建筑构造之楼盖选型

1高层建筑楼盖楼盖结构形式肋梁楼盖无梁楼盖叠合板楼盖压型钢板组合楼盖2结构设计简介侧重具体结构构件的设计教育问题：缺乏与总体系目标有关的基本知识，强调部分而不是总体构件教育方法构件教育方法3总体设计思想总体设计思想侧重总体空间形式结构体系的设计教育的优点：提供一种总体思路去学习结构概念和体系，并将它们应用于建筑设计中，整体决定构件加利福尼亚州某剧场的构思加利福尼亚州某剧场的构思4水平体系与结构总体的相互关系水平体系与结构总体的相互关系方案阶段一：设计者应能把基本设计方案概念化，总体分析整个结构的荷载抗力关系，提出所需要的分体系及并预估基本分体系的相互关系初步设计阶段二：分层次证明相互作用的分体系的可行性，并确定其主要尺寸设计过程的最后阶段三：具体设计所有分体系的构件和连接、构造详图整体性假设整体性假设分体系基本形式分体系基本形式（1）结构作用的层次）结构作用的层次5三维结构方案构思三维结构方案构思例例6二维结构设计阶段二维结构设计阶段7把建筑形式视为空间结构时，看把建筑形式视为空间结构时，看水平结构体系设置的必要性水平结构体系设置的必要性四片竖向薄板连接成四片竖向薄板连接成四片竖向薄板连接成四片竖向薄板连接成敞口筒敞口筒敞口筒敞口筒板太薄时，会被压屈板太薄时，会被压屈板太薄时，会被压屈板太薄时，会被压屈8受荷薄板边缘的横向受荷薄板边缘的横向刚度很小，易向里局刚度很小，易向里局部弯曲，受剪薄板向部弯曲，受剪薄板向内扭曲，对面薄板发内扭曲，对面薄板发生很小变形生很小变形增加顶端截面刚性，增加顶端截面刚性，增加顶端截面刚性，增加顶端截面刚性，将荷载分配到两片受将荷载分配到两片受将荷载分配到两片受将荷载分配到两片受剪的竖向分体系剪的竖向分体系剪的竖向分体系剪的竖向分体系9影响楼屋盖体系的因素影响楼屋盖体系的因素建筑空间功能所要求的开间大小及其跨度的长宽比活荷载的大小规划设计所限定的结构层间容许高度所需对结构总体系整体刚度的贡献大小允许的边支承条件10高层结构楼盖布置平板或无梁楼板（flat plate）体系梁-板（slab and beam）体系主-次梁（joist and girder）体系双向密肋或井字梁（waffle）体系空间桁架体系（space truss system）11支承在墙上平板的性能支承在墙上平板的性能总的设计弯矩总的设计弯矩(1)单向（简支）单向（简支）12(2)双向（允许四角挠起）双向（允许四角挠起）13(3)双向（四角压住）双向（四角压住）14(4)双向（板与墙连接）双向（板与墙连接）15对于双向作用的板，全部荷载由两个正交方向各承受一半荷载通过板的抗剪和抗弯沿水平方向传给墙，并通过墙直接传到基础假设墙的刚度很大，能阻止边缘板带向下位移用刚度很大的梁代替墙时，体系的整体作用和设计方法与墙支承类似双向受力板的受力特征双向受力板的受力特征16刚度很大的梁近似于理想支承状态刚度很大的梁近似于理想支承状态双向板双向板梁必须设计成至少能承受梁必须设计成至少能承受梁必须设计成至少能承受梁必须设计成至少能承受跨度方向总弯矩的一半跨度方向总弯矩的一半跨度方向总弯矩的一半跨度方向总弯矩的一半单向板单向板梁必须承受跨中的梁必须承受跨中的梁必须承受跨中的梁必须承受跨中的全部弯矩全部弯矩全部弯矩全部弯矩17有梁板和无梁板有梁板和无梁板受力状态比较受力状态比较梁在一个方向梁在一个方向承受全部弯矩承受全部弯矩时的单向板受时的单向板受力状态力状态（1）有梁简支板的）有梁简支板的受力状态受力状态18（2）无梁简支）无梁简支双向板的受力双向板的受力状态状态19（3）支承在等间距柱网上的大平板板的整体抗弯在两个正交方向同时和同样出现板的整体抗弯在两个正交方向同时和同样出现板的整体抗弯在两个正交方向同时和同样出现板的整体抗弯在两个正交方向同时和同样出现20柱上板带和柱上板带和跨中板带跨中板带单开间板带单开间板带的荷载分配的荷载分配21板-梁体系（1）单向板）单向板-梁体系梁体系用于一个方向为大跨度时用于一个方向为大跨度时22支座负弯矩支座负弯矩跨中正弯矩跨中正弯矩初步设计内力分析建议初步设计内力分析建议23梁和板结合成一体形成T形梁共同抵抗弯矩作用24（2）双向板）双向板-梁体系梁体系251）结构特点）结构特点所有梁的跨度和刚度都相等。应考虑两个方所有梁的跨度和刚度都相等。应考虑两个方向的抗弯向的抗弯这是一种刚度较大的双向板，每个方向的总这是一种刚度较大的双向板，每个方向的总荷载和弯矩由荷载和弯矩由每个每个方向的梁及其相应的板来方向的梁及其相应的板来共同承担，梁和板分担的比例取决于梁和板共同承担，梁和板分担的比例取决于梁和板的相对刚度的相对刚度结构性能实际上界于刚性边支承和无边支承结构性能实际上界于刚性边支承和无边支承的结构特性之间的结构特性之间262）双向板-梁体系初步设计假定每个方向的跨中2/3板带约承担总弯矩的1/3，梁约承担该方向总弯矩的2/3梁的设计可以考虑与板的组合作用，也可以不考虑，但T形梁能承受更多的总荷载和弯矩对板的设计，跨中板带是决定性的27（3）双向密肋-板楼盖体系井字梁井字梁28双向密肋体系的性能与平板相似一个开间的整个宽度范围实际上都参与承受荷载，且靠近或通过柱的梁要比离柱较远的梁分担更多的荷载，故常将紧靠支承柱的梁设计成刚度比较大施工图设计时，应对双向密肋体系作弹性分析，以确定不同梁的实际承载比例初步设计时，可假定：如果一个开间里所有梁的刚度都接近相等，他们所分担的荷载也都相同；如果沿柱带的梁刚度只比离柱较远的梁大12倍，则它们所分担的荷载至少是后者的两倍；如果这些梁的刚度非常大，那么它们所分担的荷载将会更多（3/4）29双向密肋体系对象：无边支承、由正交密肋所构成的楼盖荷载传递：沿两正交方向同时作用，双向密肋的梁格构是一种双向网格使用条件：柱网开间接近正方形，L1/L21.5最大优势：经济适用跨度是四种体系中最大的，平均混凝土折算厚度也是所有体系中最小的，不用吊顶受力性能：当每跨内有4根或以上的密肋时，楼盖的整体性能和弯矩分配接近于平板楼盖。30肋梁楼盖尺度与适应范围双向密肋楼盖普通砼适于9m以下，预应力砼12m以下肋梁间距0.91.5m肋梁高1/201/30，肋宽150200mm单向密肋楼盖跨度不大于6m肋梁间距500700mm肋梁高1/181/20，肋宽80120mm3132（4）竖向支承构件周围的冲剪柱上平板柱上平板33板的局部加厚提高抗冲切能力板的局部加厚提高抗冲切能力柱上梁柱上梁柱上密肋板填实柱上密肋板填实34平板体系（1）混凝土无梁平板的钢筋布置混凝土无梁平板的钢筋布置354.57.3m7.310m150230钢筋混凝土是两种材料之间的一种被动结合，因为只钢筋混凝土是两种材料之间的一种被动结合，因为只钢筋混凝土是两种材料之间的一种被动结合，因为只钢筋混凝土是两种材料之间的一种被动结合，因为只有结构挠曲变形到一定程度后钢筋才开始起作用有结构挠曲变形到一定程度后钢筋才开始起作用有结构挠曲变形到一定程度后钢筋才开始起作用有结构挠曲变形到一定程度后钢筋才开始起作用预应力混凝土使这两种材料达到主动结合，以控制应预应力混凝土使这两种材料达到主动结合，以控制应预应力混凝土使这两种材料达到主动结合，以控制应预应力混凝土使这两种材料达到主动结合，以控制应力、平衡荷载和减少挠度。凭借预应力束的曲率效应，力、平衡荷载和减少挠度。凭借预应力束的曲率效应，力、平衡荷载和减少挠度。凭借预应力束的曲率效应，力、平衡荷载和减少挠度。凭借预应力束的曲率效应，预应力束将承担很大部分直接传给支座的荷载，从而预应力束将承担很大部分直接传给支座的荷载，从而预应力束将承担很大部分直接传给支座的荷载，从而预应力束将承担很大部分直接传给支座的荷载，从而可以消除绝大部分的冲切剪力。可以消除绝大部分的冲切剪力。可以消除绝大部分的冲切剪力。可以消除绝大部分的冲切剪力。36钢筋混凝土弯曲到一定程度后钢筋才开始起作用37预应力混凝土预应力筋的抗弯是主动的38对于跨度为7.210.5m的预应力混凝土平板，板厚可按45的跨高比取，即取200mm板内的预应力钢绞线沿两个正交方向呈抛物线铺设使抛物线预应力束的向上分力能平衡百分之百的板自重恒载为0.2 25 kN/m3 9=45kN/m200mm301409m3039板内的钢筋束沿两个方向呈抛物线铺设，所以常规板内的钢筋束沿两个方向呈抛物线铺设，所以常规的设计方法是对每一个方向的钢筋束都施加足够的的设计方法是对每一个方向的钢筋束都施加足够的预应力，使其向上分力能平衡板的自重。预应力，使其向上分力能平衡板的自重。建议建议40建议试验表明，双向预应力混凝土平板的抗弯强度和剪切强度受总的预应力筋的承载能力和非预应力筋的数量及其所铺设的位置所控制，而不受预应力筋的分布位置所控制必须有一定数量的预应力筋设置在柱上板的剪切周边内双向无梁楼板结构预应力筋的最佳布置方法是将计算板带所需的预应力筋根数，在一个方向形成带状集中布置在柱上及柱子两边的板带中，在另一个方向则均匀布置两个正交方向至少应该有两根预应力筋布置在柱上板的剪切周边内41无梁楼盖体系所占有的结构空间高度在所有体系中最小（综合效益不错），施工最方便，水密性好对结构整体刚度的贡献在所有体系中是最小的混凝土平均折算厚度比主-次梁和双向密肋体系大，与同等跨度的双向梁-板体系相当42由于预应力平托板或锥形柱帽起着加腋的作用，故能使由于预应力平托板或锥形柱帽起着加腋的作用，故能使由于预应力平托板或锥形柱帽起着加腋的作用，故能使由于预应力平托板或锥形柱帽起着加腋的作用，故能使预应力混凝土平板的使用跨度增大至预应力混凝土平板的使用跨度增大至预应力混凝土平板的使用跨度增大至预应力混凝土平板的使用跨度增大至10.513.7m10.513.7m43无梁楼盖尺度44无柱帽楼板厚:（1/361/30)L2 L2为短边长,最小板厚150mm有柱帽楼板厚:（1/401/33)L2 L2为短边长,最小板厚150mm空心无梁楼板厚（1/301/20)L2 L2为短边长,楼板最小厚度250mm45普通肋梁楼盖体系1）单向板-梁楼盖2）双向板-梁楼盖3）现浇梁板共同作用的设计概念461）单向板-梁楼盖 1221m7.510.5m69m4.56m某一方向梁所承担某一方向梁所承担某一方向梁所承担某一方向梁所承担的板面荷载小于或的板面荷载小于或的板面荷载小于或的板面荷载小于或总荷载的总荷载的总荷载的总荷载的20%20%h 1/30L472）双向板-梁楼盖例题：某机场候机楼楼盖的内力分析图为图为12m12m柱网开间的无梁平板和梁柱网开间的无梁平板和梁-板式楼板式楼板用板用SAP分析得到的单向弯矩图分析得到的单向弯矩图板厚板厚 h 1/40L248无梁楼板的最大正、负弯矩峰无梁楼板的最大正、负弯矩峰值都在柱轴线上值都在柱轴线上无无梁梁楼楼板板和和双双向向板板-梁梁楼楼盖盖的的弯弯矩矩493）现浇梁板共同作用的设计概念现浇楼板的共同作用增加了框架梁的截面刚度（EI）提高了梁端负屈服弯矩的承载力梁柱形成的框架作用对框架侧向刚度的影响现浇梁板的共同作用对框架的内力、变形及自振周期的影响504）主-次梁体系主-次梁体系的特点缺点：相对于平板和双向密肋体系，结构高度大相对于平板和双向板-梁体系，模板制作复杂51优点平均折算厚度小，可与双向密肋一样，重量较轻开间大，对于预应力混凝土楼盖可达（912）m（13.518）m承载力大，活荷载可达1020kN/mm2对框架结构的整体刚度贡献比平板和双向密肋大得多结构受力清楚，传力途径简单明确525）柱网与主、次梁的合理布局荷载传递途径：单向板 次梁 主梁 柱设计要点：结构空间高度越小越好主、次梁受力所需的结构高度宜相同5354柱网宜设计成矩形（短跨为主梁，短跨柱网宜设计成矩形（短跨为主梁，短跨与长跨的比例小于与长跨的比例小于0.75较经济）较经济）主、次梁的刚度（主梁的弯曲变形控制主、次梁的刚度（主梁的弯曲变形控制在次梁弯曲变形的（在次梁弯曲变形的（1/21/3）内）内）抗扭刚度的要求（边跨主梁）抗扭刚度的要求（边跨主梁）55以长跨为主梁的主-次梁楼盖存在的问题主、次梁的截面高度相差悬殊，因而增加了层高和建筑物的总高度主梁的竖向变形加大，作为次梁的支座的刚性和稳定性相对较差楼盖混凝土的平均折算厚度增大，材料用量和结构自重相应加大预应力筋和普通钢筋的用量增多，费用增大56边支承纵向框架梁的设计要求边支承框架应具有较大的整体刚度，避免在地震或风荷载作用下产生过大的变形，以保证单向密肋的平面外稳定要求边支承框架梁具有足够的抗弯刚度，以控制单向密肋的跨中弯矩和挠度在合理的范围内。要求具有足够的抗扭刚度来约束密肋端部的转动，设计成梁的宽度稍大于柱截面宽度框架梁的截面接近方形，梁柱的线刚度比为2357平面或空间桁架组合楼盖1）主主-次桁架体系次桁架体系类似于主类似于主-次梁体系次梁体系582）空间桁架每一根腹杆对两个方向每一根腹杆对两个方向的上下弦同时起着对角的上下弦同时起着对角斜撑的作用斜撑的作用59双向空间桁架体系的几种布置方案单开间（支承在四单开间（支承在四个角柱上）个角柱上）悬臂式悬臂式60带悬臂的开间带悬臂的开间矩形（单向）矩形（单向）61有边支承的单开间有边支承的单开间带悬臂的有边带悬臂的有边支承单开间支承单开间62实例希尔斯大楼的楼盖结构：方形框筒开间为22.86m22.86m，框筒柱距为4.572m，桁架截面高度1016mm，跨高比为22.5。在平面桁架上铺设压型钢板，然后浇筑140mm厚的轻质混凝土楼面，形成平面桁架-混凝土组合楼盖。6364复合桁架组件65空间桁架-混凝土组合楼盖结构Catrus体系是一种连续体系是一种连续弦杆体系，连接螺栓垂弦杆体系，连接螺栓垂直穿过两根正交弦杆与直穿过两根正交弦杆与四根斜腹杆扁端头的螺四根斜腹杆扁端头的螺栓孔。上弦杆采用由空栓孔。上弦杆采用由空心矩形截面钢管切割成心矩形截面钢管切割成的槽形件禁箍拼接，下的槽形件禁箍拼接，下弦杆则采用简单的搭接弦杆则采用简单的搭接方式。方式。666768697071空间网格-混凝土组合楼盖结构的标准系列产品现浇混凝土顶板和空间网格之间的抗剪连接件是一种带现浇混凝土顶板和空间网格之间的抗剪连接件是一种带现浇混凝土顶板和空间网格之间的抗剪连接件是一种带现浇混凝土顶板和空间网格之间的抗剪连接件是一种带有连接螺栓和顶螺帽的上节点延伸件，用来支托现浇混有连接螺栓和顶螺帽的上节点延伸件，用来支托现浇混有连接螺栓和顶螺帽的上节点延伸件，用来支托现浇混有连接螺栓和顶螺帽的上节点延伸件，用来支托现浇混凝土楼面板的平薄钢板设置在两个正交方向的上弦杆之凝土楼面板的平薄钢板设置在两个正交方向的上弦杆之凝土楼面板的平薄钢板设置在两个正交方向的上弦杆之凝土楼面板的平薄钢板设置在两个正交方向的上弦杆之间，并用节点的连接螺栓将其夹紧。间，并用节点的连接螺栓将其夹紧。间，并用节点的连接螺栓将其夹紧。间，并用节点的连接螺栓将其夹紧。