第十一章 多高层建筑的体型与结构布置

结构布置 结构布置的基本原则是： ①结构平面应力求简单规则，结构的主要抗侧力构 件应对称均匀布置，尽量使结构的刚心与质心重合， 避免地震时引起结构扭转及局部应力集中。
刚度中 心
质量中 心
结构布置
②结构的竖向布置，应使其质量沿高度方向均匀分布， 避免结构刚度突变，并应尽可能降低建筑物的重心，以 利结构的整体稳定性。
B 0.3Bmax
1
2
Bmax
B 0.3Bmax
Bmax
B 0.3Bmax
Bmax
2 1.2
2 1
2
B 0.3Bmax
Bmax
扭转不规则 凹凸角不规则
平面不规则的类型
不规则类型 扭转不规则 定义
楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位 移（或层间位移）平均值的1.2倍
设置变形缝是避免建筑体型与结构 受力之间矛盾的方法。但也会带来弊端 。如材料用料增加；结构构造复杂；建 筑立面处理困难；变形缝易渗水。因此 在一些建筑中不设或少设变形缝的做法 日趋流行。
结构构造
一、温差及混凝土收缩对结构布置的要求 设计中一般通过设置伸缩缝，来避免由 于温差及混凝土的收缩产生的附加应力 的方法。 伸缩缝的宽度与结构型式及保温隔热条 件有关。 伸缩缝应从基础顶面开始，基础可不分 开。
结构布置
2、质量布置的对称性 仅仅由于建筑平面布置的对称并不能 保证结构不发生扭转。在建筑平面对称 和结构刚度均匀分布的情况下，若建筑 物质量分布有较大偏心，当遇到地震作 用时，地震惯性力的合力将会对结构抗 侧刚度中心产生扭矩。
结构布置 3、结构抗侧刚度的对称性 抗侧力构件的布置对结构受力有重要影响。 如在对称的建筑外形中进行了不对称的建筑平 面布置，从而导致了结构刚度的不对称布置。
结构布置
③合理地设置变形缝。
结构布置
④加强楼屋盖的整体性。使结构受力均匀。
⑤尽可能做到技术先进，经济合理。
结构布置
二、连续性 连续性是结构布置中的重要方面，而 又常常与建筑布置相矛盾。 建筑师希望从平面到立面都丰富多变 ，而合理的结构布置却应该是连续的、 均匀的、不应使刚度发生突变。
结构布置
结构布置
在建筑抗震设计中，可以利用多种手 段实现设置多道防线的目的。 例如：采用超静定结构、有目的的设 置人工塑性铰、利用框架的填充墙。设 置耗能元件或耗能装置等。 但在各种设计手法中应注意的原则： 一是不同的设防阶段应使结构周期有明 显差别；二是最后一道防线要具有一定 的强度和足够的变形潜力。
结构构造
凹凸不规则
楼板局部不连续
结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%
楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典 型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层
b 0 .5 B
B
大开洞
错层
B
A0 0.3 A A Bl
l
局部不连续
竖向不规则的类型
结构构造
防震缝 高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。 当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和 刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时， 应考虑设防震缝。所有抗震缝宽度不宜小于70mm,其最小 宽度应符合下面要求： ①钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m
时可采用70mm，超过15m时，6、7、8、9度相应每增加高 度5m、4m、3m、2m，宜加宽20mm。
结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包 括4个L形的桶体，对称地由连梁连接起来， 美洲 这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结 银行 构能观察到的主要破坏。 分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的 联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了 明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌 体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪 切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加， 但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移 量得到控制。
严重不规则是指体型复杂，
Qy ,i 1
Q y ,i
Qy ,i 0.8Qy ,i 1
多项不规则指标超过表中指标或某 一项大大超过规定值，具有严重的 抗震薄弱环节，将会导致地震破坏 的严重后果者。 注：以上规定主要针对钢筋混凝 土和钢结构的多层和高层建筑。
竖向抗侧力结构屈服抗剪强度不均匀 （有薄弱层）
建筑体型的形成
平面、立面：凹形、凸形 四种基本类型：简单平面+简单立面 复杂平面+简单立面 简单平面+复杂立面 复杂平面+复杂立面
建筑体型
建筑体型的变化
1、简单平面+简单立面 （1）H越大，水平荷载作用越大 （2）H/B越大，结构抗侧刚度、抗倾覆稳定性越差 （3）H/B一定时，质心越低稳定性越好 2、复杂平面+简单立面 肢翼越细长，抗震越不利 复杂平面 简单平面，悬挑、变形缝、连梁 3、简单平面+复杂立面 小塔楼造成鞭梢效应 4、复杂平面+复杂立面 （1）限制：裙房外伸、塔楼高度、内收尺寸 （2）加强：结构的整体性 （3）分解：设缝（复杂 简单）
图11-2-6a由于底层空间要求抽掉了部分柱子， 即由于结构构件布置的不连续形成了薄弱层。 图b由于结构底层层高较高，即由于结构尺寸变 化在竖向的不连续形成了薄弱层， 图c是建筑物建在山坡上，由于结构尺寸变化在 层平面内的不连续形成薄弱层。
结构布置
图11-2-7为剪力墙布置不连续的例子。 图b,c为不规则布置的剪力墙结构，由于 立面造型上的要求或者门窗布置的要求 使剪力墙布置上下无法对齐。 图d 常常出现在楼梯间，由于楼梯间采 光的要求使洞口错位布置。 这些情况最终导致由于应力集中而产 生裂缝或造成局部的损坏。
结构布置
角柱震害： 由于双向受弯、受剪,加上扭 转作用，震害比内柱重。
结构布置
五、多道防御 即在 结构中设置多道抗震防线。 如框架结构中的强柱弱梁。 存在两道防线：一是从弹性到部分梁出现 塑性铰；二是从梁塑性铰发生较大转动 到柱根破坏。在两道防线之间，大量地 震输入能量被结构的弹塑性变形所消耗 。
平面不规则的类型
不规则类型 定义
楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位 移（或层间位移）平均值的1.2倍 结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%
扭转不规则
凹凸不规则
楼板局部不连续
2 1 2
楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典 型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层
结构布置
结构布置
一、对称性
对称性包括建筑平面的对称、质量 分布的对称、结构抗侧力刚度的对称三 个方面。最佳方案为使建筑平面的形心 、质量中心、结构抗侧刚度中心在平面 上位于同一点上，竖向位于同一铅垂线 上，简称“三心合一”。
结构布置
1、建筑平面的对称性 平面形状最好双轴对称。 不对称的建筑平面对结构来说有三个问题： 一是引起外荷载作用的不均匀，产生扭矩； 二是在凹角处产生应力集中； 三是不对称的建筑平面很难使三心重合。
例马拿瓜国家银行，在矩形的建筑平面中，一侧 集中布置了实心填充墙及两个核心筒，而另三边采用 了空旷的密柱框架，楼盖结构为单向密肋板。结构的 抗侧刚度中心明显与建筑平面形心和建筑质量中心偏 离。该建筑在一次地震中倒塌。
试问： 那一幢破坏严 重呢？
马那瓜美洲银行大厦
马那瓜中央银行大厦
马那瓜 中央银行大厦
K i 3 Ki 2
K i 1 Ki
Ki 0.7 Ki 1
K i 0.8( K i 1 K i 2 K i 3 ) 3
沿竖向的侧向刚度不规则（有柔软层） 竖向抗侧力构件不连续
竖向不规则的类型
不规则类型 侧向刚度不规则 竖向抗侧力构件不连续 楼层承载力突变 定义
该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个 楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺 寸大于相邻下一层的25% 竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换 构件（梁、桁架等向下传递) 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%
不规则类型
侧向刚度不规则
定义
该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个 楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺 寸大于相邻下一层的25%
竖向抗侧力构件不连续
楼层承载力突变
竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换 构件（梁、桁架等向下传递
抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%
结构构造
二、不均匀沉降的影响 沉降缝为减少地基不均匀沉降引起的 内力而设置的。当建筑物两部分高差悬 殊时，或当建筑物两部分荷载相差悬殊 时，或建筑物先后建造且先后间隔时间 较长时。 沉降缝应将建筑物从基础至屋顶全部 断开，并有足够宽度。
结构构造
三、抗震的要求 对需抗震设防的建筑，抗震设计规范 对建筑体型有限制，主要原则:建筑的平 立面布置宜规则、对称、建筑的质量分 布宜均匀，避免有过大的外挑和内收， 结构抗侧刚度沿竖向应均匀变化，楼层 不宜错层，构件的截面由下至上逐渐减 小，不突变。
无法定量分析而仅从定性角度进行限制。 在结构设计中，有许多问题还不能进行准确 分析，如混凝土结硬过程中的收缩在结构中产 生的内力，气温或温差对结构内力的影响，地 基的变形对结构的影响，地震对结构的复杂作 用。因此，结构设计时只能通过一些定性的分 析对建筑体型做某些限制，或设置变形缝来分 隔单元。
结构构造
②框架抗震墙房屋的防震缝宽度，可采用第① 条数值的70％，抗震墙房屋可采用第①条数值 的50％，且均不宜小于70mm。 框架 t 框架-抗震墙
③防震缝两侧结构类型不
同时，按不利体系考虑， 并按低的房屋高度计算 缝宽。