混凝土结构设计知识点.doc

高层建筑规定十层及十层以上或房屋高度超过28M的建筑物称为高层建筑
高层建筑的高度一般是指从室外地面至主要屋面的距离，不包括突出屋面的水箱、电梯间、构件等高度及地下室的埋置深度。
高层建筑的受力特点:是侧向力（风或水平地震的作用）成为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素。在高层结构中，竖向荷载的作用于多层建筑相似，柱内轴力随着层数的增加而增大，可近似认为轴力与层数呈线性关系。而水平荷载和地震作用力可近似地认为呈倒三角分布，该倒三角分布力在结构底部所产生的弯矩与结构高度的三次方成正比，水平力作用下的侧向位移与高度的四次方成正比。
高层建筑的优缺点：极大地提高了土地的利用率，减少了建筑物的管理费用，减少了城市交通流量，节省了市政投资；造价昂贵，管理复杂，施工周期长，能量消耗大。高层建筑难以充分利用天然采光，通风等自然环境，使人与自然地联系减少。影响附近建筑物的采光和日照；如果高层建筑发生火灾其后果比多层建筑大，如遇战争的袭击造成的损失及其的大。
高层建筑水平位移和加速度的限制层间弹性水平位移的限制（高层建筑应有足够的侧向刚度）高度不大于150M的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比不宜大于1／５５0高度为等于或大于250M的高层建筑，楼层层间最大位移与层高之比的限值为1/500高度为150-250M之间的高层建筑楼层层间最大位移与层高之比的限值按上述限值线性插入取用2.罕遇水平地震作用下的薄弱层（部位）的抗震变形计算3.结构风震加速度的限制（高层建筑在风荷载作用下将产生水平振动）规定的10年一遇的风荷载取值计算或专门风洞试验确定的结构顶点最大加速度，对住宅、公寓a不应大于0.15，对办公楼、旅馆A不应大于0.25。高层建筑风振反应水平加速度包括顺方向最大加速度、横风向最大加速度和扭转角加速度。
框架结构：由梁、柱组成的纯框架结构。优点是建筑平面布置灵活，能较大程度的满足建筑要求；缺点：框架结构的侧移刚度小，水平作用下抵抗变形能力较差，在强震下结构顶点水平位移和层间相对水平位移都较大。剪力墙结构：指建筑物的主要竖向承重结构是由多道钢筋混凝土墙所构成的结构。缺点：建筑平面被墙体划分为小的开间，使建筑布置和使用要求受到一定的限制；剪力墙结构自重较大，侧移刚度大，自振周期短，地震作用下结构反应大；但是剪力墙结构的水平位移小，且有较大的承载能力储备，有利于避免在地震中设备管道、建筑装修、内部隔断等非结构性的破坏，也有利于防止过大的水平位移以及由此造成对主体结构在承载能力和稳定性不利的影响，是一种抗震能力较强的结构内型。 优点：结构布置比较灵活，可以形成较大的空间，结构侧向刚度大，抵抗水平力的能力较大。框架-剪力墙结构由于剪力墙的作用，整个结构的侧向刚度增大，地震时结构变形减小，非结构性破坏减轻，抗震性良好。
简体是由一个或几个筒体组成的结构体系。它不仅可以抵抗很大的弯矩，也可以抵抗扭矩，是一种整体刚度很大的体系。包括外筒结构；筒中筒结构；多筒结构。筒中筒结构通常外筒为框架，内筒是由墙体构成的核心筒。此外，也有内外筒均由墙体构成的。多筒结构由几个连在一起的单元筒组成，具有极大地空间刚度。高层建筑的体型主要有板式和塔式两类。板式高层建筑的进度较浅，自然采光、通风较好，使用方便，但抗侧能力较差。塔式高层建筑的抗侧移能力比板式的好。为了有效地减小水平力并提高抵抗水平力的能力，高层建筑的体型应基本上是对称的。所以，方形、圆形、三角形和矩形是塔式高层建筑平面的四种基本形式。对于有抗震设防要求的高层建筑，其平面布置应考虑下列要求:平面宜简单、规则、对称，尽量减小偏心；平面长度不宜过长，突出部分长度L不宜过大；不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形；下部结构高层建筑宜设地下室。震害表明，有地下室的高层建筑破坏较轻，而且地下室对减小地基的土压力有力，对布置管道等也较方便。宜采用箱形基础，筏式基础或交叉基础。它们的整体性较好；对高层建筑的结构稳定性是有利的。天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；桩基础，可取房屋高度的1/18-1/20；楼、屋盖结构我国高层建筑中常用的楼、屋盖体系有：现浇无梁平板、现浇密肋板、现浇梁板、预制装配楼板以及预制装配与现浇结合的楼板，如叠合板等。按接受力的性质，高层建筑楼、屋盖结构可分为简单传力型和分配型两类。简单传力型是指一般的楼、屋盖，只要求它把水平力传递给竖向结构，因此受力较小。分配型楼盖结构是指上、下刚度突变层的特殊楼盖，称为刚性转换层，这种楼盖传递的水平剪力往往较大，而且板厚宜大于180MM，混凝土强度等级不低于C30.当房屋高度超过50M时，框架-剪力墙结构，筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇楼盖结构，剪力墙结构和框架结构的剪力墙宜采用现浇楼盖结构。
1．风荷载与建筑物的外形直接有关，也与周围环境有很大的关系。
2.高层建筑外表面各部分的风压很不均匀。
3.要考虑风的动力作用-风振。
二．温度作用（室内外温差、日照温差、季节温差 ）高层建筑结构是高次超静定结构。温度变化引起的结构变形一般有以下几种：柱弯曲.内外柱之间的伸缩差（外柱柱列由于室内外温度梯度作用不均匀伸缩，内柱柱列的温度一般保持不变，有较均匀的伸缩，这样便引起楼盖结构的剪切变形）屋面结构与下部楼面结构的伸缩差。温度作用的大小主要取决于结构外露的程度、楼盖结构的刚度及结构的高度。对于30层以上或100M以下的超高层建筑。则在设计中必须注意温度的作用，以防止建筑物的结构和非结构破坏。
结构水平位移曲线的类型（弯曲型、剪切型、弯剪型、剪弯型）水平位移曲线凸向原来位置的称为弯曲型。特点是层间水平位移愈往顶部愈大，或者说曲线的斜率是随高度而减小的。相反的情况，则称为剪切型。水平位移曲线的底下大部分是弯曲型，顶上少部分是剪切型的称为弯剪型。水平位移曲线的底下大部分是剪切型，少部分是弯曲型的称为剪弯型。高层剪力墙的水平位移曲线一般是弯曲型。
剪力墙的分类方法：1.按外形尺寸 2.按洞口情况 3、按有无边框及支承情况。洞口沿竖向成列布置的剪力墙可分为以下三类：1、整体强，包括没有洞口的实体墙或洞口很小的剪力墙。2、小开口墙，即洞口稍大的墙 3、联肢墙，即洞口再大些时情况，其中有一列较大洞口的称为双肢墙，有多列较大洞口的称为多肢墙。洞口虽然削弱了剪力墙，但是合理的布置的洞口，能提高剪力墙的延性，有利于抗震。由于整体墙的刚度较大，其地震的反应也较大；又因为它的延性较差，受震害影响较大，所以高层建筑中的剪力墙应尽量设计成联肢墙，且其高宽比应大于2。
按有无边框及支承情况一．带边框的剪力墙 二、不带边框的落地剪力墙 三、框支剪力墙；整体弯矩越大，说明两个墙肢共同工作的程度越大，越接近于整体墙。所以整体弯矩的大小反映了墙肢之间协同工作的程度，这种程度称为剪力墙的整体性。
剪力墙结构中，剪力墙的布置应符合以下要求:剪力墙应双向或多向布置，尽量拉通对直。较长的剪力墙可用楼板或弱的连梁分为若干墙段。剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置，形成明确的强肢和连梁，尽量避免出现错洞墙。洞口设置应避免强肢刚度过分悬殊。尽量避免出现小强肢，墙肢截面长度与厚度之比不宜小于3.纵墙的一部分可以作为横墙的有效翼缘，横墙的一部分可以作为纵墙的有效翼缘。
整体强没有洞口的剪力墙，或者说虽有洞口，但洞口很小，洞口的总的立面面积不大于剪力墙总的立面面积的15%，并且洞口间的净距及洞口至墙边的净距都大于洞口长边的尺寸。
小开口墙洞口总立面面积虽然超过了墙总立面面积的15%。但洞口较小，能符合以下两个基本条件的剪力墙：墙肢承受的局部弯矩不超过总弯矩的15%。基本上各楼层墙肢都不出现反弯点。
当洞口比较大而且比较宽时，墙肢与连梁相比墙肢过分弱,就会产生大多数楼层的墙肢出现反弯点的情况，这种剪力墙称为壁式框架，又称为有宽梁和宽柱的框架，宽是指截面高度。
剪力墙整体性系数反映了连梁总转角刚度与墙肢总线刚度两者的相对比值，是一个无量纲系数还反映了这个框架横梁的转角刚度与两根柱的总的线刚度之和的相对比值
组合截面整个截面是由墙肢截面与洞口组成的。整截面剪力墙洞口面积小于整个墙面立面面积的15%;洞口之间的距离及洞口至墙边的距离均大于洞口的长边尺寸。框架-剪力墙结构由框架、剪力墙和连梁三部分组成。框架-剪力墙结构主要有以下受力特点：框剪结构的变形是弯剪型；水平荷载主要由剪力墙承受。
剪力墙的布置：对于有抗震设防要求的建筑，剪力墙应沿纵、横两个主轴方向布置。在非地震区，平面为矩形建筑，一般只在受风面大的横向布置剪力墙，当纵向框架的强度和刚度方面能够承受风力、满足水平位移控制条件时，一般可不布置剪力墙。在实际工程设计中，对框架最大剪力层所承受的水平剪力，一般控制为结构底部剪力的20%-40%。材料 钢筋混凝土剪力墙的混凝土强度等级不应低于C20.墙体内的分布钢筋及梁柱中的箍筋一般采用I级钢，其他钢筋可才用II级钢。截面尺寸 剪力墙厚度尚不应小于层高或剪力墙肢长度的1/25,且不应小于160mm。为防止剪力墙发生斜拉型剪切破坏，在墙肢中应当配置一定数量的水平向和竖直向的分布钢筋，以限制斜裂缝，同时也可减小温度收缩等不利因素的影响。剪力墙内的分布钢筋不应采用单排钢筋。当剪力墙厚度不大于400mm时可采用双排钢筋网；当剪力墙厚度在400-700mm时，宜采用三排钢筋；当剪力墙厚度大于700mm时，宜采用四排钢筋。受力钢筋可均匀分不成数排。
筒体有实腹筒和空腹筒两种。实腹筒常由电梯间与设备管井等钢筋混凝土墙形成筒壁，筒的水平截面为箱形，底端固定，顶端自由，形成一个刚度很大的竖向悬臂梁。空腹筒是由沿建筑物外轮廓布置的密集柱，角柱以及在各楼层处的窗裙梁连接成的一个竖向悬臂的空间框架，故常称为筒体-框架结构，简称框筒。
筒体-框架结构宜采用双对称平面，并尽量采用圆形、正多边形。当采用矩形平面时，其长宽比不宜大于2.筒中筒结构宜采用对称平面，优先采用圆形、正多边形，矩形平面的长宽比不宜大于2.若大于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：筒中筒结构的高宽比宜大于3，高度不宜低于60m。剪力墙内筒的变长宜为高度的1/8-1/10.外筒柱距不宜大于层高，宜小于3M。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。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，但柱总截面面积不宜减小。需要抗震设防时应采取措施保证底层柱的延性要求。
结构的功能要求 安全性，使用性，耐久性。我国《建筑结构可靠度设计统一标准》规定，普通房屋和结构物的设计使用年限为50年。结构或结构构件达到最大承载能力或者达到不适于继续的变形状态，称为承载能力极限状态。结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限度的状态，称为正常使用极限状态。结构上的作用引起的结构或构件内力，变形，例如弯矩，剪力，轴向力，扭矩，挠度，转角和裂缝等，称为作用效应，结构或构件承受荷载效应的能力，如承载能力，刚到等，称为结构抗力，记作R。安全等级一级不应小于1.1，安全等级为二级的不应小于1.0，安全等级为三级的不应小于0.9，不考虑构件的重要性系数。材料分项系数等于材料强的的标准值与材料强度设计值之比值，其值大于1
目前，我国混凝土单层厂房的结构形式主要有排架结构和钢架结构，排架结构有屋架，柱和基础组成，柱与屋架铰接，而与基础钢接，屋盖结构由屋面板，屋架或屋面梁组成，大型屋面板直接支撑在屋架上的称为有禀屋盖体系，小型层面板或瓦才支撑在檩条上，再将檩条支撑屋架上的称为有檩屋盖体系，屋面板起维护作用，横向平面排架由横梁和横向柱列所组成。纵向平面排架由纵向柱列，连系梁，吊车梁和柱间支撑等组成，作用是保证厂房纵向的稳定性和刚性，并承受作用在山墙，天窗，端壁以及通过屋盖结构传来的纵向风荷载，吊车纵向水平荷载，另外还承受纵向水平地震作用，温度应力等。吊车梁一般简支在柱牛腿上，屋盖支撑和柱间支撑两种，其作用是加强厂房结构的空间刚度，并保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全，同时起着把风荷载，吊车水平荷载或水平地震作用等传递到主要承重构件上去的作用，维护结构包括纵墙和横墙及由连系梁，抗风柱和基础梁等组成的墙架。传力路线，基本上是传递给排架柱，再由柱传至基础及地基的，厂房承重柱或承重墙的定位轴线在平面上排成的网格，称为柱网。柱网布置的一般原则：符合生产和使用要求，建筑平面和结构方案经济合理，在厂房结构型式和施工方法上具有先进性和合理性，符合《厂房建筑模数协调标准》有关规定，适应生产发展和技术革新的要求，厂房跨度在18m及以下时，采用扩大模数30M数列；在18m以上时，采用扩大模数60M数列，厂房的柱距应采用扩大模数60M数列变形缝包括伸缩缝，沉降缝和防震缝、伸缩缝：将两个温度区段的上部结构构件完全分开，并留出一定宽度的缝隙，使上部结构在气温有变化时为避免厂房不均匀沉降而引起的开裂和损毁，需在适当部位使用沉降缝将厂房划分成若干刚度较一致的单元，沉降缝应将建筑物从屋顶到基础全部分开，沉降缝可兼做伸缩缝，厂房支撑分屋盖支撑和柱间支撑两类，支撑的主要作用是：保证结构构件的稳定与正常工作，增强厂房的整体稳定性和空间刚度；把纵向风荷载，吊车纵向水平荷载及水平地震作用等传递到主要承重构件。屋盖支撑包括上，下弦水平支撑，垂直支撑及纵向水平系杆，屋盖上、下弦水平支撑是指布置在屋架上，下弦平面内以及天窗架上弦平面内的水平支撑，屋盖垂直支撑是指布置在屋架间或天窗架间的支撑，系杆分刚性（压杆）和柔性（拉杆）两种。柱间支撑一般包括上部柱间支撑，中部柱间支撑及下部柱间支撑，柱间支撑构造简单，传力直接和刚度较大等特点。柱间支撑的作用是保证厂房结构的纵向刚度和稳定。并将水平荷载传至基础。柱间支撑应布置在伸缩缝区段的中央或临近中央，并在柱顶设置通常刚性连系杆来传递荷载。抗风的柱脚，一般采用插入基础杯口的固结方式，圈梁作用是增强房屋的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对厂房的不利影响。圈梁宜连续的设在同一水平面上，并形成封闭，当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上且不得小于1.0m圈梁的截面长度宜与墙厚相同。圈梁的纵向钢筋不宜小于4&10，连系梁的作用是连系纵向柱列，以增强厂房的纵向刚度并传递风荷载到纵向柱列；此外，连系梁还承受其上部墙体的重力。过梁的作用是承托门窗洞口上的墙体作用在排架上的荷载分为：分恒荷载和活荷载两类屋面活荷载包括屋面均布或荷载雪荷载和屋面面积灰荷载三种雪荷载作用在建筑物或构筑物顶面上计算用的雪压，称为雪荷载
排架计算是屋面均布或荷载不与雪荷载同时考虑，仅取两者中的较大值。同样，屋面积灰荷载应与雪荷载或屋面均布或荷载两者中的较大值同时考虑，吊车荷载分8个级别A1 A2 A3 A4 A5 A5 A6 A7 A8利用级别是指吊车在使用期内要求的总工作循环次数，荷载状态时指吊车荷载达到其额定的频繁程度。桥式吊车对排架的作用有吊车竖向荷载和水平荷载两种吊车的水平荷载有纵向荷载与水平荷载两种。吊车纵向水平荷载是由大车得运行机构在刹车或启动时引起的纵向水平惯性力吊车横向水平荷载是当小车 吊有重物刹车或启动时所引起的横向水平惯性力排架计算是每一胯间通常考虑有两台吊车。仅当某胯间近期及远期都肯定只有一台吊车时，该跨才按一台吊车考虑。考虑多台吊车竖向荷载时，对一层吊车的单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不宜多于两台，对于一层吊车的多跨厂房的每个排架，不宜多于四台考虑多台吊车水平荷载时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不应多于两台。风荷载：作用在建筑物或构筑物表面上计算用的风压，称为风荷载。垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算：基本风压是以当地比较空旷平坦地面上离地10m高度处，统计所得50年一遇10分钟平均最大风速Ｖ。（m/s）为标准，按WV。/1600确定的风压值。风载体型系数是指风作用在建筑物表面所引起的实际压力与基本风压的比值。排架计算时，作用在柱顶以下墙面上的风荷载按均布考虑，其风压高变化系数可按柱顶标高取值，这是偏于安全的。柱顶至屋脊的房盖部分的风荷载，任取为均布的，但其对排架的作用则按作用在柱顶的水平集中风荷载w考虑。等高排架：从排架计算的观点来看，柱顶水平位移相等的排架。 任意荷载作用时的规定：柱顶剪力、柱顶水平集中力、柱顶不懂铰交支座反力，凡是自左向右作用的取为正号。反之去负号。控制截面：排架计算主要是为设计柱和基础提供内力数据的，因此排架计算应致力于求出控制截面的内力而不是所有的截面的内力。控制截面是指岁柱子配筋和基础设计有控制作用的那些截面1）+Mmax 及相应的N和V 2）_ Mmax j及相应的N和V 3） +Nmax 及相应的M和V 4） - Nmax 及相应的M和V 荷载规范》的荷载效益组合中取最不利值确定：1有可变荷载效应控制的组合2由永久荷载效应控制的组合，内力组合时应注意以下几点：1每次组合都必须包括恒荷载项2每次组合以一种内力为目标来决定荷载项的取舍3当取Nmax 或Nmin 为组合目标时，应使相应的M绝对值尽可能地大4风荷载项中有左风和右风两种，每次组合只能取其中的一种。柱的类型：单层厂房柱常用的实腹矩形柱、工字型柱、双支柱等
牛腿的破坏形态： 弯曲破坏1＞a/h0 ＞0.75和纵向受力钢筋配筋率较低时、剪切破坏又分为纯剪破坏，斜压破坏和斜拉破坏。a/h0 小或者 a/h0 较大而边缘高度较小时发生纯剪破坏，a/h0 =0.1~0.75时，混凝土随着荷载的增加崩落产生斜压破坏，也有可能在加载垫板下发生斜拉破坏、由于加载板过小而导致加载板下混凝土局部压碎破坏。