建筑结构选型的知识要点.docx
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建筑结构选型的知识要点
建筑结构选型知识要点——高层建筑结构
第五章：
高层建筑结构
一、 高层建筑发展概况
1、 世界上第一幢近代高层建筑——美国芝加哥家庭保险公司大楼，10层，高55m，建于1884~1886年，铸铁框架承重结构，在此之前，砌体结构
2、 钢结构体系，建筑物高度超过100米，如1898年建成的纽约ParkRow大厦——19世纪世界最高建筑，30层，118米高
3、 世界上第一高度建筑（1931年开始，保持41年）——纽约帝国大厦，102层，高381m，逐渐阶梯型内收成为塔尖的古典风格，用钢量190kg/m2。
（钢筋混凝土高层建筑在20世纪初开始兴建）
4、 世界上最早的钢筋混凝土高层建筑——1903年在美国辛辛那提的Ingalls大楼，16层，高64米。
20世纪50~70年代
玻璃、铝合金等新型外墙材料的应用，导致建筑风格的转变。
高层建筑迅速增加，层数和高度大幅度突破
结构体系新颖多变，建筑材料丰富多彩
高层建筑结构抗震设计水平大幅度提高
代表：
纽约原世贸中心高412m，110层，采用筒中筒结构
西尔斯大厦成束筒结构
芝加哥约翰汉考克大厦桁架筒结构
二、 国内外高层建筑发展趋势
1.高强混凝土、钢管混凝土和型钢混凝土的应用
优点：
结构整体性好，刚度大，位移小，舒适性佳，耐腐蚀、耐火，维护方便，造价低于钢结构。
典型建筑：
日本的梅田大厦、法国巴黎太平洋大厦、法国里昂站前开发大厦、奥地利多瑙市双塔大厦等。
2.复杂体型的高层建筑不断兴建
典型建筑：
巴黎德方斯大门、马来西亚吉隆坡的彼得罗纳斯大厦（即石油大厦，是世界最高建筑）
3.新结构体系广泛采用
典型建筑：
日本东京世纪大厦，钢结构，采用大K形支撑。
三、减少自重的途径
选用合理的楼盖结构形式、尽量减轻墙体的重量、采用轻质高强的结构材料
采用高强混凝土的意义：
（1）将减小构件的截面，增加使用空间及面积。
（2）将节约大量的水泥和钢材
四、地震区高层建筑结构体系
建筑重要性分类：
甲、乙、丙、丁四类，甲类建筑等级最高，丁类建筑等级最低。
抗震设防目标：
“小震不坏，大震不倒，中震可修”。
钢筋混凝土高层建筑结构的抗震等级：
一级要求最严，四级最低
五、高层建筑地下室设置
一种是出于使用要求;
另一种则是出于结构的考虑和需要，因为设置地下室可以减轻地基压力，提高房屋层数，增强抗倾覆能力和改善房屋的抗震性能
基础类型：
单独基础、条形基础和井格基础形式：
片筏基础与箱型基础：
桩基础
基础形式选择考虑因素
（1）上部结构的层数与荷载情况是决定基础形式的重要因素
（2）上部结构的结构形式和结构体系也直接影响基础形式的选择
（3）地基条件，如地基的上层分布，各土层的强度与变形性质，地下水位情况等，是选择基础形式的最根本依据
（4）经济是否合理、施工技术是否可能和方便，是选择基础形式时必须加以重视的重要因素
六、转换层的类型
1）高层建筑上层与下层的结构形式不同，通过转换层完成其从上层至下层不同结构形式的变化
例子：
墨西哥城日光饭店、北京南阳饭店
2）高层建筑上层与下层的结构形式不变，但通过转换层完成其从上层至下层不同柱网轴线布置的变化
例子：
香港新鸿基中心、香港康乐大厦
3）通过转换层同时完成高层建筑上层与下层结构形式与柱网轴线布置的变化
例子：
捷克布拉迪斯拉发市基辅饭店、香港HarbourRoadDevelopment大厦
内部结构采用的转换层形式
（1）梁式转换层（a、b）
（2）板式转换层（c）
（3）箱式转换层（d）
（4）桁架式转换层（e）
（5）空腹桁架式转换层（f）
建筑结构选型知识要点——剪力墙结构
（2012-06-0717:
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建筑结构选型
知识点
剪力墙结构
教育
分类：
学习
第四章：
剪力墙结构体系
一、 剪力墙为什么可以提高房子的抗侧力刚度
这墙片在水平力作用下的工作犹如悬臂的深梁。
由于深梁的抗弯惯性矩大，换而言之，抗侧力刚度就大大的提高了；同时，这块大截面墙片的受剪效能看它的抗剪能力比框架结构强的多，这片剪力墙为整个房屋提供很大的抗剪强度和刚度。
二、 剪力墙结构体系的类型特点和适用范围
剪力墙结构体系的分类
按施工工艺分类
大模现浇剪力墙结构体系
施工工艺及机械设备相对较简单，适合我国国情，技术经济指标较好
滑模现浇剪力墙结构体系
全装配大板结构体系
内浇外挂剪力墙结构体系
高层结构体系选型中，应充分考虑工程的施工条件和具体的施工工艺等因素。
按剪力墙的整体性（墙体开洞大小）分类
实体剪力墙：
未开洞或开洞很小
双肢剪力墙：
墙面开有一排洞口
联肢剪力墙：
沿竖向开有一列或多列较大的洞口
壁式框架：
开洞很大，连系梁和墙肢的刚度均较小，受力与变形接近于框架，几乎每层墙肢均有一反弯点
框支剪力墙：
结构抗震性能差，造价高
错洞剪力墙：
墙面上开有错行或错列洞口
带小墙肢的剪力墙：
墙肢与其余部分墙体尺寸相比较较小的
剪力墙结构体系的类型
（纯）剪力墙结构
框支剪力墙结构
框架剪力墙结构
筒体结构
1. 全剪力墙结构
概念：
利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构。
优缺点及适用范围
优点:
整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力（强度）要求也容易满足，房间内无梁柱外露。
缺点:
剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求,结构自重往往也较大。
适用范围：
较小开间的住宅及旅馆建筑，高层建筑。
特征：
自底层向上，位移增量越来越大，与悬臂梁的弯曲变形曲线类似。
故称“弯曲型”
适用范围：
房屋刚度比框架-剪力墙体系更好，适用的层数更高，层数超过25层的房屋宜采用全部剪力墙结构
理论上可达100~150层，但墙体太厚，不经济，以40层以下为宜
全剪力墙的高宽比：
不宜大于6
2. 框支剪力墙结构
优点：
底层作商店或停车场而需要大空间的旅馆或住宅
缺点：
房屋刚度突变，抗震性能较差
避免房屋刚度突变的措施：
1把框架层扩展到2~3层，层高逐渐变化，使刚度逐渐减弱而避免突变
2在框架的最上面一层设置设备层，作为刚度的过渡层
3尽可能把一部分剪力墙伸到底层以加强整个房屋的刚度
结构转换层：
水平结构，梁很大，一两个楼层高
作用：
过渡，改变下方楼层柱子的排列，或者过渡上下层剪力墙的不同位置，以此获得特别的楼层柱网－－创造大空间并将上部荷载传递到下面相对少而大的几根柱或几片墙上
3. 框架剪力墙结构
概念：
在框架体系的房屋中设置一些剪力墙来代替部分框架
特点：
以框架结构为主，以剪力墙为辅助补救框架结构的不足的半刚性结构。
剪力墙承担大部分的水平荷载，框架以负担竖向荷载为主
适用范围：
H/B不宜大于4~5
25层以下的房屋，最高不宜超过30层
地震区的五层以上的工业厂房
由于剪力墙的存在，一定程度上限制了建筑平面布置的灵活性，这种体系用于旅馆、公寓、住宅等建筑最为适宜
不同剪力墙结构的比较
4. 筒体结构
特点：
将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体
筒体在水平荷载作用下好像一个竖向悬臂空心柱体，结构空间刚度极大，抗扭性能也好
剪力墙集中布置不妨碍房屋的使用空间，建筑平面布置灵活，适用于各种高层公共建筑和商业建筑
筒体结构的类型
根据建筑高度不同，可采用不同筒体结构形式
内筒体：
将电梯井、楼体井、管道井、服务间等集中成为一个核心筒体。
外筒体：
四周外墙由密排窗框诸与窗间墙梁组成---多孔墙体。
建筑物内部可不设剪力墙。
筒中筒：
内筒体与外筒体相结合
多筒体组合：
根据建筑平面要求可采用：
多重套筒，组合筒---几个筒体由楼板联合
束筒---若干个筒体成束状结构，筒体可错落不齐。
筒体结构的主要特征
框筒及桁架筒做为外筒，实腹筒做为内筒，形成筒中筒结构，筒体结构属于空间受力体系
（1）变形特点
框筒侧向变形仍以剪切型为主，而核心筒通常则是以弯曲型变形为主
（2）受力特点
框筒结构是具有箱形截面的悬臂构件，柱子分为受拉和受压柱，形成受拉翼缘框架和受压翼缘框架。
5. 束筒结构
使用条件：
当建筑高度或其平面尺寸进一步加大，以至于框筒或筒中筒结构无法满足抗侧力刚度要求时，必须采用多筒体系
1、成束筒
两个以上框筒（或其它筒体）排列在一起成束状，称为成束筒。
优点：
结构的刚度和承载能力比筒中筒结构有所提高，沿高度方向，还可以逐个减少筒的个数，分段减少建筑平面尺寸，结构刚度逐渐变化
有效地减少外筒翼缘框架中的剪力滞后现象，使内筒或内部柱子充分发挥作用
2、巨形框架
利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨形梁相连，巨型梁每隔几层或十几层楼设置一道，截面一般为一层或几层高，筒体和巨型梁即形成巨型框架
特点：
超越一般结构概念
一般结构的截面尺寸与层高相关
巨型结构：
由两级结构组成
第一级：
结构超越楼层划分，形成跨越几个楼层的巨柱以及一层空间的巨梁
巨型框架结构
巨型桁架结构
第二级：
巨型框架或桁架间为一般框架结构（小型柱、梁与楼板）。
• 在巨型层底下，可设无柱大空间。
• 巨型结构外露与建筑立面相结合
• 空间利用灵活
• 施工速度快，巨型主框架施工后，各层可同时施工
• 巨型框架---巨型开洞
• 形成气流通道，减小风压
6. 结构体系的选择
主要考虑因素
建筑物高度----结构抗侧刚度与抗震性能
建筑物用途----建筑平面布置，空间利用要求
高层的控制因素
水平荷载和刚度而不是竖向荷载和强度
抗侧移能力
砖混结构－框架结构－框剪结构－剪力墙结构－框筒结构－筒中筒结构－成束筒结构－巨型框架结构
各种结构体系的适用层数：
框架结构—15层以下（最经济为10层）
框架-剪力墙结构—30层以下（最适宜为11~25层）
剪力墙结构--40层以下（最适宜为16~40层）
框筒结构—30层以下
筒中筒结构—30层以上的超高层
三、 剪力墙的布置原则
2、
（一）总则
1.房屋平立面体型要简单均匀。
2.剪力墙应合理地应可能地离开房屋重心
3.剪力墙布置要对称，以减少结构的扭转效应。
当不能对称时，也要使刚度中心尽量和质量中心接近，以减少地震力产生的扭矩。
4.剪力墙应上下层位置对齐，而且宜贯通房屋全高。
5.应尽可能采取措施增加剪力墙承担的竖向荷载。
6.在非地震区，可根据建筑物迎风面大小、风力大小设置剪力墙，纵横两个方向剪力墙数量可以不同。
在地震区，由于两个方向的地震力接近，在纵、横方向上布置的剪力墙数量要尽量接近。
四、剪力墙的主要构造要求
一、剪力墙的材料
现浇钢筋混凝土，混凝土强度等级不应低于C20
二、剪力墙的厚度
按一级抗震等级设计时不应小于楼层高度的1/20，且不应小于160mm；
按二、三、四级抗震等级和非抗震设计时不应小于楼层高度的1/25，且不应小于140mm。
有边框时，剪力墙的厚度不应小于墙体净高的1/30，且不应小于120mm；
无边框时，剪力墙的厚度不应小于楼层高度的1/25，且不应小于140mm。
三、剪力墙的配筋
剪力墙厚度<200mm时，可单层配筋。
剪力墙厚度>=200mm时，应双层配筋。
山墙及相邻第一道内横墙，楼梯间或电梯间墙及内纵墙等都应双层配筋。
五、剪力墙墙体开洞基本要求
剪力墙开洞与不开洞相比，不仅受力性能不同，且计算方法也不一样。
总之，剪力墙以不开洞比开洞好，少开洞比多开洞好；开小洞比开大洞好，单排洞比多排洞好，洞口靠中比洞口靠边好。
六、变形缝的设置与构造
种类：
沉降缝、伸缩缝或防震缝
区别：
伸缩缝和防震缝仅将基础以上的房屋分开，而沉降缝则将房屋连同基础一起分开
原则：
在高层建筑中，目前的总趋势是避免设缝，并从总体布置上或构造上采取一些相应的措施来减少沉降差、温度收缩和体型复杂引起的问题。
沉降裂缝：
形状：
斜的，由下向沉降较大的一侧升高
地点：
土质松软、土层变化较大处
基础处理方法不同处
房屋在高度、重量、刚度有较大变化处
房屋平面形状变化的凹角处
设置条件：
（1）建筑物建在不同的地基土壤上；
（2）当同一建筑物相邻高度相差在两层以上或部分高度差超过10m时；
（3）当建筑物部分的基础底部压力值有较大差别时；
（4）原有建筑物与新建建筑物之间；
（5）当相邻的基础宽度和埋置深度相差悬殊时；
（6）平面形状较复杂的建筑物，分成几个形状。
沉降缝缝宽：
见下表，一般为30~70mm断开构件：
基础及其以上
沉降缝构造
墙体、楼地层、屋顶：
和伸缩缝相似，缝宽加大，采用镀锌铁皮调节；
基础：
双墙方案悬挑方案
防震缝：
防止地震对建筑物破坏
1.设置条件：
（1）房屋高差在6m以上
（2）房屋有错层，且楼板高差较大
（3）各部分结构刚度截然不同时
2.设沉降缝目的：
避免地基不均匀沉降时在房屋构件中产生裂缝
3.方法：
将结构从屋顶到基础整个断开，使各部分自由沉降，以避免由沉降差引起的附加应力对结构的危害。
防震缝缝宽：
与设防等级有关
（1）房屋高度在15m及其以下时取70mm；
（2）房屋高度超过15m时
a.设防烈度为7度，高度每增加4m，缝宽增加20mm；
b.设防烈度为8度，高度每增加3m，缝宽增加20mm；
c.设防烈度为9度，高度每增加2m，缝宽增加20mm。
伸缩缝：
目的：
避免温度和混凝土收缩应力使房屋构件产生裂缝，
由于温度变化而引起的结构内力称温度应力
为了消除温度和收缩对结构造成的危害，混凝土结构规范规定了结构温度区段的长度。
避免设缝的方法：
采用平面布置简单、长度不大的塔式楼；
通过加强连接的措施把各个突出的部分连成整体。
建筑结构选型知识要点——框架结构
（2012-06-0717:
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框架结构
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第三章框架结构体系
一、框架结构特点
1、 受力特点：
刚结点，受力性能好（梁、柱）
形变特征：
剪切型
2、 框架结构的优缺点及适用范围
优点：
建筑平面布置灵活、易于设置较大房间、使用方便
强度高，自重轻，构件类型少，易于标准化、定型化；
可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。
现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。
缺点：
抗侧刚度低，20层及以下建筑
适用范围：
办公楼、餐厅、车间、营业室、教室、实验室等
二、框架结构的类型
1、 按框架结构组成划分
梁板式结构（多层和高层）
无梁式结构（仓库、冷藏室）
2、 按框架的施工方法分
现浇整体式框架：
工地现浇
优点：
结构整体性及抗震性能好，节省钢材；
缺点：
现场工作量大，模板消耗多，施工周期较长。
半现浇式框架：
梁柱现浇，板预制
优点：
减少了混凝土浇筑量，节约模板；
缺点：
整体性及抗震性能不如现浇式框架。
装配式框架：
优点：
构件可以在工厂预制，质量容易保证，施工现场的工作量较少，比现浇框架节省模板并能缩短工期；
缺点：
增加了框架的节点连接，用钢量大，整体性较差，抗震性能差。
装配整体式框架
其梁板柱可以在工厂预制，在施工现场将构件吊装就位，再用现浇混凝土将框架连接成整体，因而这种框架兼备了前两种框架的优点。
3、 按承重结构划分
全框架
内框架：
降低房屋造价
缺点：
钢筋混凝土和砖墙刚度不协调，房屋整体性和总刚度差，抗震性能差
4、 装配整体式框架的构件划分
短柱单梁式：
制作、运输、安装方便，但接头多，施工复杂
长柱单梁式：
减少柱子接头，增加了结构的整体性；但柱子长，运输困难，吊装内力大，长度不宜超过１６米
组合单元式：
接头少，增加了结构的整体性；构件制作复杂，运输困难，起重吨位大
5、装配（整体）式框架的接头形式
梁与柱的接头
暗牛腿刚接方式
明牛腿刚接方式
柱与柱的接头方式--焊接连接
梁与板的接头方式--迭合梁式
三、框架结构的组成
1、 框架结构由梁、柱组成；
2、 根据梁柱连接方式的不同，叫法是不同的：
刚性连接的为通常所说的框架结构，铰接的通常称为排架结构
3、 为使结构受力合理，框架结构一般要求框架梁宜连通，框架柱在纵横方向应有框架梁连接，梁柱中心线宜重合，框架柱宜纵横对齐，上下对中。
4、 框架结构为满足使用功能或建筑造型的要求，也可存在抽梁、抽柱、内收、外挑、斜梁、斜柱等形式
四、梁柱的布置及柱网尺寸
1、 基本要求：
框架的柱网布置应力求简单、规则、整齐
要满足生产工艺和建筑平面布置的要求
要使结构传递体系明确，受力合理
柱网布置应便于施工
柱网尺寸应符合经济原则和尽量符合模数
2、 分类
内廊式柱网、等跨式柱网、对称不等跨式柱网
内廊式：
对称三跨。
房间进深：
6m、6.6m、6.9m
走廊跨度：
2.4m、2.7m、3.0m
开间方向柱距：
3.6~8m
适用范围：
旅馆、教学、办公、医院
等跨式柱网：
常用跨度为6米、7.5米、9米、12米
开间方向柱距：
6m
适用范围：
厂房、仓库、商店
注意：
无论是工业或民用建筑的柱网布置，当房屋长度较大（55米）时，均需设置伸缩缝，在缝的两侧应各自设置框架
3、 框架的布置：
按承重框架布置方向分为三种：
1.主要承重框架横向布置
特点：
横向梁为主梁，纵向梁为次梁（连系梁）
优点：
承重框架横向布置可有效提高纵房屋横向的抗侧力强度和刚度；
有利于立面处理和室内采光
2.主要承重框架纵向布置
特点：
纵向梁为主梁，横向梁为次梁（连系梁）
优点：
有利于楼层净高的有效利用，房屋的使用划分比较灵活；
缺点：
横向很差刚度；
适用范围：
层数不多的无抗震要求的厂房
3.主要承重框架纵横两向布置
两个方向均有较好的抗侧刚度。
框架承重方案有楼盖布置关系
4、 变形缝的设置
1、在实际工程中，遇到房屋纵向太长、立面高差太大、体型比较复杂时，应对建筑进行变形缝的设置，使结构受力合理；
2、变形缝分类：
伸缩缝：
又名温度缝，主要与结构的长度有关，未采取措施时，伸缩缝间距不宜超过按表3-1中的值。
沉降缝：
主要与基础受到的上部荷载和场地的地质条件相关；沉降缝可利用挑梁、搁置预制板、预制梁、设双柱等方法处理。
其与温度缝的缝宽一般不小于50mm。
防震缝：
主要与建筑物平面形状、质量分布、刚度、地理位置等相关。
防震缝设置应力求使各结构单元简单、规则，刚度和质量分布均匀，避免发生地震作用下的扭转效应。
尽量不设缝或少设缝，且“三缝合一”。
5、 框架结构柱网尺寸
框架柱网布置应力求简单，并尽量符合模数要求
多层厂房：
柱距一般采用6m，跨度，根据柱网形式而分
内廊式6m+2.4m+6m或6.9m+3.0m+6.9m
等跨式常用跨度6，7.5，9，12m四种（一般6m，最好不超过9m，为什么？
）
多层民用房屋的柱网尺寸
因民用房屋种类繁多，功能要求各有不同
柱距：
3.3-6m（旅馆建筑，常为6-8m）
跨度：
6-12m（经济考虑，不宜超过9m）
若建筑长度较大时，应考虑设置伸缩缝，伸缩缝间距见《混凝土结构设计规范》GB50010-2001
6、 构件截面尺寸
框架横梁截面：
梁高h=（1/8~1/12）l梁跨
梁宽b=（1/2~1/3）h梁高
框架柱截面的宽与高=（1/15~1/20）Hｉ层高
五、框架结构的受力特点与适用层数和高宽比
1、框架结构的受力特点
框架结构是由梁和柱相互刚接而成的,框架的承载能力和结构效能主要依赖于梁与柱的强度和节点刚度。
（框架竖向荷载和水平荷载对框架的作用是什么？
）
竖向荷载：
框架层数的增加而框架的变形和弯矩没有显著的变化
框架的变形和弯矩与框架的层数多少没有太大的关系
水平荷载：
框架的层数越多，产生的水平位移越大，框架的内力也随层数的增加而迅速增长，层数超过一定程度时，水平荷载产生的内利远远大于竖向荷载产生的内力。
这时，水平荷载对设计起主要控制作用。
2、框架结构的适用条件
架结构层数较少时，竖向荷载起控制作用，框架结构比较经济。
当房屋向更高的层数发展时，采用框架结构将会产生矛盾：
（１）强度方面：
由于层数和高度的增加，竖向荷载和水平荷载产生的内力都要相应增大，特别是水平荷载产生的内力增加更快。
当高度达到一定的数值，框架中将产生相当大的内力。
（２）刚度方面：
随着房屋高度的增加，在水平荷载作用下，框架结构本身柔性较大，水平位移成为重要的控制因素。
要满足强度和刚度的要求，就必须增大构件的截面尺寸，太大不经济，甚至不合理。
合理层数是6~15层，最经济是10层左右。
高宽比：
５～７
框架结构房屋最大适用高度
六、抗震设防区框架体系结构布置的要求
1、 结构平面布置的原则
a） 结构平面布置简单、规则、对齐、对称，有利于抵抗水平荷载
平面形状：
板式、塔式
板式是指房屋宽度较小，而长度较大的建筑
为了增加板式结构的侧向刚度和稳定，避免“一字形”建筑，可以做成折板式或曲线式。
塔式则是指平面的长度和宽度相接近的建筑
在塔式建筑中，常用圆形、方形、长宽比较小的矩形、Y形、井形、三角形或其他各种形状。
b） 尽量避免部分突出及刚度突变
c） 控制房屋的长宽比L/B不宜超过4.0
d） 抗侧力结构的布置应尽可能使房屋的刚度中心与地震力合力作用线接近或重合
e） .抗侧力结构的布置应使房屋中各部分的刚度均匀，不应过分悬殊
f） 在烈度较高的抗震设防区、楼、电梯间不宜布置在结构单元的两端和拐角部位
2、 结构立面布置的原则
a） 沿房屋的竖向高度刚度和质量分布均匀，不要发生过大的突变，尽量避免夹层、错层、抽柱现象
b） 各层楼板应尽可能设置在同一标高上，尽可能不采用复式框架
c） 房屋顶部不宜有局部突出和刚度突变，如不能避免，突出部分应逐步收小，并需作抗震验算
竖向规则建筑：
立面局部收紧尺寸不大于该方向总尺寸的25%；
楼层刚度不小于相邻上层刚度的70%，且连续三层的总刚度下降不超过50%。
底柔上刚结构，底部容易破坏
d） 下刚顶柔结构，容易出现“辫梢”效应。
震害调查表明：
房屋顶部突出结构震害严重
e） 控制结构高宽比H／B
H是指建筑物地面到檐口高度
B是指建筑物平面的短方向总宽
高宽比超过限值需进行整体稳定性和抗倾覆验算
f
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