第十章-建筑体型与结构布置给学生20100412.pptx
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1、第一节第一节 建筑体型建筑体型一、建筑体型的形成 从几何的概念来分类,建筑平面与立体形状可分为凸形与凹形两大类。凸形图形中,任何两点的连线都不可能穿越图形界限,称为简单图形;凹形图形中,用一条穿越图形界限的直线连接图形内的两点,称为复杂图形。简单图形 复杂图形建筑平面分为简单建筑平面、复杂建筑平面;建筑立面分为简单建筑立面、复杂建筑立面。简单建筑平面 复杂建筑平面简单建筑立面 复杂建筑立面 从二维转变为三维,任何一个建筑体型都可归纳为平面上的两个基本类型与立面上的两个基本类型的组合,即一共有四种基本组合。a)简单平面与简单立面的组合b)复杂平面与简单立面的组合c)简单平面与复杂立面的组合d)复
2、杂平面与复杂立面的组合二、建筑体型的变化1、简单平面与简单立面的组合 简单平面的尺寸变化包括绝对尺寸和相对尺寸两方面,平面尺寸较大的建筑物的受力显然比平面尺寸小的建筑物要复杂的些,这时要考虑到结构整体性,同时又要考虑到温度应力,混凝土收缩等不利因素的影响。而平面的长宽比较大的建筑物显然比平面为正方形的建筑物更容易受到扭转,不均匀沉降的威胁。简单立面的尺寸变化对结构的影响也包括绝对尺寸和相对尺寸两个方面。建筑物越高,侧向风荷载或地震作用的影响越大;建筑物的高宽比H/B越大,结构的抗侧刚度和抗倾覆稳定性就越差;当高宽比一定时,降低建筑物的质量中心则有利于结构的抗侧稳定性。2、复杂平面与简单立面的组
3、合l 复杂平面的形状很多,其基本尺寸对结构受力的影响也可以从绝对尺寸和相对尺寸两方面考虑,其中主要为肢翼长度和肢翼宽度之比。一般地说,肢翼长度越大,肢翼宽度越小,则结构受力越不利。l当结构受力复杂时,可在结构上设置变形缝把它分成两个矩形平面。复杂平面转化成简单平面3、简单平面与复杂立面的组合 立面是复杂立面,整个建筑物在不同的高度有不同的建筑平面。各种收进方式及各种尺寸变化时的情况如图,建筑体型的变化对竖向荷载和水平荷载作用下的结构内力都将产生影响。a)两邻边收进 b)四边收进1)带小塔楼的建筑:l在地震作用下,小塔楼由于鞭稍效应产生较大的惯性力,会造成塔楼根部的破坏甚至塔楼的倒塌。设计中一般
4、是控制b/h值,即小塔楼不能突然内收很多,避免刚度发生突变。2)带裙房的建筑:l由于裙房部分与主楼部分自重相差悬殊,会产生地基的不均匀压缩,引起建筑物的不均匀沉降,或导致基础结构的破坏。4、复杂平面与复杂立面的组合l复杂的建筑体型使建筑物具有明显的个性,但却给结构布置带来了难题。l结构布置:1)限制:限制裙房外伸、小塔楼的高度、内收尺寸等;2)加强:设置刚性基础、刚性层或其他的构造措施来保证结构的整体性;3)当上述方法无法令人满意时,设置变形缝:把复杂的建筑体型分成若干个简单的结构单元。第二节 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,结构抗侧刚度的对称三方面。最佳的方案
5、是使建筑平面形心,质量中心,结构抗侧刚度中心在平面上位于同一点上,而在竖向则位于同一铅锤线上,简称“三心重合”。1、建筑平面的对称性 建筑平面形状最好是双轴对称的,这是最理想的。但有时也可能只能对一个轴对称,有时可能是根本找不到对称轴。双轴对称 单轴对称 无轴对称 不对称的建筑平面对结构来说有三个问题:l会因其外荷载作用的不均匀,从而产生扭矩;l会在凹角处产生应力集中;l不对称的建筑平面很难使三心重合。因此,对于单轴对称或无轴对称的建筑平面,在结构布置时必须十分小心,应该对结构从各个方向反复进行计算,并考虑结构的空间作用。2、质量布置得对称性 在建筑平面对称和结构刚度均匀分布的情况下,若建筑物
6、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,这时也会引起建筑物的扭转和破坏。3、结构抗侧刚度的对称性 抗侧力构件的布置地结构受力有十分重要的影响。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。l在建筑物的一侧布置墙体,而在其他部位则为框架结构。由于墙体的抗侧刚度要比框架大得多,这样当建筑物受到均匀的侧向荷载作用时,楼盖平面显然将发生图中虚线所示的扭转变位。抗侧墙体的不均匀布置l布置在楼梯间,电梯间四周的墙体所形成的核芯井筒往往能提供较大的抗侧刚度,因此核芯井筒的位置对结构受力有较大的影响。矩形平面中核心筒如为对称布置,容
7、易满足“三心重合”的要求,而L形平面却难以满足“三心重合”的要求,结构布置时须十分小心。例例马拿瓜国家银行结构平面马拿瓜国家银行结构平面l在矩形的建筑平面中,一侧集中布置了实心填充外墙及两个核心筒,而另三边则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地与建筑平面形心和建筑质量中心偏离,该建筑已在一次地震中倒塌。二、连续性 连续性是结构布置中重要方面,而又常常与建筑布置相矛盾。建筑师往往希望从平面到立面都丰富多变,而合理地结构布置却应该是连续的,均匀的,不应使刚度发生突变。下为框架结构刚度不连续,形成薄弱的几个例子。1)由于底层大空间的要求抽掉了部分柱子,即由于结构构件布
8、置的不连续性形成了薄弱层。l2)由于结构底层层高较高,即由于结构的层高是楼板至楼板的高度,而底层结构的层高是自二层楼板至基础顶面的高度,这样便自然出现了底层层高大于上部层高的情况。l3)是建筑物建于山坡的情况,即由于结构尺寸变化在层平面内的不连续性形成了薄弱层。很显然当柱子截面尺寸相同时,由于短柱具有较大的抗侧刚度,因此将承受较多的侧向地震力而容易首先破坏。下图为剪力墙布置不连续的几个例子。a为框架支承的剪力墙,当底层需要大开间时往往将部分剪力墙在底层改为框架。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建筑门窗布置的要求使剪力墙布置上下无法对齐。d的布置则常常出现在楼梯间采光的要求
9、使洞口错位布置。很显然,对于上述几种结构刚度沿竖向有突变的剪力墙结构,常常会由于集中而产生裂缝或造成局部的损坏。三、周边作用 下图为建筑平面相同,结构构件形式相同,结构材料用量相同,仅构件布置位置不一样的几种情况。由于墙体具有较大抗侧力刚度,因此墙体位置的变化对整个结构的抗倾覆和抗扭转能力有明显的影响。在材料力学中就知道,材料布置得力中心愈远,它所作用的力臂就愈大,从而产生的抵抗矩就愈大。因此在梁的设计中,广泛地应用工字形截面梁来代替矩形截面梁。高层建筑平面布置时,则应把具有较大抗侧刚度的剪力墙,核心筒布置在建筑物周边。四、角部构件 角部构件往往受到较大的荷载或较复杂的内力,在结构布置时应特别
10、注意。在多层框架结构中,角柱虽然受到的轴力较小,但它为双向受弯构件,当结构整体受扭时所受到的剪力最大,所以角柱在整个柱高范围内,都应采取加密箍筋等构造措施。筒体结构侧向荷载作用下,角柱内会产生比其他柱子更大的轴力,且角柱是形成空间工作的重要构件,因此,筒体结构中的角柱往往均予以加强,有时甚至在建筑平面的四角布置四个角筒。五、多道防御 多道防御的设计概念对抵抗未能预测的灾害有重要意义。在建筑结构的设计中,要求当结构中的某些截面出现塑性铰或一部分构件受到破坏时,整个结构仍能继续工作,承受荷载。多道防御的设计概念可应用于单榀结构,也可应用于整个结构。以框架结构为例,由于梁,柱内塑性铰塑性铰塑性铰塑性
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