高层建筑结构3高层建筑结构荷载作用与结构设计原则
- 格式:ppt
- 大小:1.84 MB
- 文档页数:52
高层建筑的结构特点一、高层建筑结构设计的特点高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较,结构专业在各专业中占有更重要的位置,不同结构体系的选择,直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。
其主要特点有:(一)水平力是设计主要因素在低层和多层房屋结构中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。
而在高层建筑中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响,但水平荷载却起着决定性作用。
因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比。
另一方面,对一定高度建筑来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
(二)侧移成为控指标与低层或多层建筑不同,结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。
随着建筑高度的增加,水平荷载下结构的侧向变形快速增大,与建筑高度H的4次方成正比(△=qH4/8EI)。
另外,高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的快速增大,在设计中不仅要求结构具备足够的强度,还要求具备足够的抗推刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内,否则会产生下述情况:1.因侧移产生较大的附加内力,尤其是竖向构件,当侧向位移增大时,偏心加剧,当产生的附加内力值超过一定数值时,将会导致房屋侧塌。
2.使居住人员感到不适或惊慌。
3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏,使机电设备管道损坏,使电梯轨道变型造成不能正常运转。
(三)抗震设计要求更高有抗震设防的高层建筑结构设计,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外,还必须使结构具备良好的抗震性能,做到小震不坏、大震不倒。
(四)减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。
高层建筑结构设计基本原则在当今城市发展的进程中,高层建筑如雨后春笋般拔地而起。
高层建筑的出现不仅有效地解决了城市土地资源紧张的问题,还成为了城市现代化的重要标志之一。
然而,高层建筑的结构设计是一项复杂而又至关重要的工作,需要遵循一系列基本原则,以确保建筑的安全性、适用性、耐久性和经济性。
一、安全性原则安全性是高层建筑结构设计的首要原则。
这意味着结构必须能够承受各种可能的荷载,包括自重、活荷载、风荷载、地震荷载等,并且在这些荷载作用下不会发生破坏或倒塌。
在设计过程中,首先要对建筑所在地的地震烈度、风荷载等自然条件进行详细的勘察和分析。
根据这些数据,合理确定结构的抗震等级和抗风性能要求。
同时,要选择合适的结构体系,如框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等,以提供足够的承载能力和抗侧力能力。
材料的选择也是确保安全性的重要环节。
高强度、高质量的建筑材料能够提高结构的强度和耐久性。
此外,结构的连接节点设计也不容忽视,节点的可靠性直接影响到整个结构的稳定性。
为了验证结构的安全性,还需要进行详细的结构分析和计算。
现代计算机技术的发展为结构分析提供了强大的工具,但设计师仍需对计算结果进行合理的判断和校核,确保结构的安全性得到充分保障。
二、适用性原则适用性原则要求高层建筑在使用过程中能够满足人们的各种需求,提供舒适、便捷的使用空间。
在平面布局方面,要考虑功能分区的合理性,如办公区、居住区、商业区等的划分。
同时,要保证交通流线的顺畅,避免出现拥堵和不便。
对于竖向布局,要注意层高的设置,既要满足使用功能的要求,又要考虑到建筑的经济性。
此外,还要考虑设备管道的布置,避免对使用空间造成影响。
在结构设计中,要控制结构的变形和振动,以保证建筑在正常使用条件下不会出现过大的位移和振动,影响使用者的舒适度和安全感。
例如,对于风荷载较大的地区,要通过优化结构设计来减小风振响应。
三、耐久性原则耐久性是指高层建筑在规定的使用年限内,能够保持其结构性能和外观质量。
高层建筑复习题及答案1、我国将高度超过_____以上的建筑定义为超高层建筑。
()A 、80m ;B、100m;(正确答案)C 、150m;D、 200m答案解析:我国将10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其它高层民用建筑定义为高层;将高度超过100m以上的建筑定义为超高层建筑2、埃菲称铁塔采用的技术包括_____。
()A 电梯 ;(正确答案)B 压型钢板组合楼板;C 粘弹性阻尼器;D 风洞试验。
答案解析:1889年,巴黎埃菲称铁塔建成,是钢结构和电梯的结合,对高层建筑的发展有很大的推动作用。
3、目前世界上最高的建筑是_____。
()A 101大厦;B 哈利法塔;(正确答案)C 上海环球金融中心;D 金贸大厦。
答案解析:台北101大楼总高度509米;哈利法塔总高度828米;上海环球金融中心总高度492米;金茂大厦421米4、下面哪种材料属于强度高,韧性大,易于加工,施工方便,工期短,结构断面小,自重轻,抗震性能好,造价高,耐火性能差? ()A 砌体;B 混凝土;C 钢;(正确答案)D 木材。
答案解析:钢结构:钢材强度高,韧性大,易于加工,施工方便,工期短,结构断面小,自重轻,抗震性能好,造价高,耐火性能差。
5、减少建筑在地震下破坏的技术包括? ()A 隔震;(正确答案)B 减震;(正确答案)C 耗能支撑;(正确答案)D采用砖混结构。
答案解析:隔震、耗能减震技术的应用将得到发展:被动减震及主动减震;被动耗能减震有耗能支撑,带竖缝耗能剪力墙、被动调谐质量阻尼器、油阻尼器。
主动减震则是计算机控制的,由各种作动器的调谐质量阻尼器对结构进行主动控制或混合控制的各种作用过程。
第二章:高层建筑结构体系与结构布置1、随着建筑高度的增加,下列哪一项增大最快? ()A 底层柱轴力;B 底层柱剪力;C 建筑顶点挠度;(正确答案)D 底层柱弯矩。
答案解析:N=∑N、V=qH、M=1/2qH2、f=qH4/8EI2、框架结构的缺点是____? ()A 空间布置灵活;B 整体性、抗震性能好;C 结构自重小;D 抗侧刚度比剪力墙的小。
高层建筑结构设计要求和荷载效应组合高层建筑的结构设计是十分重要的,因为它需要承受巨大的荷载效应,包括自重、风荷载、地震荷载等。
设计师在进行高层建筑结构设计时应考虑以下几个方面的要求和荷载效应组合:1.强度要求:高层建筑需要承受大量的荷载,因此在结构设计中必须满足强度要求。
这包括材料的强度要求,如钢筋混凝土的抗拉、抗压强度等;以及构件的强度要求,如梁、柱、墙等结构构件的尺寸、截面形状、厚度等。
2. 稳定性要求:高层建筑结构设计中,不仅需要考虑结构的强度,还需要考虑结构的稳定性。
稳定性要求包括纵向稳定性和横向稳定性。
纵向稳定性指建筑结构在垂直方向上的承载能力以及抗 overturning 能力;横向稳定性指建筑结构在水平方向上的抗侧倾和抗扭转能力。
3.刚度要求:高层建筑结构设计中,不仅需要考虑结构的强度和稳定性,还需要考虑结构的刚度,即结构的变形和振动。
高层建筑结构的刚度要求会影响到结构的稳定性、舒适度以及非结构性附件的设计和使用。
4.建筑荷载组合:高层建筑结构设计中,需要考虑不同荷载效应的组合。
荷载效应包括恒定荷载、活载、特殊荷载、风荷载、地震荷载等。
根据设计规范,这些荷载效应需要进行组合计算,确保结构在最不利的工况下的承载能力与安全性。
5.抗震设计:高层建筑结构设计中,地震荷载是一个重要的荷载效应。
地震设计要求结构在地震作用下,能够保持抗震安全性。
这包括结构的抗震设计参数、抗震性能要求、荷载效应的组合等。
需要注意的是,高层建筑结构设计不仅要满足上述要求,还需要考虑其他因素,如施工可行性、经济性、可维护性等。
因此,在进行高层建筑结构设计时,需要综合考虑各种因素,并遵守相应的设计规范和标准。
只有满足这些要求,才能确保高层建筑结构工程的安全性、可靠性和稳定性。
第4章高层建筑结构的计算分析和设计要求小结(1)高层建筑结构可采用线弹性分析方法、考虑塑性内力重分布的分析方法、非线性分析方法等进行分析,必要时也可采用模型试验分析方法。
目前,一般采用线弹性分析方法计算高层建筑结构的内力和位移,作为构件截面承载力计算和弹性变形验算的依据。
(2)高层建筑结构可选取平面或空间协同工作、空间杆系、空间杆-薄壁杆系、空间杆-墙板元及其他组合有限元等计算模型,一般情况下可假定楼盖在平面内的刚度为无限大,对于楼板开大洞或平面布置复杂的结构,可采用楼板分块平面内无限刚性或弹性楼板假定。
(3)高层建筑结构一般应考虑两种作用效应组合:无地震作用效应组合和有地震作用效应组合。
前者主要考虑恒荷载、楼面活荷载及风荷载的组合,后者考虑重力荷载代表值效应、水平地震作用效应、竖向地震作用效应及风荷载效应的组合。
(4)高层建筑结构应满足承载力、刚度和舒适度、稳定和抗倾覆以及延性等要求,其刚度通过使弹性层间位移小于规定的限值来保证;必要时,为了保证在强震下结构构件不产生严重破坏甚至房屋倒塌,应进行结构弹塑性位移的计算和验算。
刚重比是影响高层建筑结构整体稳定的主要因素,因此结构整体稳定验算表现为结构刚重比的验算;延性是结构抗震性能的一个重要指标,为方便设计,对不同的情况根据结构延性要求的严格程度,引入了抗震等级的概念,抗震设计时,应根据不同的抗震等级对结构和构件采取相应的计算和构造措施。
(5)概念设计是高层建筑结构抗震设计的重要内容,应从场地条件、结构体系和抗侧刚度的合理选择、结构的结构平面和竖向布置、延性和地震能量耗散、薄弱层、多道抗震设防、缝的处理等方面,掌握高层建筑结构抗震概念设计的有关内容。
(6)近年来,全国各地出现了很多的超限高层建筑工程,其抗震设计时,除遵守国家现有技术标准的要求外,还主要包括超限程度的控制和结构抗震概念设计、结构抗震计算分析和抗震构造措施、地基基础抗震设计以及必要时须进行结构抗震试验等内容。
高层建筑结构复习高层建筑结构复习提纲考试题目类型:(1)名词解释(8、9道左右)40分左右;(2)判断题(10道左右)20分左右;(3)简答题(5、6道左右)40分左右一、绪论1.高层建筑:10层及10层以上或房屋高度超过28 m 的住宅建筑和高度大于24 m 的其他民用建筑(凡在设计、施工等过程中均需考虑与高度有关的因素的建筑)。
2.超高层建筑:高度超过100 m 的建筑物。
二、高层建筑结构体系和结构布置1.高层建筑结构体系的分类及其特点:(1)框架结构体系:布置灵活,可形成较大的室内空间,但刚度小,整体位移和层间位移大。
随着高度增加,框架底部梁柱弯矩和剪力显著增加,层数不宜过高。
变形曲线呈剪切型。
(2)剪力墙结构体系:刚度大,空间整体性好,抗震性能好,顶点水平位移和层间位移均较小。
因房屋开间小,建筑平面布置和使用要求上受到限制。
(3)框架-剪力墙结构体系:集合框架结构和剪力墙结构的双重优点。
布置灵活、使用方便,又有较大的刚度和良好的受力性能、抗震性能。
(4)筒体结构体系:空间刚度很大,抗风、抗震性能好。
(5)巨型结构体系:由多级结构组成,包括巨型框架结构和巨型桁架结构。
有良好的防连续倒塌体系,多道抗震防线,抗震性能好。
2.为何要限制高层建筑结构的高宽比H/B和最大适用高度H?答:为了防止产生过大的侧向变形,造成电梯运行困难,减少非结构构件和装饰材料的破坏,以及强烈地震作用下火强台风袭击下房屋的整体倾覆,所以要对高层建筑结构的高宽比和最大适用高度进行限制。
3.结构的平面布置原则:平面形状宜简单、规则、对称,刚度和承载力分布均匀,避免凹角和狭长的缩颈部位,并选用风压较小的形式,不应采用严重不规则的平面形状。
4.平面不规则类型有:扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续。
5.结构竖向布置原则:体型规则、均匀,避免较大的外挑和内收,结构的承载力和刚度自下而上宜均匀变化,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。
简述高层建筑结构布置的一般原则高层建筑结构布置的一般原则包括以下几个方面。
首先,高层建筑的结构布置应考虑建筑的整体稳定性和安全性。
高层建筑结构的承载力需满足建筑自身负荷和外部荷载的要求,确保建筑物的稳定性和抗震性。
这包括考虑建筑物的重力荷载、风荷载、地震荷载等,通过合理的结构设计和布置,确保建筑能够承担这些荷载。
其次,高层建筑的结构布置应考虑建筑的空间利用效率。
高层建筑往往需要提供大量的使用空间,因此结构布置需要合理利用空间,最大限度地提供可用面积,并确保使用空间的灵活性和功能性。
在布置结构时,可以考虑采用合理的楼板跨度、柱网格和跨径等,以提高空间利用效率。
同时,高层建筑的结构布置应考虑建筑的施工和维护便利性。
高层建筑的施工过程复杂,因此结构布置应尽量减少施工难度,降低施工成本。
此外,结构布置还应便于建筑物的维护和修复,方便检修设备、更换材料等。
此外,高层建筑的结构布置还应考虑建筑的节能性和环境可持续性。
高层建筑的能耗较大,因此结构布置应考虑建筑物的节能需求,采用合理的隔热材料、节能设备等措施,提高建筑物的能效性能。
此外,结构布置还应注重环境保护,减少对土地和资源的消耗,遵循可持续发展的原则。
最后,高层建筑的结构布置应注重美观性和人性化。
作为城市的标志性建筑,高层建筑的外观设计和结构布置应考虑建筑的美观性,并与周边环境和谐协调。
此外,结构布置还应考虑建筑对居民的舒适性和便利性,如通风、采光、景观设计等,提供良好的使用体验。
综上所述,高层建筑结构布置的一般原则包括稳定性和安全性、空间利用效率、施工和维护便利性、节能性和环境可持续性、美观性和人性化等方面,以实现高层建筑的功能需求和可持续发展的目标。
高层建筑结构设计涉及章节:第一章——第二章一、1.高层建筑结构设计的基本原则是什么?高层建筑结构设计的基本原则是:注重概念设计,重视结构选型与平、立面布置的规则性,择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系,加强构造措施。
在抗震设计中,应保证结构的整体性能,使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。
结构应满足下列基本要求:( l )应具有必要的承载力、刚度和变形能力。
( 2 )应避免因局部破坏而导致整个结构破坏。
( 3 )对可能的薄弱部位要采取加强措施。
( 4 )结构选型与布置合理,避免局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。
( 5 )宜具有多道抗震防线。
2.什么是结构的概念设计?概念设计是指根据理论与试验研究结果和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程。
国内外历次大地震及风灾的经验教训使人们越来越认识到建筑物概念设计阶段中结构概念设计的重要性,尤其是结构抗震概念设计对结构的抗震性能将起决定性作用。
国内外许多规范和规程都以众多条款规定了结构抗震概惑设计的主要内容。
规程JGJ--2002 在总则中强调了结构概念设计的重要性,旨在要求建筑师和结构工程师在高层建筑设计中应特别重视规程中有关结构概念设计的各条规定,设计中不能陷人只凭计算的误区,认为不管结构规则不规则,只要计算通得过就可以。
结构的规则性和整体性是概念设计的核心。
若结构严重不规则、整体性差,则仅按目前的结构设计计算水平,难以保证结构的抗震、抗风性能,尤其是抗震性能。
现有抗震设计方法的前提之一是假定整个结构能发挥耗散地震能量的作用,在此前提下,才能以多遇地震作用进行结构计算、构件设计并加以构造措施,或采用动力时程分析进行验算,达到罕遇地震作用下结构不倒塌的目标。
结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用,避免结构出现敏感的薄弱部位,地震能量的耗散仅集中在极少数薄弱部位,导致结构过早破坏。
结构概念设计是一些结构设计理念,是设计思想和设计原则。