高层建筑结构设计讲稿2

第二章高层建筑结构体系和结构布置90年代，北京十大建筑之一-------------外研社大楼第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1高层建筑的结构体系概述2.1.1对高层建筑的结构体系的基本要求2.1.2–2.1.6框架结构体系、剪力墙结构体系、框剪结构体系、筒体结构体系和巨型结构体系2.2结构体系的适用高度2.2.1高层建筑结构的总体布置2.2.2高层建筑结构常用的结构体系的布置第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1高层建筑的结构体系概述结构形式：指建筑结构受力骨架的材料构成。一般区分为砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构和钢-混凝土组合结构。优缺点……..结构体系：指建筑结构受力骨架的构件形式和空间构成形式。一般区分为：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构和巨型结构等。不同的结构体系适用于不同高度、不同的楼层数和不同的建筑功能。第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1.1对高层建筑的结构体系的基本要求（1）高层建筑的受力特点：随着高度的增加，水平荷载在结构中所产生的效应（内力和变形），在总效应中所占的比重越来越大，超过一定高度后，会起到控制的作用。delta=qH4/8EIM=qH2/2第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1.1对高层建筑的结构体系的基本要求（2）对结构体系的基本要求：强度：能承受水平荷载和竖向荷载的作用，满足强度要求。刚度：在水平荷载作用下，顶点位移和层间位移要满足要求，这必然要求结构体系要有足够的抗侧刚度。抗侧刚度越大，建筑就能能建得越高，如：巨型结构体系和筒体结构体系，能适用于较高的建筑结构。抗倾覆：抗倾覆力矩要大于倾覆力矩！刚度要求：在水平荷载作用下，顶点位移和层间位移要满足要求（1）顶点位移δ≤H／n，H—总高（2）最大层间位移△u≤h/(550～1000)h—层高△u第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1.2框架结构体系（1）构成由梁和柱这两类构件通过刚节点连接而成。有钢筋混凝土框架和钢框架两类。（2）分类现浇、半装配式、装配式（3）优缺点建筑空间可灵活布置。在水平荷载作用下，侧向刚度较小，侧向位移较大，适用的高度受到限制。节点受力集中，为薄弱环节。（4）侧向位移特点侧移曲线第二章高层建筑结构体系和结构布置框架在水平荷载的侧向位移由梁和柱的弯曲和剪切变形引起。位移曲线呈剪切形，即曲线向内凹，层间位移底部大，顶部小，由底部向顶部有逐渐减少的趋势。框架剪力墙层间位移侧向位移曲线层间位移侧向位移曲线第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1.3剪力墙结构体系（1）构成全部由剪力墙组成。剪力墙以榀为单位，沿横向布置的剪力墙，称为横向剪力墙；沿纵向布置的剪力墙称为纵向剪力墙。（2）分类现浇、半装配式（内墙现浇、外墙预制装配）、装配式（3）优缺点侧向刚度较大，在水平荷载作用下，侧向位移较小，适用的高度较框架结构和框架-剪力墙结构的高，抗震性能较好。适用于横墙间距较小的旅馆建筑。建筑空间布置不够灵活。建筑使用上往往受到限制。第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1.3剪力墙结构体系（4）侧向位移分布的特点剪力墙在水平荷载作用下的侧向位移由墙体的弯曲和剪切引起。位移曲线呈弯曲形，即曲线向内凸，层间位移底部小，顶部大，由底部向顶部有逐渐增大的趋势。实例白天鹅宾馆白天鹅宾馆北京国际饭店第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1.4框架-剪力墙结构体系（1）构成部分由框架、部分由剪力墙共同组成。框架和剪力墙通过楼板和连梁连接在一起，共同承受水平荷载，共同位移，称为共同工作或协同工作，因此刚度相对很大的剪力墙将承担主要部分的水平作用，少部分由框架承担。竖向荷载分别由框架和剪力墙共同承担。（2）优缺点既具有框架结构的建筑空间可灵活布置的优点，又有较大的侧向刚度，在水平荷载作用下，侧向位移可得到较好控制，抗震性能比框架结构好。广泛应用于高层办公建筑和旅馆建筑等。在结构受力特性上，剪力墙承担了大部分剪力，框架的受力状况和内力分布得到改善。包兆龙图书馆第二章高层建筑结构体系和结构布置框架-剪力墙结构图例第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1.4框架-剪力墙结构体系（3）侧向位移曲线的分布特点框架结构在水平荷载作用下的侧向位移位移曲线呈剪切形，层间位移底部大，顶部小，由底部向顶部有逐渐减少的趋势。而剪力墙结构体系在水平荷载作用下的侧向位移曲线呈弯曲形，层间位移底部小，顶部大，由底部向顶部有逐渐增大的趋势。将框架和剪力墙结合在一起，协同工作，将使得框架-剪力墙结构的侧向位移得于综合，即：在底部，层间位移大的框架将得到剪力墙的支持；而在顶部，层间位移小框架将给予剪力墙予支持。共同工作的结果，将使结构的层间位移沿高度有逐渐均匀化的趋势。第二章高层建筑结构体系和结构布置1.4框架-剪力墙结构体系框架的侧移曲线剪力墙的侧移曲线框架-剪力墙结构的侧移曲线剪力墙框架-剪力墙结构的层间位移框架连梁框架-剪力墙结构的侧移曲线第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1.5筒体结构体系（1）筒体所谓筒体，就是构件的形状为筒状，即由剪力墙围成的固定于基础上的悬臂薄壁杆件。或由密间距的框架柱、梁围成的筒状悬臂构件。一幢建筑，可由一个或数个筒体以及其它的构件组成。实例：SearsTower。（2）优缺点由于井筒是一空间受力结构，具有很好的抗弯和抗扭刚度。当建筑的高度超过100m-140m、层数超过30-40层时，筒体结构体系是较好的和合理的适用结构体系。第二章高层建筑结构体系和结构布置剪力墙剪力墙剪力墙剪力墙洞口筒体示意图第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1.5筒体结构体系（3）筒体结构体系的种类多筒结构体系，筒中筒结构体系，实例：WorldTradeCenter筒束结构体系，实例：SearsTower。筒中筒第二章高层建筑结构体系和结构布置SearsTower：筒束结构体系第二章高层建筑结构体系和结构布置金茂大厦结构平面图第二章高层建筑结构体系和结构布置深圳邮电大厦第二章高层建筑结构体系和结构布置2.1.6巨型结构体系（1）巨型结构的概念巨型结构（megastructure）概念产生21世纪60年代末。它指在一幢建筑中，由数个大型结构单元所组成的主结构与常规结构构件组成的次结构共同组成。按其主要受力体系可以分为巨型桁架、巨型框架、巨型悬挂结构、巨型分离式筒体等基本形式。以巨型框架为例，大型构件一般为不同于通常概念的梁柱的巨型梁和巨型柱，而巨型柱可以是巨大的混凝土柱、空间格构式桁架或筒体，巨型梁可以是空间格构式桁架、巨型混凝土梁、预应力混凝土梁等。（2）巨型结构的优点巨型结构可获得更好的整体稳定性和更高效能的建筑功用，同时具有传力明确、可将多种结构形式及不同材料进行择优组合、利于施工、节省材料、造价低等优点。第二章高层建筑结构体系和结构布置（3）工程实例自21世纪60年代末和70年代初分别建成巨型桁架筒体的芝加哥100层汉考克大厦、巨型框架和巨型桁架核心筒体的美国钢铁大厦、巨型悬挂结构的美国明尼苏达州联邦储备银行大厦后，进入80年代末和90年代，一些采用巨型结构体系的建筑相继问世，比较著名的有：1985年建成的香港汇丰银行总部大楼（巨型悬挂结构），1988年的香港中国银行大厦（巨型桁架结构），1991年的东京新市府大厦（巨型框架结构），NEC办公大楼（巨型桁架结构）等。我国已建成的巨型结构均为钢筋混凝土结构或钢筋混凝土筒体加外钢框架，如33层的深圳亚洲大酒店，35层的深圳新华大厦，28层的上海证卷大厦等。第二章高层建筑结构体系和结构布置上海证卷大厦第二章高层建筑结构体系和结构布置深圳亚洲酒店第二章高层建筑结构体系和结构布置2.2结构体系的适用高度(P11)现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度—（1）《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）表6.1.1本章适用的现浇钢筋混凝土房屋的结构类型和最大高度应符合表6.1.1的要求。平面和竖向均不规则的结构或建造于Ⅳ类场地的结构，适用的最大高度应适当降低。注：本章的“抗震墙”即国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010中的剪力墙。（2）《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-20024.2节现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度和高宽比应分为A级和B级；B级高度的高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可比A级适当放宽。第二章高层建筑结构体系和结构布置表6.1.1A级高度现浇钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）结构类型烈度6度7度8度9度框架60554525框架－抗震墙13012010050抗震墙14012010060部分框支抗震墙12010080不应采用框架－核心筒15013010070筒中筒18015012080板柱－抗震墙403530不应采用注：1.房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）；2.框架—核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；3.部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构；4.乙类建筑可按本地区抗震设防烈度确定适用的最大高度；5.超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。第二章高层建筑结构体系和结构布置2.3高层建筑的结构布置（P10)2.3.1高层建筑结构的总体布置（1）控制结构的侧向变形；（2）注重结构的平面布置；（3）注重结构的竖向布置；（4）选用合理的楼盖体系；（5）合理进行缝的设置和构造；（6）有目的地考虑温度作用并采取适当对策；2.3.2高层建筑结构的各类结构体系的布置（1）框架；（2）框剪；（3）剪力墙结构体系等。第二章高层建筑结构体系和结构布置2.3高层建筑的结构布置2.3.1高层建筑结构的总体布置高层建筑结构总体布置的原则：高层建筑的总体布置，必须同时满足建筑使用、建筑施工和结构等三个方面的要求。其中，结构方面有以下的要求：（1）控制结构的侧向变形；（2）注重结构的平面布置；（3）注重结构的竖向布置；（4）选用合理的楼盖体系；（5）合理进行缝的设置和构造；（6）有目的地考虑温度作用并采取适当对策；特别地，对抗震设防结构，应注重抗震的概念设计，在以上各个环节中，注重应用抗震的理念。（P10，共12点）第二章高层建筑结构体系和结构布置（一）控制结构的侧向变形1.采用合理的结构体系（P11）根据《规范》的建筑结构体系的适用高度进行具体分析和选择。2.满足高宽比限值（H/B）要求、板柱-剪力墙43框架-核心筒适用高度第二章高层建筑结构体系和结构布置对高宽比不满足规范要求的结构，应进行具体的分析，采取必要的措施。如：地王大厦。3.满足侧向变形限值（H/B）要求（旧教材P12）结构和构造类型顶点位移/H（JGJ3-2002无）层间位移/h风荷载地震作用风荷载地震作用框架（JGJ3-2002）1/500框架轻质隔墙1/5501/5001/4501/400砌体填充墙1/6501/5501/5001/450框剪、框架-核心筒（JGJ3-2002）1/800板柱-剪力墙框剪一般装修标准1/8001/7001/7501/650或框筒较高一般1/9501/8501/9001/800装修标准筒中筒、剪力墙结构（JGJ3-2002）1/1000第二章高层建筑结构体系和结构布置天津友谊宾馆震害（合理的结构体系）东段：8层框架唐山地震：△/H=1/374-1/164西段：11层框剪唐山地震：东段侧向变形大，填充墙裂缝严重，西段裂缝轻微。第二章高层建筑结构体系和结构布置2.3.1高层建筑结构的总体布置（二）注重结构的平面布置高层建筑的平面形状可分为板式和塔式两种。结构平面布置的原则：（1）对高层建筑的每一个独立单元，宜使结构平面布置简单、规则和对称，结构抗侧刚度力求均匀。宜尽可能使结构的抗侧刚度中心，位于水平荷载的作用线上，以消除扭转。（2）宜选择风压较小的建筑体形，并注意邻近高层建筑对该风压分布的影响。（3）选择有利于抗震的结构平面，严格控制平面的长宽比限值，以利抗震。（教材P13，表2.6平面的长宽比限值）第二章高层建筑结构体系和结构布置•塔形建筑第二章高层建筑结构体系和结构布置板式建筑第二章高层建筑结构体系和结构布置高层公共建筑体形第二章高