高层建筑结构设计,应重视结构的选型和构造。择优选用抗风及抗震性能好而又经济合理的结构体系和平、立面布置方案。在构造上应加强连接,保证结构的整体性,使结构具有足够的承载能力、刚度和延性。
在设计当中,确定结构体系之后,需要具体进行结构总体布置。总体布置合理与否,对建筑的使用、坚固、经济、美观、施工都有很大影响。
1.建筑布置与结构布置的要求应有机地结合起来,在满足使用要求的同时,要考虑结构的受力合理。在高层建筑中,如何保证结构更有效地抵抗水平荷载是设计中的重要问题
高层建筑结构的高宽比不宜超过表10-6的规定。
表10-6 高宽比的限制
2.高层建筑的平面宜选用风压较小的形状,并应考虑邻近高层建筑对其风压分布的影响
在高层建筑的一个独立结构单元内,宜使结构平面形状和刚度均匀对称。明显不对称的结构应考虑扭转对结构受力的不利影响。
3.需要抗震设防的高层建筑,其平面布置应符合下列要求
1)平面宜简单、规则、对称、减少偏心,否则应考虑其不利影响。
2)平面长度不宜过长,凸出部分长度L宜减小,凹角处宜采取加强措施,见图10-18。L、l、l′等值宜满足表10-7的要求。
图10-18 建筑平面
表10-7 L、l、l′的限值
4.关于筒中筒结构的总体布置原则
筒中筒结构,多用于超高层建筑,宜采用对称平面,优先采用圆形、正多边形,采用矩形平面时其长宽比不宜大于2,当长宽比大于2时,宜在平面内另设剪力墙或柱距较小的框架将筒体划分为若干个筒,各筒之间的刚度不宜相差太大。
筒中筒结构设计应符合以下要求:
1)筒中筒结构的高宽比宜大于3,高度不宜低于60m。
2)剪力墙内筒的边长宜为高度的1/8~1/10。如有另外的角筒和剪力墙时,内筒平面尺寸还可以适当减小。内筒宜贯通建筑物全高,竖向刚度宜均匀变化。
3)外筒密柱到底层部分可通过转换梁、转换桁架、转换拱等扩大柱距,但柱的总截面面积不宜减小。需要抗震设防时应采取措施保证柱底的延性要求。
4)内筒与外筒之间的距离,对非抗震设计,不宜大于12m;对抗震设计,不宜大于10m。超过此限值时宜另设承受竖向荷载内柱或采用预应力混凝土楼面结构。
5.高层建筑结构的伸缩缝
如果房屋的长度过大,由温度变形引起的内力将导致房屋结构的破坏,因此《规范》规定,伸缩缝间距一般不宜超过表10-8的限制。伸缩缝只要上部结构分开,基础可以不分开。
表10-8 伸缩缝的最大间距(www.daowen.com)
6.防震缝和沉降缝的设置与构造
对有抗震设防的建筑,遇有下列情况时宜设防震缝:
1)平面各项尺寸超过表10-7的限值而又无加强措施;
2)房屋有较大的错层;
3)各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施。防震缝的基础可以不分开,其宽度一般不宜小于5cm。最小宽度一般应满足表10-9的要求。
当房屋各部分地基土质不同,或者当房屋的高度和荷载相差很大时,应设置沉降缝将两部分分开,以避免不均匀沉降而导致房屋结构的破坏。沉降缝必须从上到下将整个建筑分开,包括基础在内。沉降缝可以兼做温度缝和防震缝,兼做防震缝时应符合防震缝宽度的要求。
高层建筑与裙房之间,当采用必要的措施时,可连为整体而不设沉降缝,具体措施如下:
1)采用桩基,桩支承在基岩上,或采取减少沉降的有效措施并经计算,沉降差在允许范围内。
2)主楼与裙房采用不同的基础形式,并宜先施工主楼,后施工裙房,调整压力使后期沉降基本接近。
3)地基承载力较高、沉降计算较为可靠时,主楼与裙房的标高预留沉降差,先施工主楼,后施工裙房,使最后两者标高基本一致。
在上述2)、3)两种情况下,施工时应在主楼与裙房之间先留出后浇带,待沉降基本稳定后再连成整体。设计中应考虑后期沉降差的不利影响。
表10-9 防震缝的最小宽度(mm)
注:H为相邻结构单元中较低单元的屋面高度(m),H至少取15(m)。
7.结构竖向布置
需要抗震设防的建筑,竖向体形应力求规则、均匀,避免有过大的外挑和内收,如图10-19所示。符合以下要求的建筑,可按竖向规则建筑进行抗震分析。
1)立面收进部分的尺寸比值B1/B>0.75。
2)沿竖向,结构的侧向刚度变化较均匀,构件截面由下至上逐渐减小,不突变。
高层建筑宜设地下室。当基础落在岩石上时,可不设地下室,但应采用地锚等措施。
图10-19 立面收进
基础的埋置深度,采用天然地基时可不小于建筑高度的1/12,采用桩基时,可不小于1/15,桩的长度不计在埋置深度内。地震设防烈度为6度或非抗震设防的建筑基础埋深可适当减小。
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