增大。這種增大的原因 是墻體縱向軸線由基礎處的豎 直狀態(tài)向上發(fā)生傾斜，其

11、轉(zhuǎn)角 的不斷累加造成的，高剪力墻 的剪切變形相對于彎曲變形要 小得多。,2、剪力墻結(jié)構體系定義：利用建筑物墻體作為豎向承重和抵抗水平力的結(jié)構。,優(yōu)點：整體性好，剛度大，在水平力作用下側(cè)向變形很 小，承載力易滿足，抗震性能好，適宜于建造高層 建筑，目前我國10~30層高層公寓多采用。,缺

12、點：剪力墻受樓板構件跨度約束，3~8m,一般6m左 右，間距小，平面布置不靈活，不適應于建造公共 建筑，自重大。適用：要求小房間的住宅，旅館，可省去填充墻(剪力 墻不能敲掉)，施工快。,變化情況： 1、框支剪力墻：底層做成框架柱，上層為剪力墻， 底層剛度小，上下剛度突變，地震作用下底層內(nèi) 力及塑性變形很大，在地震區(qū)不允許單獨

13、采用。 2、部分落地大空間剪力墻結(jié)構：地震區(qū)滿足建筑需 要底層商店或大堂的需要。,布置要點： 1)落地剪力墻布置在兩端或中部，對稱布置，防止 扭轉(zhuǎn)。 2)底層采取加大墻厚，提高混凝土強度等措施提高 剛度，減小上、下剛度差。 3)上部應采用開間較大剪力墻方案。 4)落地剪力墻之間距離要加以限制(墻距離與樓板

14、 寬度之比≤3，抗震≤2~2.5)。 5)過渡層樓板整體性與剛性要加大----應采用厚度 較大的現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。,3、框架--剪力墻及框架—核心筒結(jié)構體系 框架：側(cè)向剛度差，地震下變形大，但具有平面靈 活，較大空間，立面易處理等特點。 剪力墻：側(cè)向剛度大，地震下變形小，強度大，但空 間 受到限制兩者相結(jié)合

15、，取長補短，形成框 架—剪力墻結(jié)構(在框架中設置一些剪力墻)定義：由框架和剪力墻共同承重和抵抗水平的受力體系。,特點：1、剪力墻或筒體常常擔負大部 水平荷載，結(jié)構總體剛度加 大，側(cè)移減小。 2、框架與剪力墻協(xié)同工作；在 結(jié)構的底部框架側(cè)移減小， 使結(jié)構

16、的上部剪力墻的側(cè)移 減小，側(cè)移曲線是 彎剪型， 接近于直線。各層層間變形 趨于均勻。,3、框架上、下各層柱的軸力也比純框架柱受力均勻，故 柱尺寸，配筋也可比較均勻。 從使用和受力上看，框--剪(筒)結(jié)構都是一種比較好的 體系，在公共建筑和辦公樓等得到廣泛使用。例如： 18層北京飯店：框架--剪力墻結(jié)構，

17、剪力墻分片布置， 剛度較小，10~20片,26層上海飯店：框架—核心筒結(jié)構，剪力墻連在一起，作成井筒形，剛度、承載力大大提高，(樓梯與電梯間墻圍成4個井筒),布置要點： 1、剪力墻數(shù)量與結(jié)構體形、高度有關。 適宜：剛度大，側(cè)向變形小，可減小結(jié)構及非結(jié)構構件破壞。 過多：建筑布置困難，地震下剛度大則地震力大，一般以保證 側(cè)向變形不超過規(guī)范規(guī)定的限值為宜。

18、 2、剪力墻對稱布置，以減小結(jié)構扭轉(zhuǎn)，地震區(qū)要求更嚴格， 當不能保證對稱布置時，要使剛心與質(zhì)心盡量接近。 3、剪力墻應貫穿全高，使結(jié)構上下剛度連續(xù)，均勻。 4、層數(shù)不高時，可將剪力墻做成T、L、工形，發(fā)揮剪力墻的 作用。高度較大，可做成井筒式，加大抗側(cè)和抗扭剛度。 5、剪力墻靠近結(jié)構外圍布置，可增強其抗扭。,6、要限制剪力墻

19、(井筒)之 間距離與樓板寬度比值 L/B，限值見規(guī)范，以 避免兩片墻之間的樓板 在水平力下發(fā)生平面撓 曲。,4、筒體結(jié)構 建筑超過40~50層時采用，世界最高的一百幢高層建筑約有三分之二采用筒體結(jié)構。 1、框筒：60年代美國工程師法盧齊.坎恩首次提出，并設計了第一幢框筒結(jié)構：芝加哥43層德威特切斯納特公寓。 筒體通常放在建筑外圍，由間距很密的柱與截面

20、很高的梁組成，筒體內(nèi)可以設置一些柱子，以減小樓板和梁在垂直荷載下的跨度，但是對抵抗側(cè)向力幾乎不起作用。,,2、筒中筒：筒體內(nèi)設置剪力墻，組成筒中筒----內(nèi)筒可以設置電梯、樓梯和豎向管道等。內(nèi)、外筒不再設柱，內(nèi)筒、外筒共同抵抗垂直與水平荷載。筒中筒結(jié)構也是雙重抗側(cè)力體系，在水平力作用下，外框架筒的變形以剪切型為主，內(nèi)筒以彎曲型為主。外框筒平面尺寸大，有利于抵抗水平力產(chǎn)生的傾覆力矩，內(nèi)筒采用鋼筋混凝土墻或支撐框架，具有較大的抵抗水平剪力的

21、能力。通過樓蓋、外筒和內(nèi)筒協(xié)同工作。,優(yōu)點：較大的靈活空間，使用合理，結(jié)構也合理，適用于較高建筑，50層深圳國貿(mào)中心大廈，63層廣東國際大廈均采用筒中筒體系。,,結(jié)構尺寸：筒體柱距很密，1.2~3m，最大4.5m，窗裙梁高0.6~1.2m，寬0.3~0.5m。窗洞面積不超過建筑立面面積50%，平面接近方或圓形，長短邊比值不宜超過2。通常：H/B>3時，才能充分發(fā)揮作用，多層及較低層中，宜采用框架--筒體結(jié)構，而不適宜采用框筒或筒

22、中筒。,3、束筒：兩個或兩個以上的框筒排列在一起成“束”狀，稱為成束筒。成束筒的腹板框架數(shù)量多，也就使翼緣框架與腹板框架相交的角柱增加，這可以大大減少剪力滯后，使翼緣框架中各個柱的軸力比較均勻。成束筒結(jié)構的抗側(cè)剛度和承載能力比筒中筒結(jié)構更大，因此可以用于更高的建筑。,美國芝加哥西爾斯大樓：采用9個框筒全并在一起成束筒體系，隨高度增加，筒數(shù)目不斷減少。,四、常用結(jié)構體系的選擇 一個整體性能良好的建筑應該是建筑體型與結(jié)構型式的統(tǒng)

23、一和完美結(jié)合。結(jié)構選型的原則： 1.功能適應性原則：應使所選結(jié)構體系型式能夠適應建筑平立面形狀及滿足建筑功能空間需要。但隨著建筑高度的增加，結(jié)構體系型式對建筑體型的影響與控制程度逐漸加大。下面給出幾種常用結(jié)構體系與可形成的空間特征。,具體選擇時可參考下表：（以7度區(qū)為例） 框架 剪力墻 框架-剪力墻 框架-核心筒 框筒 筒中筒 適用層數(shù) 0~10 10~40

24、 10~30 10~50 40~50 40~60可建層數(shù) 20 50 40 60 55 75內(nèi)部空間 大空間 小空間 較大空間 大空間 大空間 大空間,2.高度合理性原則：不同的結(jié)構體系具有不同的力學特征和整體性能，也就有其整體綜合性能得到較好發(fā)揮的高度適應范圍。下面是

25、結(jié)構選型時應滿足的最大適應高度要求。,A級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度(m),3.整體穩(wěn)定性原則：水平地震作用引起的傾覆力矩，將使結(jié)構產(chǎn)生整體彎曲變形，并在外側(cè)柱和基礎中引起較大的附加拉壓應力，當傾覆力矩達到一定值或抗傾覆力矩較小時，過大的傾覆力矩及其引起的附加應力、變形及P-Δ效應的共同影響下，易引起建筑物的傾覆或倒塌。而高度H越大，則傾覆力矩越大，建造寬度很小的建筑其抗傾覆力矩值較小。為此現(xiàn)行規(guī)范給出了高寬比限值供設計參考。

26、,A級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大高寬比,4.空間整體性原則：結(jié)構的抗震能力更主要取決于保證各構件能協(xié) 同工作的能力或空間整體性。好的空間整體性的結(jié)構可以通過協(xié) 調(diào)變形、內(nèi)力重分布、釋放贅冗度形成一定屈服機制等途徑，實 現(xiàn)使結(jié)構始終保持空間整體協(xié)同工作狀態(tài)，提高各子結(jié)構共同抗 御震災及適應保證大震時延性耗能的能力，同時還可能使結(jié)構體 系中的構件的抗震能力超過單獨構件的抗震能力。獲得好的空間 整

27、體性需考慮平面尺寸、平面及豎向規(guī)則性、長寬比等。5.場地適應性原則：結(jié)構自振周期與場地土特征周期接近或相等 時，易引起共振，導致結(jié)構反應增大，破壞加劇。建筑應優(yōu)選場 地條件好的場地，或通過調(diào)整及改變結(jié)構自振周期以錯開特征周 期達到提高場地適用性。6.施工方便性原則：不同的結(jié)構體系決定了結(jié)構的施工工藝、施工 難度、施工工期及施工質(zhì)量。需適當考慮施工可行性、方便性、 經(jīng)濟性原則。7.經(jīng)濟有效性原則：不同的

28、結(jié)構型式?jīng)Q定了結(jié)構建造及全壽命期的 改造、維護、加固等方面的費用。結(jié)構選型時要綜合考慮，選擇 造價較低的結(jié)構體系。,五、結(jié)構體系的延伸1、巨型框架結(jié)構：筒體間用剛度很大的水平構件相互聯(lián)系形成，巨型框架用筒體作柱子，用高度很大(一層或幾層樓高)的水平構件或桁架作梁。巨型梁可以隔若干層設置一根，巨型梁之間的樓層用截面很小的、只承受豎向荷載的構件組成小框架結(jié)構，稱為次結(jié)構，它們把,,豎向荷載傳至巨型構件上。巨型框架的抗側(cè)剛度視巨

29、型梁、柱構件的剛度而定，可適用于一般高層或超高層建筑。,2、水平伸臂結(jié)構 ：由于框架—核心筒等結(jié)構中與地震作用垂直的翼緣框架不參與抵抗地震引起的傾覆力矩，其彈性剛度往往不能滿足規(guī)范的要求，增大其剛度的措施之一是在設備層或避難層設置加強層，即在該樓層設置連接外圍框架柱與核心筒的水平伸臂構件，伸臂由剛度很大的鋼筋混凝土巨型梁、桁架、空腹桁架、實腹桁架等組成。加強層設置在頂部效果最好。,3、混合結(jié)構：一般為鋼筋混凝土核心筒，鋼框架或型鋼混凝

30、 土框架，目前迅速推廣，發(fā)展很快 浦東新金橋大廈(38層，157m)上海世界金融中心(43層， 166m)，設計時要特別注意基礎。4、智能結(jié)構：新型技術，人類利用現(xiàn)代控制論、計算機技術 和其他工程技術來控制結(jié)構的風與地震 反應行為，以后會 廣泛應用。如耗能支撐、基底隔振、TMD等。,第三節(jié) 結(jié)構總體布置原則 多、高層建筑中：根據(jù)結(jié)構高度和建筑功能選擇合理結(jié)構體

31、系，恰當?shù)卦O計和選擇建筑物平面、剖面形狀和總體型。 通常的結(jié)構體系一般在初步設計階段由建筑設計選擇，但平面、體型的選擇必須在綜合考慮使用、建筑美觀、結(jié)構合理及便于施工等因素后才能確定。由于高層中保證結(jié)構安全，經(jīng)濟合理等比低層更為突出，結(jié)構布置與選型更應受重視。 較為復雜的多、高層建筑結(jié)構：設計應合理、經(jīng)濟。但復雜部位無法精確計算，抗震情況影響因素多，精確計算更加困難，安全與否往往無法用力學分析解決，因此特別需要注重概念設計

32、。結(jié)構布置是結(jié)構概念設計的重要內(nèi)容。概念設計特點： 1、對一些難以作出精確力學分析或在規(guī)范中難以具體規(guī)定的問題需要由工程師進行“概念”分析，以便采用相應措施。例如加強構件構造配筋。 2、帶有一定經(jīng)驗性，是對具體經(jīng)驗和教訓的總結(jié)。 3、內(nèi)容十分豐富，事實證明為有效的方法。,結(jié)構布置原則：1、控制結(jié)構平面形狀平面形狀簡單、規(guī)則、對稱，盡量使質(zhì)心和剛心重合。偏心大的結(jié)構扭轉(zhuǎn)效應大，會加大端部構件的位移，導致應力集

33、中。平面突出部分不宜過長。扭轉(zhuǎn)是否過大，可用概念設計方法近似計算剛心、質(zhì)心及偏心距后進行判斷，還可比較結(jié)構最遠邊緣處的最大層間變形和質(zhì)心處的層間變形，其比值超過1.1者，可認為扭轉(zhuǎn)太大而結(jié)構不規(guī)則。高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結(jié)構布置，當由于使用功能與建筑的要求，結(jié)構平面布置嚴重不規(guī)則時，應將其分割成若干比較簡單，規(guī)則的獨立結(jié)構單元。對于地震區(qū)的抗震建筑，簡單、規(guī)則、對稱的原則尤其重要。 高層建筑設計的一個特點是風荷載往往成為主

34、要荷載，尤其沿海地區(qū)風力成為控制荷載，所以高層建筑宜選用風作用效應較小的平面形狀，有利于抗風設計.對抗風有利的平面形狀同樣是簡單規(guī)則的凸平面，如圓形、方形、正多邊形、橢圓形等。,有較多凸凹的復雜形狀平面應盡量避免，特別是建于沿海地區(qū)的高層、超高層應當慎處理。,樓面的消弱過大對于高層建筑結(jié)構非常不利。例如樓板凹入較大，樓板有較大的開洞。樓、電梯間因為各層間無樓板支撐,相當于樓板開洞。當井字平面形狀建筑，外伸長度較大，而中央部位樓電梯間使樓

35、板受到較大消弱，這對高層建筑結(jié)構，特別是抗震設計時極為不利。因此《高規(guī)》4.3.6條對樓板消弱進行了一系列限制。例如開洞尺寸不宜大于樓面寬度的一半；樓板開洞總面積不宜超過樓板面積的30%：在扣除凹入或洞口后，樓板在任一方向的最小寬度不宜少于5米，且開洞后每一邊樓板的凈寬度不應小于2米。 對于樓板有較大的消弱時，應該采取一系列的措施予以加強。這些措施包括：1.加厚洞附近樓板，提高樓板的配筋率，采用

36、 雙層雙向配筋或配斜向鋼筋； 2.洞邊緣設置邊梁、暗梁； 3.在樓板洞口角部集中配斜向鋼筋； 4.外伸段凹槽處設置連接梁或連接板。,2、控制結(jié)構豎向布置結(jié)構豎向布置最基本的原則是規(guī)則、均勻。高層建筑結(jié)構沿高度方向剛度、承載力、質(zhì)量均勻，結(jié)構輪廓尺寸連續(xù)、立面沒有過大

37、的外挑和內(nèi)收。剛度或承載力突變的樓層，可能會成為軟弱層(層間變形過大)或薄弱層(承載力不足而形成塑性鉸層)，使地震作用集中，層間位移過大。許多震害表明：這樣結(jié)構大部分會在此突變處發(fā)生嚴重破壞甚至倒塌。結(jié)構宜設計成剛度下大上小，自下而上逐漸減小。下層剛度小,將使變形集中在下部，形成薄弱層，嚴重的會引起建筑的全面倒塌。如果體型尺寸有變化，也應下大上小逐漸變化，不應發(fā)生過大的突變。上部樓層收進變得體型較小的情況經(jīng)常發(fā)生，但是對于收進的尺寸應

38、當限制。收進的部位越高，收進后的平面尺寸越小，高振型的影響明顯加大。立面局部收進的尺寸不大于該方向尺寸的25%。,高層建筑結(jié)構抗震設計時，樓層剛度不小于其相鄰上層剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%，且要求連續(xù)三層的樓層總剛度降低不超過50%；A級高度高層建筑物的樓層層間受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力80%，不應小于其上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑則要求更為嚴格，要求樓層受剪承載力不應小于其上一層樓層受剪承

39、載力的75%。所謂樓層受剪承載力是該層全部抗側(cè)力構件(柱和剪力墻)在所考慮的水平地震作用方向受剪承載力之和。,B1不小于0.75B,B不小于0.9B1且a不大于4m,B1不小于0.75B,B不小于0.9B1且a不大于4m,3、采用對抗震有利的結(jié)構布置形式 震害教訓：建筑物平面不對稱，剛度不均勻，高低錯層連接，局部 凸出或高度方向剛度突變，都易造成震害。 抗震

40、結(jié)構：結(jié)構體形，布置、構造措施好壞比計算是否精確更直接 影響安全。 抗震結(jié)構布置要點： (1) 平面布置簡單，對稱、規(guī)則、質(zhì)心與剛心盡量重合。 (2) 注意突出部分的尺寸比例。 (3) 豎向位置應剛度均勻而連續(xù)，避免剛度突變，避免軟弱層。剛度 突變及軟弱層常由切斷剪力墻所致，切斷墻應避免，少數(shù)剪力墻 切斷。

41、 例如：鞭捎效應，由突出部分產(chǎn)生，需加強。 (4) 避免局部錯層，夾層，例如當結(jié)構中長短柱結(jié)合，抗震中短柱易 破壞。 (5) 盡可能設置抵抗地震的多道防線。超靜定結(jié)構允許部分構件屈服或 甚至損壞，是抗震結(jié)構的優(yōu)選結(jié)構。合理預見并控制超靜定結(jié)構的 塑性鉸出現(xiàn)部位，就可能形成抗震的多道防線。例如，框架-剪力 墻結(jié)構的剪力墻一

42、般都先屈服，應將框架作為第二道防線；聯(lián)肢剪 力墻中的連梁應先屈服，有些時候連梁可能剪壞，那么可使獨立懸 臂墻成為第二道防線。,4、設置防震縫 當房屋平面復雜，不對稱或各部分剛度、高度和重量相差 懸殊時，地震下薄弱部位會產(chǎn)生震害。 可采用兩種相反的措施： (1)加強各部分連接，整體結(jié)構整體性很強。 (2)設置防震縫，將房屋分成簡單規(guī)則的形狀。

43、 縫的寬度要足以防止縫兩邊的各個獨立單元互相碰撞。防震縫的最小寬度：框架結(jié)構高度不超過15m可取70mm;超過15m的部分，6度、7度、8 度、9度相應每增加高度5m、4m、3m和2m,宜加寬20mm?？蚣?剪力墻結(jié)構和剪力墻結(jié)構可按框架結(jié)構規(guī)定取值的70%和50%采用。但均不宜小于70mm。 縫的寬度較大，會給高層建筑設計與構造處理帶來困難，目前工程中大都傾向于不設縫，而建筑平面和豎向布置簡單，規(guī)則、對

44、稱，剛度均勻是避免設縫的根本途徑。如體形復雜，則要預先估計結(jié)構薄弱部位，采取措施予以加強。,5、設置伸縮縫與沉降縫 房屋長度較長，溫度收縮易使結(jié)構產(chǎn)生裂縫，特別是底層與頂層應力問題嚴重，易于出現(xiàn)裂縫，因此當超過規(guī)定長度，應設伸縮縫(基礎以上結(jié)構全斷開)。 伸縮縫的最大間距,地震區(qū)設伸縮逢，縫寬也要符合防震縫寬度的要求。 伸縮縫也會給建筑設計和構造處理帶來許多問題，

45、如用 料多，施工復雜。,當房屋長度超過《高層建筑混凝土結(jié)構技術規(guī)程(JGJ3-2002)》上述規(guī)定長度后，可采用以下措施而避免設置伸縮縫： (1)設后澆帶混凝土早期收縮占總收縮絕大部分。施工時把結(jié)構分 為30~40米長區(qū)段，各段間留出700~1000m寬的帶，暫不澆混 凝土，待大部分,后澆帶要選擇在受力較小的部位上，保留時間不小于一個月，且在氣溫較低時澆混凝土。縫內(nèi)的鋼筋要采用搭接方式

46、，使縫兩邊混凝土自由收縮，必要時可在澆混凝土前加以焊接。 (2)在屋頂采用有效保溫隔熱措施，減小溫度變化對屋面結(jié)構影響。 (3)局部做伸縮縫----可在結(jié)構頂部和底部幾層設伸縮縫。 (4)在溫度應力較大的地方，或?qū)囟葢γ舾械牟课欢嗉愉摻睢?收縮完成后再澆這部分混凝土，把結(jié)構連成整體，這是后澆帶。,沉降縫：高層建筑主體周圍設置多層或低層裙房，它們與主體 結(jié)構及重量相差懸殊，可設置沉降

47、縫。兩部分房屋從 上部到基礎全部斷開，使各部分自由沉降，避免由沉 降差造成結(jié)構內(nèi)部應力引起的裂縫或破壞。在地震區(qū)，應符合防震縫寬度要求。一般來說，抗震縫，伸縮縫，沉降縫可做在一起。但沉降縫使基礎構造復雜，特別是地下室，防水處理困難。不設沉降縫措施： (1)土質(zhì)很好，可利用天然地基，放在一剛度很大的整體 基礎上，不產(chǎn)生沉降差。

48、 (2) 控制建筑物的絕對沉降值。采用樁基使主樓與裙房沉 降量很小從而沉降差更小。 (3)后澆帶----沉降主要在初期，沉降完成大部分后，再澆 連接混凝土，設計時就考慮兩個階段基礎受力不同， 分別驗算。 (4)裙房面積不大時，可從主體結(jié)構箱基挑出基礎梁，承 受裙房重量。,第四節(jié) 高層建筑基礎形

49、式及選型原則,一、高層建筑基礎選型,基礎是建筑物和地基之間的連接體，基礎把建筑物豎向體系傳來的荷載傳給地基。高層建筑的基礎工程由于工程量大、施工難度大、工期長、消耗的材料多，在高層建筑的概預算中占了很大的比重（一般10~18高層住宅基礎所需工期和造價占1/3左右）?；A選型不當，將影響結(jié)構的正常使用、上部結(jié)構開裂、傾斜、沉降過大、構件破壞、整體倒塌。高層建筑基礎選型的基本原則： 1.基礎選型首先要要考慮使基礎傳遞下來的荷載不超

50、過 地基的長期承載能力。無論哪種基礎，基礎的概念都 是把集中荷載分散到地基上，分散程度與地基的承載 能力成反比。,2. 綜合考慮地質(zhì)、結(jié)構類型、建筑用途、施工技術、施 工條件、對相鄰建筑影響，滿足施工、使用階段的正 常要求。特別注意： 1）場地地質(zhì)（土層分布、強度、壓縮模量）、地下 水位。 2）不同類型的上部結(jié)構對地基不均勻沉

51、降敏感程不 同。如框—剪結(jié)構，基礎剛度不夠會引起剪力墻沉 降過大，剪力墻將部分卸載給框架，使框架處于不 利。所以，框—剪結(jié)構應當設在同一剛性基礎上。 3）高層基礎應滿足建筑使用要求。如人防、地下車 庫、地下酒吧、地下商場、地下餐廳、與城市已 有地下設施（地鐵）連通等要求。 4）可選基礎方案很多。應

52、根據(jù)不同情況和地區(qū)習慣 做法，選擇經(jīng)濟合理的方案。也須考慮擬建建筑對 已建建筑基礎和其他地下設施的影響。,3. 高層高度大、重量大、基礎深，對基礎的穩(wěn)定性、地 基承載力、地基變形、整體傾斜有嚴格要求。施工對 環(huán)境影響也較大。需地基勘查探明地質(zhì)、地下水、地 基土性狀。先勘探后設計。 4.高層基礎應整體性好，滿足地基承載力、變形要求， 并

53、能調(diào)節(jié)不均勻沉降。根據(jù)上部結(jié)構類型、使用荷載、 結(jié)構高度、地質(zhì)情況，選用獨立柱基、條形基礎、筏 形基礎、箱形基礎和樁筏、樁箱基礎。,二、高層建筑基礎類型,高層基礎形式有：獨立柱基、條形基礎、筏形基礎、箱形 基礎和樁基礎。,1.筏形基礎 當條形基礎、柱下獨立基礎、和交叉梁基礎底面積≥3/4 時，采用筏板式基礎更為經(jīng)濟。也稱為板式基礎，多用

54、在上部結(jié)構荷載較大，地基承載力較低的情況。,筏板基礎兩種：倒肋形樓蓋式和倒無梁樓蓋式。 倒肋形樓蓋的筏基，板的折算厚度較小，用料較省，剛度較好，但施工麻煩，模板較費。板底架梁方案地下室空間好用，但地基開槽麻煩，且破壞地基連續(xù)性，擾動地基土，降低地基承載力； 倒無梁樓蓋式的筏基，板厚大，剛度差，但施工方便，地下空間好用。應在柱下板底或板面加墩，板底加墩地下空間好用，板面加墩施工方便。上部結(jié)構計算時，先要確定嵌固部位，嵌固

55、部位直接影響基礎彎矩，對結(jié)構分析和基礎設計非常重要。《箱筏規(guī)范》規(guī)定了嵌固部位確定原則。其前提是地下室四周的回填土分層夯實。實際很多對夯實質(zhì)量沒認真控制?；靥钯|(zhì)量較好時，利于吸收地震能量，減輕上部地震反應，增強建筑整體穩(wěn)定性，地震反應減小達20～30％。施工圖應對回填質(zhì)量提出嚴格要求。,嵌固要求：常有主體結(jié)構連大地下室，需將地下室頂板設為上部結(jié)構的嵌固部位：采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構，樓板厚度不小于180mm，混凝土強度等級不小于C30，每層每方

56、向配筋率不小于0.25%的雙層雙向配筋；地下室結(jié)構的樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的2倍（其目的旨在迫使塑性鉸出現(xiàn)在上部結(jié)構剛度軟弱的部位)；地下室柱配筋不應小于地上一層對應柱每側(cè)縱筋面積的1.1倍；地下一層抗震等級應與上部結(jié)構相同，地下一層以下及地下室中無上部結(jié)構的部分可根據(jù)具體情況采用三級或更低等級。,地下一層和地上一層結(jié)構的側(cè)向剛度比估算(抗震規(guī)范）：,梁板式筏基的板厚≥300mm，且板厚與板格的最小跨度之比≥1/20。

57、平板式筏基的板厚應能滿足受沖切承載力的要求。板厚≥400mm。僅少數(shù)柱的荷載比較大時，筏板厚度應按多數(shù)柱下的沖切承載力，在少數(shù)荷載大的柱下可采用柱帽滿足抗沖切的需要。為減板厚，可在柱下加彎起鋼筋抵抗沖切。,2.箱形基礎,當?shù)鼗鶚O軟弱且沉降不均勻十分嚴重時，采用筏板基礎，其剛度會顯得不足，在上部結(jié)構對基礎不均勻沉降敏感時尤其如此，可用箱基。箱基優(yōu)點：剛度大，整體性好，傳力均勻；能適應局部不均勻沉降較大的地基，有效地調(diào)整基底反力；基底面積

58、大，埋深大，挖土卸除了地基自重應力，地基承載力有提高，建筑沉降減小；由于埋深較大，箱基外壁與土的摩擦力增大，增大了基礎周圍土體對結(jié)構的阻尼，有利于抗震。高層建筑大都設有地下室，具備箱基條件，經(jīng)濟上合算。,箱形基礎要求：箱基高度應滿足承載力和剛度要求，其值≥ 1/20箱基長，并≥3m。箱基長不含懸挑。以保證箱基剛度，適應地基不均勻沉降，減少不均勻沉降引起的上部結(jié)構附加內(nèi)力。箱基墻體連接頂、底板，使其有足夠剛度、強度，并把上部荷載傳到地基。

59、箱基內(nèi)、外墻應沿上部柱網(wǎng)和剪力墻縱橫均勻布置，墻厚應按受力、剛度、防水定。外墻≥250mm；內(nèi)墻≥200mm；頂板≥200mm，基礎底板厚≥300mm 。墻體水平截面總面積不宜小于箱基外墻外包尺寸的水平投影面積的1/10?；A平面長寬比＞４時，其縱墻水平截面面積不得小于箱基外墻外包尺寸水平投影面積的1/18，以保證基礎整體剛度，這在一般工程中基本都能滿足。當墻體面積率不滿足要求時，箱基的內(nèi)力應另作考慮。箱基墻體的洞口應設在墻體剪力較小的

60、部分，門洞宜設在柱間距居中部位，洞邊至上層柱中心的水平距離≥1.2m，以免洞口上的過梁由于過大的剪力造成截面承載力不足。,3.樁基礎,當?shù)鼗鶞\層土質(zhì)軟弱，好土距地面較深時，不能滿足承載力或沉降要求時，應考慮采用樁基礎。將荷載傳到下部較堅實的土層上。樁應符合《樁基規(guī)范》JGJ94-2008。樁宜盡量布置在墻下、柱下。樁基礎組成：樁基承臺、樁基本身。樁的選型應根據(jù)工程地質(zhì)資料、結(jié)構類型、荷載性質(zhì)、施工條件以及經(jīng)濟指標等因素確定。樁按受力

61、性能來區(qū)分，有摩擦樁和端承樁兩種。按施工方法分，有預制樁、灌注樁。預制樁有預制管樁、預制方樁等，因其工程質(zhì)量易于保證，故現(xiàn)在普遍采用；灌注樁又分：沉管灌注樁、鉆孔灌注樁、人工挖孔樁等。不同樁徑、不同持力層有不同的單樁承載力。樁徑的選擇：樁徑應綜合考慮荷載大小，地下土層分布，樁的長徑比這些因素。既滿足使用要求，又發(fā)揮地基土和樁身材料的承載性能，既符合成樁技術的現(xiàn)實水平，又能滿足施工,工期要求和降低造價。樁長的選擇：應選較硬土層作為樁端持

62、力層。樁端進入持力層的深度，對于粘性土、粉土≥2d，砂土≥1.5d，碎石類土≥1d。當存在軟弱下臥層時，樁基以下硬持力層厚度≥4d。單樁豎向承載力特征值的確定： 還需結(jié)合單樁靜載試驗結(jié)果確定,按承載力控制設計樁，承臺下總樁數(shù)n：,（1）按軸心豎向荷載控制：,（2）按偏心豎向荷載控制：,（3）按地震作用控制： 按地震作用組合計算樁數(shù)時，可將上述公式中承載力設計值相應提高25％設計。,（4）按水平荷載控制：,,,,,,樁頂嵌入

63、承臺內(nèi)的長度，大直徑樁≥100mm；中小直徑的樁≥50mm； 樁的縱向鋼筋錨入箱基或筏基底板內(nèi)的長度≥35d，對于抗拔樁基≥45d?；A承臺的厚度由受沖切承載力計算并結(jié)合剛度、防水等要求確定?；A承臺沿樁頂、柱根、剪力墻或筒體周邊的受沖切承載力按《樁基規(guī)范》計算。基礎承臺或底板抗沖切計算主要是上面結(jié)構柱和下面樁對承臺或板底的沖切計算。墻、柱和板下樁對板底的沖切計算應符合下列要求：沖切破壞錐體應采用自墻邊至相應樁頂邊緣連線所構成的截

64、錐體，錐體斜面與板底面的夾角不小于45º。對于柱（墻）根部受彎矩較大的情況，應考慮其根部彎矩在沖切面上產(chǎn)生的附加剪力驗算底板受柱（墻）的沖切承載力。當柱荷載較大，等厚度底板的沖切承載力不能滿足要求時，可在底板上面增設柱敦或底板下局部增加厚度來提高底板的沖切承載力。,三、高層建筑基礎設計應注意的幾個問題,1. 基礎埋深,基礎埋深必須滿足地基承載力、變形和穩(wěn)定性要求。 天然地基或復合地基可取房屋高度的1/15;

65、 樁基礎可取房屋高度的1/18。,2. 主體與裙房或附屬結(jié)構基礎的處理,當主體基礎與裙房間設沉降縫時，主體基礎埋深應＞裙房基礎埋深2m，以保證主體基礎可靠的側(cè)向約束和地基穩(wěn)定性，沉降縫用粗砂填實。沉降縫使基礎構造復雜，特別是地下室，防水處理困難。當主體基礎與裙房間不設沉降縫時，應進行地基變形驗算。當差異沉降不能滿足要求時，應采取相應的措施，對地基進行有效的加固處理。此外，為了減小沉降差對相連裙房的影響，與高層建筑相連的基礎梁和

66、上部結(jié)構的框架梁，其節(jié)點應設計成具有較好變形能力的半剛接或鉸接。,不設沉降縫還可采取下列措施：打樁，控制絕對沉降量從而控制沉降差；設變形后澆帶。與高層建筑相連的門廳等低矮單元基礎，可采用從基礎挑出的基礎梁方案。挑出長度≤0.15倍基礎寬度，并應考慮挑梁對基礎產(chǎn)生的偏心影響。挑出部分下面應填充一定厚度的松散材料，或采取其它能保證挑梁自由下沉的措施。,3. 基礎形式不可混用,同一結(jié)構單元的基礎不宜設置在性質(zhì)截然不同的地基上；

67、同一結(jié)構單元的基礎不宜部分采用天然地基部分采用樁基。,基礎挑出部位示意,補充： 獨立基礎的設計,一、 確定基礎埋深,軸心受壓柱下基礎,,,,,獨立基礎的設計步驟：,二、 確定基礎底面尺寸,基礎的埋置深度在綜合考慮建筑物的用途，有無地下室、設備基礎和地下設施，基礎的型式和構造等因素的前提下；需滿足;(1)盡量淺埋,但不宜小于0.5m；（2）宜埋置在地下水位以上；（3）需滿足基礎穩(wěn)定或抗滑要求,偏心受壓柱下基礎,,,,,,,,底面尺寸要符