高層建筑結(jié)構(gòu)概述

鋼筋凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程概要結(jié)構(gòu)方案設(shè)計結(jié)構(gòu)選型－《高層建筑》

(要結(jié)合建筑和結(jié)構(gòu)考慮)結(jié)構(gòu)布置－《高層建筑》的重點(diǎn)內(nèi)容(概念設(shè)計)

抗震等級－（重要性等級、高度等級、場地類別)《高層建筑》《抗震結(jié)構(gòu)》初選結(jié)構(gòu)尺寸和材料－《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》結(jié)構(gòu)布置圖－平面圖和剖面圖注：要通過適用、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等各方面的比較和計算最終確定方案。結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算－手工和程序計算確定荷載－各種荷載的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值－《荷載和設(shè)計方法》結(jié)構(gòu)計算－計算恒、活、風(fēng)、震的荷載效應(yīng)S?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計》

變形驗算－整體變形、層間變形《高層建筑》與《抗震結(jié)構(gòu)》結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計－配筋與截面承載力S<R/γRE荷載效應(yīng)組合與調(diào)幅－荷載效應(yīng)組合設(shè)計值《荷載和設(shè)計方法》，《高層建筑》與《抗震結(jié)構(gòu)》S配筋計算(S<R)－《混凝土原理》抗震驗算(S<R)－《抗震結(jié)構(gòu)》講框架?！陡邔咏ㄖ分v剪力墻構(gòu)造措施(S<R)－《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》＋《抗震結(jié)構(gòu)》中講解結(jié)構(gòu)施工圖(配筋圖)其它承重構(gòu)件設(shè)計－樓梯、陽臺、雨蓬等《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》地基和基礎(chǔ)設(shè)計－《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》與《抗震結(jié)構(gòu)》第一頁，共42頁。第一頁，共42頁。本課程講授內(nèi)容和特點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)體系與布置（2、8章）：強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計結(jié)構(gòu)特點(diǎn)布置原則2.結(jié)構(gòu)計算：本課程教材中弱化計算手工計算(簡介)：剪力墻，框架－剪力墻程序計算：PKPM中的理論問題在這里要給予講解。3.結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面設(shè)計和構(gòu)造(剪力墻)。框架：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》＋《抗震結(jié)構(gòu)》剪力墻：本課程第7章注1：本課程限于學(xué)習(xí)高層建筑的主體結(jié)構(gòu)布置。與裙房相關(guān)的問題放到抗震結(jié)構(gòu)中去。注2：以靜力問題為主，動力效應(yīng)在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中。注3：結(jié)構(gòu)體系占1/2，結(jié)構(gòu)計算和設(shè)計與構(gòu)造占1/2.后兩者在抗震結(jié)構(gòu)中繼續(xù)學(xué)習(xí)。注4：特別注意—本課程要在塑性范圍內(nèi)討論問題(中震可修，大震不倒)。第二頁，共42頁。第二頁，共42頁。其它參考書第三頁，共42頁。第三頁，共42頁。1972國際高層建筑會議第一類高層建筑:9~16層(最高到50m);第二類高層建筑:17~25層(最高到75m);第三類高層建筑:26~40層(最高到100m);超高層建筑:40層以上(高度100m以上)?！睹裼媒ㄖO(shè)計通則》（JGJ137-87):10層以上的住宅，及總高度超過24m的公共建筑及綜合建筑稱為高層建筑高度超過100m時，一律稱為超高層建筑。高層建筑的定義第四頁，共42頁。第四頁，共42頁。高層建筑的體形板式－寬度小、長度大

一字形、T形、H形、弧形等。

塔式三角形、方形、矩形、圓形、多瓣形、Y形、十字形等。第五頁，共42頁。第五頁，共42頁。1972年2月23日南美洲的馬那瓜地震。1萬房屋嚴(yán)重破壞或倒塌。有相距不遠(yuǎn)的兩幢高層建筑，一幢為15層高的中央銀行大廈，另一幢為18層高的美洲銀行大廈。地震烈度估計為8度。一幢破壞嚴(yán)重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復(fù)使用。馬那瓜中央銀行大廈那一幢破壞嚴(yán)重呢？馬那瓜美洲銀行大廈第六頁，共42頁。第六頁，共42頁。板式缺點(diǎn)：板式結(jié)構(gòu)中，因為寬度較小，平面短邊方向抗側(cè)移剛度較弱。當(dāng)長度較大時，在地震或風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、樓板平面翹曲等現(xiàn)象。應(yīng)對板式結(jié)構(gòu)的長寬比L/B加以限制，一般情況下L/B不宜超過4；當(dāng)抗震設(shè)防烈度等于或大于8時，限制應(yīng)更加嚴(yán)格。同時，板式結(jié)構(gòu)的高寬比也需控制的更嚴(yán)格一些。

第七頁，共42頁。第七頁，共42頁。聯(lián)合國秘書處大廈（1950，39層，設(shè)計者：哈里森，“板式”實(shí)例）

板式第八頁，共42頁。第八頁，共42頁。多倫多市政廳大廈（70年代初，239m，新月型平面布置）

第九頁，共42頁。第九頁，共42頁。意大利米蘭皮瑞利大廈（1955～1958，30層）

第十頁，共42頁。第十頁，共42頁。利華大廈（1952，22層，設(shè)計者：SOM建筑事務(wù)所（Skidmore，Owings&Merrill），“板式”玻璃幕墻）世界上第一座玻璃幕墻高層建筑,是當(dāng)時新型辦公樓的代表。第十一頁，共42頁。第十一頁，共42頁。紐約西格拉姆大廈（1956～1958，設(shè)計者：密斯．凡．德．羅，玻璃摩天樓）第十二頁，共42頁。第十二頁，共42頁。避免采用“一字型”建筑為增加板式結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定，可做成折板或曲線形狀第十三頁，共42頁。第十三頁，共42頁。高層建筑的體形－塔式塔式：建筑物長度和寬度相近的平面形狀平面形狀：不局限于方形或圓形，可以是多邊形、長寬相近的矩形、Y形、井字形、三角形等。特點(diǎn)：塔式結(jié)構(gòu)中，兩個方向抗側(cè)移剛度相近。尤其是平面形狀對稱時，扭轉(zhuǎn)相對要小的多。在高層建筑、尤其是超高層建筑中，多采用塔式平面形狀。

第十四頁，共42頁。第十四頁，共42頁。馬來西亞吉隆坡（石油）雙塔大廈（或云頂大廈，1995～1997，445m，設(shè)計者：美國．西薩．佩利）

塔式平面第十五頁，共42頁。第十五頁，共42頁。馬來西亞雙塔樓(PetronasTowers）

：88層，451.9米，框—筒結(jié)構(gòu)，1996年建成。第十六頁，共42頁。第十六頁，共42頁。第十七頁，共42頁。第十七頁，共42頁。德國法蘭克福商業(yè)銀行大廈（1994～1996，設(shè)計者：英國．諾曼．福斯特）第十八頁，共42頁。第十八頁，共42頁。DG銀行總部大樓（1986～1993，208m，設(shè)計者：KPF建筑師事務(wù)所(Kohn.PedetsonandFot))

第十九頁，共42頁。第十九頁，共42頁。迪拜塔688m629米第二十頁，共42頁。第二十頁，共42頁。世界最高樓房建筑1－5位【按到屋頂排列】第二十一頁，共42頁。第二十一頁，共42頁。世界最高樓房建筑6－10位【按到屋頂排列】第二十二頁，共42頁。第二十二頁，共42頁。高層建筑結(jié)構(gòu)按材料分類鋼結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)(混合結(jié)構(gòu))1、鋼構(gòu)件＋鋼筋混凝土構(gòu)件2、部分采用組合構(gòu)件鋼骨混凝土、鋼管混凝土組合梁、組合板自重施工抗震造價防火其它鋼結(jié)構(gòu)輕易、短好高差易銹砼結(jié)構(gòu)大難、長差低好基礎(chǔ)造價高第二十三頁，共42頁。第二十三頁，共42頁。高強(qiáng)度混凝土應(yīng)用實(shí)例第二十四頁，共42頁。第二十四頁，共42頁。單位面積用鋼量每平米用鋼量隨高度增加大致呈拋物線增加鋼結(jié)構(gòu)用鋼量多于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計使得用鋼量大幅下降技術(shù)發(fā)展和高強(qiáng)度鋼材使單位面積用鋼量下降。與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼－混凝土混合結(jié)構(gòu)用鋼省、造價低一般5層混凝土結(jié)構(gòu)用鋼量約為25-40kg/m2一般18層混凝土結(jié)構(gòu)用鋼量約為70-100kg/m2建筑物竣工時間高度層數(shù)用鋼量kg/m2紐約帝國大廈1931381/102190(鋼結(jié)構(gòu))紐約世貿(mào)中心1972412/110160第二十五頁，共42頁。第二十五頁，共42頁。鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)指標(biāo)比較上海新錦江賓館是一座現(xiàn)代化的高級賓館，(總建筑面積66060m2，共43層，總高153.52m)靜安希爾頓飯店，(建筑面積69224m2，包括塔樓43層，總高143.62m)第二十六頁，共42頁。第二十六頁，共42頁。各種結(jié)構(gòu)指標(biāo)比較砼結(jié)構(gòu)自重：12～18kN/m2鋼結(jié)構(gòu)自重：8～10kN/m2第二十七頁，共42頁。第二十七頁，共42頁。各種結(jié)構(gòu)按抗震性能的優(yōu)劣排序鋼結(jié)構(gòu)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)配筋砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)第二十八頁，共42頁。第二十八頁，共42頁。高層建筑的難點(diǎn)-匯總高層建筑中，水平荷載和地震作用對結(jié)構(gòu)設(shè)計起著決定性的作用;水平位移和扭轉(zhuǎn)變形的限制更加重要；動力反應(yīng)不可低估（抗震課程中講解）結(jié)構(gòu)軸向變形、剪切變形以及溫度、沉降的影響加劇;軸向變形在水平變形中占重要比例。材料用量、工程造價呈拋物線關(guān)系增長。

第二十九頁，共42頁。第二十九頁，共42頁。建筑物高度與水平荷載效應(yīng)的關(guān)系隨著高度增大，位移增加最快(4次方關(guān)系)，彎矩次之(平方關(guān)系)，軸力則是高度的線性函數(shù)。100m左右高層地震作用為控制荷載；超過250m，風(fēng)荷載就是控制荷載了。第三十頁，共42頁。第三十頁，共42頁。第三十一頁，共42頁。第三十一頁，共42頁。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的最基本問題水平荷載是控制荷載—風(fēng)荷載、地震作用抗側(cè)力體系－框架、剪力墻、筒體抗側(cè)移為重點(diǎn)－彈性位移、彈塑性位移。設(shè)防目標(biāo)：小震不壞，中震可修，大震不倒結(jié)構(gòu)設(shè)計中重點(diǎn)考慮：整體性－保證協(xié)同工作。強(qiáng)結(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件。延性－避免脆性、耗能。中震，大震?？古まD(zhuǎn)－規(guī)則、對稱結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)—P-Δ效應(yīng)、剪力滯后效應(yīng)、軸向變形效應(yīng)(對側(cè)移的影響)。抗傾覆－外伸體系(加強(qiáng)層)，高寬比。第三十二頁，共42頁。第三十二頁，共42頁。多層及高層建筑的結(jié)構(gòu)體系1)框架體系；2)剪力墻體系；3)筒體體系。1)框架-剪力墻體系＝框架＋剪力墻2)框架-筒體體系＝框架＋筒體；3)成束筒體系＝并列的若干筒體。4)筒中筒體系＝內(nèi)筒＋外筒基本結(jié)構(gòu)體系組合結(jié)構(gòu)體系第三十三頁，共42頁。第三十三頁，共42頁。從建筑的角度看各種結(jié)構(gòu)體系框架的大空間和布置靈活剪力墻和筒體的大抗側(cè)剛度第三十四頁，共42頁。第三十四頁，共42頁。各種結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的比較

連接越強(qiáng)，抗側(cè)剛度越大框架側(cè)移=8倍剪力墻側(cè)移剪力墻側(cè)移＝8倍筒體側(cè)移第三十五頁，共42頁。第三十五頁，共42頁。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn)1.強(qiáng)度設(shè)計水平荷載成為決定因素抗風(fēng)、抗震是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要考慮的因素抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要問題。2.剛度設(shè)計側(cè)移成為重要的控制指標(biāo)低層結(jié)構(gòu)，水平荷載產(chǎn)生內(nèi)力和位移很小，通常可以忽略；多層建筑中水平荷載效應(yīng)(內(nèi)力和位移)逐漸增加；3.延性設(shè)計延性結(jié)構(gòu)是重要的設(shè)計思想保證在構(gòu)件進(jìn)入屈服后有足夠的塑性變形能力實(shí)現(xiàn)“大震不倒”規(guī)范規(guī)定(強(qiáng)制性條文)：抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑必須進(jìn)行抗震設(shè)計第三十六頁，共42頁。第三十六頁，共42頁。不同的配筋對梁承載力的影響無鋼筋鋼筋太少無用鋼筋懸空無用鋼筋起作用了單純增加主筋作用有限增加箍筋抗剪主筋過多脆性破壞第三十七頁，共42頁。第三十七頁，共42頁。適筋梁破壞的三個階段彈性階段砼達(dá)到抗拉極限砼開裂、鋼筋受全部拉力鋼筋屈服砼達(dá)到抗壓極限砼開裂、鋼筋受拉屈服第三十八頁，共42頁。第三十八頁，共42頁。梁截面的各種破壞形式對照斜截面破壞形式正截面破壞形式