復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu).doc

1171復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的分類如第l章所述，復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)可分為帶轉(zhuǎn)恢層的結(jié)構(gòu)、帶加強層的結(jié)構(gòu)、錯層結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)和多塔結(jié)構(gòu)5類。這幾種結(jié)構(gòu)豎向布置不規(guī)則。傳力途徑復(fù)雜，有的結(jié)構(gòu)平面布置也不規(guī)則。這些特征是某些建筑多功能發(fā)展的需要決定的。1172 復(fù)雜高后建筑結(jié)構(gòu)的適用范圍 由于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)在地震作用下容易形成敏感的薄弱部位，所以應(yīng)對其在地震區(qū)的適用范圍予以限制。我國高規(guī)指出，為了使其抗震性能良好并能滿足有關(guān)抗震設(shè)防的要求，復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范囤應(yīng)符合下列規(guī)定： (1)9度抗震設(shè)計時，不應(yīng)采用帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)、帶加強層的結(jié)構(gòu)、錯層結(jié)構(gòu)和連體結(jié)構(gòu)。對于多塔結(jié)構(gòu)，9度抗震設(shè)計時不允許采用。 (2)7度和8度抗震設(shè)計時、不宜同時采用超過兩類的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)。否則，在比較強烈的地震作用下，難以避免發(fā)生嚴(yán)重震害。(3)對含有框架剪力墻和剪力墻錯層結(jié)構(gòu)的適用建筑高度應(yīng)嚴(yán)格限制。7度和8度抗震設(shè)計時，錯層剪力墻結(jié)構(gòu)的高度分別不宜大于80m和60m；錯層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的高度分別不應(yīng)大于80 m和60 m。因為錯層結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則，錯層附近的豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)容易形成薄弱部位，樓蓋體系山因錯層受到較大的削弱，嚴(yán)格限制其適用高度十分必要。 (4)抗震設(shè)計時，B級高度高層建筑不宜采用連體結(jié)構(gòu)。震害表明，連體的位置越高，越容易倒塌；房屋越高，連體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)越大。 (5)對于B級高度底部帶轉(zhuǎn)換層的筒中筒結(jié)構(gòu)當(dāng)外筒采用剪力墻構(gòu)成壁式框架時，其最大適用高度可比無轉(zhuǎn)換層時的限高降低10一20%，視設(shè)防烈度大小、轉(zhuǎn)換層位置高低而定。這一限制是考慮到轉(zhuǎn)換層上、下剛度和內(nèi)力傳遞途徑突變的不利影響。 以下重點介紹帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)和帶加強層的結(jié)構(gòu)。118帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計1181 轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的應(yīng)用 為了實現(xiàn)高層建筑內(nèi)部上下層結(jié)構(gòu)形式與柱網(wǎng)的變化，可以采用圖1112所示的各種形式的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，即：(1)梁式轉(zhuǎn)換層：見圖1112a及b。(2)桁架式轉(zhuǎn)換層：見圖1112e；(3)空腹桁架式轉(zhuǎn)換層：見圖1112f。(4)厚板轉(zhuǎn)換層：見圖1112c(5)箱式轉(zhuǎn)換層：見圖1112d。 對于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)(例如框筒)采用的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，由于建筑立面造型的需要可采用圖1113所示的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，即：梁式轉(zhuǎn)換(圖1113a)；桁架式轉(zhuǎn)換(圖1113b)；空腹桁架轉(zhuǎn)換(圖1113c)；多梁式轉(zhuǎn)換(圖1113d)；合柱式轉(zhuǎn)換(圖1113e)；拱式轉(zhuǎn)換(圖1113f)。 應(yīng)當(dāng)指出，各種形式的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中，粱式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用最廣泛，因為它受力明確，設(shè)計與施工簡單。梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般用于上部密柱向下部稀柱的轉(zhuǎn)換，或用于上層為剪力墻結(jié)構(gòu)、下層為框架結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)縱向和橫向同時需要轉(zhuǎn)換時，可以來用雙向布置梁的轉(zhuǎn)換方式。例如圖1114a是北京國際貿(mào)易中心國際旅館采用的粱式轉(zhuǎn)換層，圖1114b是北京南洋飯店的梁式轉(zhuǎn)換層；與此類似的還有廣東肇慶星湖大酒店，標(biāo)準(zhǔn)層布置見第7章圖73，其下即為粱式轉(zhuǎn)換層。在第7章圖74個結(jié)出了短肢剪力墻與下面大空間的柱式轉(zhuǎn)換工程結(jié)構(gòu)平面圖。 182轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中進(jìn)行轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置時應(yīng)符合下列原則規(guī)定： (1)避免高位轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換層位置越高對抗震越不利。對部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層的設(shè)置高度，8度設(shè)防時不宜超過3層，7度設(shè)防時不宜超過5層，6度設(shè)防時可適當(dāng)提高。對于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架核心筒結(jié)構(gòu)和筒中筒結(jié)構(gòu)，由于轉(zhuǎn)換層上、下內(nèi)力傳遞突變程度小于框支剪力墻結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)置高度可適當(dāng)提高。 (2)減小轉(zhuǎn)換層上、下剛度的突變，控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。 (3)合理選擇轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式。厚板轉(zhuǎn)換層只限于非震區(qū)和6度抗震設(shè)計采用。對于大空間地下室的厚板轉(zhuǎn)換層不受此限。B級高度框支剪力墻結(jié)構(gòu)不宜采用框支主、次梁布量方案。A級高度可以采用，但設(shè)計中應(yīng)對框支粱用有限元法進(jìn)行應(yīng)力分析，按應(yīng)力分析配筋并加強構(gòu)造。 (4)特別嚴(yán)格遵守落地剪力墻(筒體)和框支柱布置的有關(guān)規(guī)定。1183轉(zhuǎn)換層構(gòu)件的設(shè)計計算要點11831 框支梁和轉(zhuǎn)換梁 框支梁在大多數(shù)情況下為偏心受拉構(gòu)件，并承受很大的剪力，約為普通樓蓋主梁的數(shù)十倍。將上部柱距擴(kuò)大的一般轉(zhuǎn)換梁也承受如此強大的剪力，為此設(shè)計時應(yīng)采取下列設(shè)計措施： (1)嚴(yán)格遵守高規(guī)關(guān)于框支梁截面高度要求及框支梁截面組合的最大剪力設(shè)計值的限制條件。 (2)為了承受強大的剪力，梁截面要有合適的寬度，截面的高寬比宜小于15。同時，箍筋宜采用粗鋼筋甚至高強鋼筋，肢數(shù)可在8肢以上。 (3)框支梁的支座及上部墻體門洞附近，粱的剪力均較大，箍筋應(yīng)加密；當(dāng)梁上洞口靠近梁支座范圍時，可加腋提高受剪承載力。 (4)框支梁本身不宜開洞，否則在計算上和構(gòu)造上應(yīng)進(jìn)一步處理。 (5)框支梁受力復(fù)雜，宜在結(jié)構(gòu)整體計算后按有限元方法進(jìn)一步作精確應(yīng)力分析。 (6)當(dāng)內(nèi)力太大時，也可采用型鋼混凝土框支梁。 對于一般的轉(zhuǎn)換粱也應(yīng)符合上述設(shè)計要求。11832空腹桁架 采用空腹桁架作轉(zhuǎn)換層時，一定要保證其整體的受力作用?？崭硅旒艿纳稀⑾孪覘U宜考慮樓板共同工作，豎腹桿應(yīng)按“強剪弱彎”的原則配筋；要加強豎腹桿的箍筋配置及其兩端的連接構(gòu)造。要加強上、下弦桿與框架柱的錨固。11833厚板轉(zhuǎn)換 厚板轉(zhuǎn)換最宜用于復(fù)雜的商住樓。即當(dāng)上部住宅勢力墻結(jié)構(gòu)布置很不規(guī)則場等要求布置大柱網(wǎng)時，采用厚板轉(zhuǎn)換是一種好的結(jié)構(gòu)形式。 當(dāng)在非震區(qū)及6度設(shè)防地震區(qū)設(shè)計時可按高規(guī)進(jìn)行設(shè)計，也可采用中國建筑科學(xué)院厚板程序TBPL計算。否則應(yīng)在整體分析后按有限元方法，采用中厚板單元等近一步計算，詳見第13章，并采取更嚴(yán)格的構(gòu)造措施和試驗研究。11833箱形轉(zhuǎn)換層 箱形轉(zhuǎn)換層要求箱形轉(zhuǎn)換構(gòu)件具有足夠大的平面剛度來保證整體工作。箱形轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上、下樓板厚度不宜小于180mm，并在配筋時要考慮自身平面內(nèi)的拉力、壓力及局部彎矩的影響。 以上各點更具體的規(guī)定，詳見高規(guī)。119帶加強層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計1191加強層結(jié)構(gòu)的形式什么是加強層？現(xiàn)以框架核心筒為例予以說明。為了提高這種結(jié)構(gòu)的側(cè)向抗力和剛度一個途徑是把外框架的稀柱變?yōu)?m的密柱，這就是整體性很強、側(cè)向剛度很大的筒中筒結(jié)構(gòu)。另外一個途徑，就是把核心筒的墻體軸線上連系外框、內(nèi)筒的梁的截面高度從下層到上層增加到等于層高而變成一片剪力墻，這時外框與內(nèi)筒整體性大大增加，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度自然十分強大。實際上，并不需要從下到上的全部梁截面增高，僅需將l一3個層的梁截面高度增加到一個層高(圖1115)就會有理想的效果。因為這時梁截面的剛度已是普通梁的50100倍。這樣的結(jié)構(gòu)層就是加強層。該增高的梁稱為水平剛臂或水平外伸構(gòu)件。以水平剛臂構(gòu)成的加強層，可以采用下列幾種結(jié)構(gòu)形式：(1)梁式加強層如上所述，將普通大梁增大至所帶高度(不一定等于層高，計算確定)；(2)桁架式加強層水平剛臂是桁架，具有水平、垂直及斜向桿件；(3)空腹桁架式加強層水平剛臂是空腹桁架只含有水平及垂直桿件；(4)箱式加強層由整個一層的墻、外圍梁與上、下樓板一起構(gòu)成。應(yīng)當(dāng)注意，必要時在加強層設(shè)置周邊水平環(huán)帶構(gòu)件，以加強整個結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，如圖1115所示。加強層水平剛臂構(gòu)件早期常用鋼結(jié)構(gòu)，現(xiàn)已擴(kuò)展到采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。1192加強層對高層建筑結(jié)構(gòu)工作性能的影響如上所述，出于加強層水平剛臀的設(shè)置，使核心筒與外柱連成整體共同工作，并使核心筒和外柱因外力作用而產(chǎn)生的豎向變形得到協(xié)調(diào)。核心筒彎曲時由于受到外柱軸向變形的限制各個橫截面不再能自由轉(zhuǎn)動，從而減小了結(jié)構(gòu)的層間位移和頂點側(cè)移?？傊O(shè)置加強層可以使外柱參與整體抗彎，增強結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)能力，減小核心筒的彎矩，減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移，以下分別說明。11 921 減小核心筒彎矩的因素 如圖1116所示，當(dāng)僅在結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置一道水平剛臂時(圖1116b，)，核心筒受到的彎矩要比無水平剛臂時(圖116a)少Mt。當(dāng)在半高處設(shè)量第二道水平剛臂以后(圖1116c)，下部核心筒受到的彎矩比上述圖1116b少M2，比無水平剛臂時(圖1116a)少M1+M2。研究表明，不僅剛臂的設(shè)置道數(shù)，而且剛臂的設(shè)置高度位置及核心筒、外柱、剛臂之間的相對剛度，對核心筒彎矩的減小都有影響。圖1117a給出了一般情況下核心筒彎矩M減小的百分?jǐn)?shù)與剛臂道數(shù)的關(guān)系曲線。圖中為與筒體、剛臂和外柱剛度有關(guān)的參數(shù)。由圖1117可知，設(shè)置一道剛臂時核心筒彎矩減小較顯著，當(dāng)多于兩道時彎矩減小的效果則逐漸減弱。11922 減小結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響因素 1剛臂的道數(shù) 圖1117b給出了設(shè)置加強層以后，結(jié)構(gòu)頂點的側(cè)移比未設(shè)加強層時減小的百分?jǐn)?shù)?？梢钥闯?，設(shè)一道剛臂時，結(jié)構(gòu)頂點側(cè)移減小的幅度最大，效果最顯著，隨著剛臂道數(shù)的增多，結(jié)構(gòu)頂點側(cè)移減小的幅度逐漸減弱。剛臂道數(shù)對結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響規(guī)律與其對核心筒彎矩的影響規(guī)律很相似。 2剛臂所在位置尚度和核心筒與外柱的剛度比 設(shè)置剛臂使結(jié)構(gòu)側(cè)移減小的程度，不僅與剛臂道數(shù)有關(guān)，還與剛臂所在高度位置、核心筒與外柱剛度比以及剛臂的抗彎剛度有關(guān)。 圖1119給出了一框架核心筒結(jié)構(gòu)在梁高h(yuǎn)=2m、3m和4m 3種井字形雙向?qū)嵏沽簞偙矍闆r下，按7度抗震設(shè)防，地層頂點側(cè)移計算結(jié)果與無剛臂加強層的比較。由圖可知：當(dāng)剛臂截面高度h2m時，減小側(cè)移的效果己相當(dāng)顯著。梁高再進(jìn)一步增大時，減小側(cè)移的效果逐漸減弱。11 923 加強層對構(gòu)件內(nèi)力豎向分布的影響 1外柱軸力的豎向分布 不設(shè)剛臂時，水平地震作用下，柱子軸力沿建筑高度為一自上而下遞增的平滑斜線。設(shè)