第二章高層建筑結構體系與結構布置

1、精選課件高層建筑結構設計高層建筑結構設計第二章第二章 高層建筑結構高層建筑結構概念設計概念設計精選課件第一節(jié) 高層建筑結構體系 結構體系為結構抵抗外部作用的構件組成方式結構體系為結構抵抗外部作用的構件組成方式 框架結構體系框架結構體系 剪力墻結構體系剪力墻結構體系 框架框架剪力墻結構體系剪力墻結構體系 筒體結構體系筒體結構體系 巨型結構體系巨型結構體系精選課件框架結構體系框架結構框架結構體系是由梁、柱構件通過節(jié)點連接構成。優(yōu)點：平面布置靈活，可以取得較大的使用空間。缺點：整體側向剛度小，側向變形大。精選課件精選課件框架結構精選課件 在水平力作用下，框架的側移變形有兩部分組成：梁柱彎曲變形使框架

2、結構產(chǎn)生側移，一般情況下，梁、柱都有反彎點，側移曲線表現(xiàn)為剪切型，下部層間變形大，上部變形小；柱的軸向變形也使框架結構產(chǎn)生側移，為彎曲形，上部層間變形大。 兩側移以前者為主，因而框架結構的側移曲線表現(xiàn)為剪切型。框架剪力墻層間位移側向位移曲線層間位移側向位移曲線精選課件剪力墻結構體系 利用建筑物墻體承受豎向荷載、抵抗水平荷載，并作為建筑物的圍護及房間分隔構件的結構，稱為剪力墻結構體系。 優(yōu)點：整體性好、剛度大，抵抗側向變形能力強； 缺點：自重大；受樓板跨度的限制（一般為38m），剪力墻間距不能太大，建筑平面布置不夠靈活。精選課件3600400080008000660003000360003000

3、66000800080004000360070000785078502300廣州白云賓館廣州白云賓館： 33層，112.45米，剪力墻結構，1976年建成，國內(nèi)首棟百米高層。精選課件剪力墻結構精選課件在水平力作用下，剪力墻結構以彎曲變形為主，側移曲線表現(xiàn)為彎曲型，即曲線向內(nèi)凸，層間位移底部小，頂部大，由底部向頂部有逐漸增大的趨勢。框架剪力墻層間位移側向位移曲線層間位移側向位移曲線精選課件框架剪力墻（筒體）結構 框架-剪力墻結構體系是在框架結構中布置一定數(shù)量的剪力墻所組成的結構體系。 這種結構體系具備了純框架結構和純剪力墻結構的優(yōu)點，同時克服了純框架結構抗側移剛度小和純剪力墻結構平面布置不夠靈活

4、的缺點，是一般高層建筑優(yōu)先選擇的體系。 框架筒體結構與框架剪力墻結構并無本質上的區(qū)別，框架筒體結構實際上就是在框架內(nèi)的一定位置上，設置剪力墻內(nèi)筒。 精選課件框架剪力墻結構精選課件精選課件 框架結構在水平荷載作用下的側向位移曲線呈剪切形，而剪力墻結構體系呈彎曲形?？蚣艚Y構由于梁和板的約束作用將兩者結合在一起，協(xié)同工作，使得結構在底部層間位移大的框架將得到剪力墻的支持；而在頂部，層間位移小框架將給予剪力墻予支持。 框架-剪力墻結構體系的變形曲線一般呈彎剪型。 精選課件框架的側移曲線剪力墻的側移曲線框架-剪力墻結構的側移曲線剪力墻框架-剪力墻結構的層間位移框架連梁框架-剪力墻結構的側移曲線精選課件筒

5、中筒結構 筒中筒結構體系是由內(nèi)筒和外筒兩個筒體組成的結構體系。內(nèi)筒通常是由剪力墻圍成的實腹筒，而外筒一般采用框筒或桁架筒。其中框筒是指由密柱深梁框架圍成的筒體，桁架筒則是筒體的四壁采用桁架做成。筒體最主要的特點是它的空間受力性能。無論那一種筒體，在水平力的作用下都可以看成是固定于基礎上的懸臂結構，比單片平面結構具有更大的抗側移剛度和承載能力，因而適宜建造高度更高的超高層建筑。同時，由于筒體的對稱性，筒體結構具有很好的抗扭剛度。 精選課件（a）實腹筒 （b）框筒 （c）桁架筒 （d）筒中筒 筒體結構類型精選課件其它結構體系西爾斯（Sears）大樓筒體變化圖多筒結構多筒結構精選課件懸掛結構巨形框架

6、結構巨形桁架結構剛性橫梁或剛性桁架結構精選課件精選課件精選課件精選課件精選課件精選課件精選課件精選課件精選課件精選課件精選課件精選課件精選課件精選課件精選課件第二節(jié) 高層建筑結構概念設計 結構概念設計是運用理論知識和工程經(jīng)驗，運用人的思維和判斷力，正確和全面地把握結構的整體性能。主要用于方案階段及初步設計階段，從宏觀上、總體上和原則上去決策和確定結構設計中一些最基本、最本質也是最關鍵的問題，如確定結構方案、結構布置、構造措施、電算結果的判斷等。 精選課件2-1 結構選型 有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑 應避免因部分結構或構件破壞而導致喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。這就要求結構應

7、設計成超靜定體系，即使在某些部位破壞也不會導致整個結構的失效 應具備必要的抗震能力、良好的變形能力和消耗地震能量的能力 對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。結構的薄弱部位一般出現(xiàn)在剛度突變，如轉換層、豎向有過大的內(nèi)收或外突、材料強度發(fā)生突變等部位，這些部位都要采取措施進行加強。精選課件2-2 最大適用高度和高寬比 鋼筋混凝土高層建筑結構的最大適用高度和高寬比應分為A級和B級。超過A級高度的為B級，B級的高度和高寬比大，但抗震等級、計算和構造措施嚴。不宜超過B級。超過B級時，需專門審查，補充多方面計算分析，必要時結構試驗，采取專門的加強構造措施。 精選課件A級高度鋼筋混凝土高層建筑的最

8、大適用高度(m)結構體系非抗震設計抗震設防烈度6度7度8度9度框架7060554525框架-剪力墻14013012010050剪力墻全部落地剪力墻15014012010060部分框支剪力應采用筒體框架-核心筒16015013010070筒中筒20018015012080板柱-剪力墻70403530不應采用精選課件B級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度(m)結構體系非抗震設計抗震設防烈度6度7度8度框架-剪力墻170160140120剪力墻全部落地剪力墻180170150130部分框支剪力墻150140120100筒體框架-核心筒220210180140筒中筒3002

9、80230170精選課件房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的電梯機房、水箱、構架等高度。【例1】請確定房屋計算高度。條件：某高層建筑入右圖所示，屋面上皮標高為+120m，屋面上有一高32m的尖塔和高10m的局部建筑，室內(nèi)外高差1.2m。精選課件【例2】請確定房屋計算高度。條件：一高層建筑入右圖所示，共9層，首層層高4.2m，其他各層層高3.6m，首層樓面比室外地坪高出0.6m，屋面有局部突出的電梯機房層高3m。精選課件高寬比是對結構剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟合理性的宏觀控制。 A級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大高寬比結構體系非抗震設計抗震設防烈度6度、7度8度9度框架、板柱

10、-剪力墻5432框架-剪力墻5543剪力墻6654筒中筒、框架-核心筒6654精選課件在復雜體型的高層建筑中，如何計算高寬比是比較難以確定問題。一般場合，可按所考慮方向的最小投影寬度計算高度比，但對突出建筑物平面很小的局部結構（如樓梯間、電梯間等），一般不應包含在計算寬度內(nèi)；對于不宜采用最小投影寬度計算高寬比的情況，應由設計人員根據(jù)實際情況確定合理的計算方法；對帶有裙房的高層建筑，當裙房的面積和剛度相對于其上部塔樓的面積和剛度較大時，計算高寬比的房屋高度和寬度可按裙房以上部分考慮。 精選課件2-3 平面布置 平面形狀簡單、規(guī)則、對稱； 剛度和承載力分布均勻； 不應用嚴重不規(guī)則的平面形狀 建筑宜

11、選用風作用效應較小的平面形狀。精選課件1、平面“簡單”,指平面圖內(nèi)任意兩點的連線不與邊界相交。這種結構沒有需做加強處理的凹角。精選課件2、防止凹凸不規(guī)則的要求 平面長度不宜過長，突出部分長度不宜過大；L、等值宜滿足規(guī)范的要求； 不宜采用角部重疊的平面圖形或細腰形平面圖形。 精選課件3、扭轉不規(guī)則 層間位移大于樓層兩端水平位移平均值1.2倍。 對以風荷載為主的抗側力結構，宜使結構的抗側中心盡可能地與風荷載的合力中心相接近；對以地震為主的抗側力結構，宜將結構的剛度中心盡量地與房屋的質量中心相重合。 精選課件結構平面布置應減少扭轉的影響： 在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和

12、層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.5倍；B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.4倍。結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應大于0.9，B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不應大于0.85。精選課件4、樓板平面的不連續(xù) 規(guī)則的平面，其樓面凹入或開洞尺寸不大于典型樓面寬度的50，開洞面積不大于該層樓面面積的30，洞口兩側的板寬不小于2m。洞兩側板寬之和不小于5m，以及不存在錯層。 精選課件精選課件 精選課件 艸字形、井字形等

13、外伸長度較大的建筑，當中央部分樓、電梯間使樓板有較 大削弱時，應加強樓板以及連接部位墻體的構造措施，必要時還可在外伸段凹槽處設置連接梁或連接板。 樓板開大洞削弱后，宜采取以下構造措施予以加強： )加厚洞口附近樓板，提高樓板的配筋率；采用雙層雙向配筋，或加配斜向鋼筋； )洞口邊緣設置邊梁、暗梁； )在樓板洞口角部集中配置斜向鋼筋精選課件抗震設計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑，其平面布置應簡單、規(guī)則，減少偏心。 以風荷載為控制荷載的高層建筑，平面布置宜簡單、對稱、規(guī)則，并以選擇風壓較小的凸平面如圓形、橢圓形、正多邊形、鼓形等為宜。 精選課件2-4 豎向布置 高層建筑的

14、豎向體型，宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收，結構的側向剛度宜下大上小逐漸均勻變化，不應采用豎向布置嚴重不規(guī)則的結構。精選課件 抗震設計的高層建筑結構，其樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70或其上相鄰三層側向剛度平均值的80精選課件 A級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80，不應小于其上一層受剪承載力的65;B級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不應小于其上一層受剪承載力的75。 抗震設計時，結構豎向抗側力構件宜上下連續(xù)貫通。 結構頂層取消部分墻、柱形成空曠房間時，應進行彈性動力時程分析計算并采取有效構造措施 高層建筑宜設地下室；同

15、一結構單元不宜采用部分地下室，且地下室應有相同的埋深；精選課件 抗震設計時，當結構上部樓層收進部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時，應滿足下列要求：BBba75. 0)()(1madc4)()(精選課件2-4 防震縫、伸縮縫和沉降縫結構變形縫精選課件防震縫設置原則 當建筑物平面形狀復雜而又無法調整其平面形狀和結構布置，使之成為較規(guī)則的結構時，宜設置防震縫將其劃分為較簡單的幾個結構單元。 防震縫最小寬度應符合要求 。防震縫兩側結構體系不同時防震縫寬度應按不利的結構類型確定防震縫兩側的房屋高度不同時防震縫寬度應按較低的房屋高度確定。精選課件當相鄰結構的基礎存在較大沉降差時,宜增大防

16、震縫的寬度防震縫宜沿房屋全高設置，地下室基礎可不設防震縫,但在與上部防震縫對應處應加強構造和連接結構單元之間或主樓與裙房之間如無可靠措施不應采用牛腿托梁的做法設置防震縫。精選課件牛腿托梁防震縫精選課件伸縮縫的設置原則：建筑平面尺寸較大的房屋，為了避免溫度和收縮產(chǎn)生的危害，每隔一定距離設置一道伸縮縫，將房屋基礎以上部分分成相互獨立的單元。當采用下列構造措施和施工措施減少溫度和混凝土收縮對結構的影響時，可適當放寬伸縮縫的間距.精選課件1.頂層、底層、山墻和縱墻端開間等溫度變化影響較大的部位提高配筋率 2.頂層加強保溫隔熱措施，外墻設置外保溫層3.施工中留有后澆帶，施工過程中混凝土可自由收縮，每30

17、40m間距留出施工后澆帶,帶寬8001000mm,鋼筋采用搭接接頭,后澆帶混凝土宜在兩個月后澆灌精選課件4.頂部樓層改用剛度較小的結構形式或頂部設局部溫度縫將結構劃分為長度較短的區(qū)段5.采用收縮小的水泥，減少水泥用量，在混凝土中加入適宜的外加劑6.提高每層樓板的構造配筋率或采用部分預應力結構精選課件沉降縫設置原則高度差異或荷載差異較大處；不同結構體系或類型交界處；地基土性能差異較大處；基礎底面標高差異或基礎類型不一致處。解決不均勻沉降問題的其它措施采用端承樁或剛度很大的基礎抗；在設計和施工中采取措施，調整各部分沉降，減少其差異調（通過采用不同基礎形式調整土壓力；調整施工順序；采用不同的基底標高

18、）。精選課件2-4 水平位移限值和舒適度要求 樓層層間最大位移 與層高h之比的限值 u精選課件1u2u3u6u樓層層間位移示意精選課件高層建筑結構在罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形驗算 層間彈塑性位移精選課件2-4 溫度作用和對策對超靜定結構，溫度變化、材料收縮、結構不均勻沉降會產(chǎn)生結構內(nèi)力；“抗”的原則：給結構提供完全約束，結構應力最大，變形為零；“放”的原則：結構能自由變形，結構變形最大，應力為零；9-30層的建筑，適當設計、施工和選用材料，溫度影響可忽略；30層以上的超高層建筑，必須考慮溫度的影響；精選課件減小溫差影響的綜合技術措施：1、平面和立面設計要避免突變；2、降低結構的約束程度，減小約束應力；3