第三章高层结构体系

第三章高层建筑结构体系目前在高层建筑中，常用的结构形式有：框架结构；框一剪结构；剪力墙结构；筒体结构等。目前世界各国对超高度建筑的划分高度及层数也没有统一规定。一般国际上把高度在100m或层数在30层以上的高层建筑——超高层。第一节高层建筑结构体系概述一、高层建筑结构体系的分类（一）按所用材料分1、钢筋混凝土结构体系2、钢结构体系3、钢—钢筋混凝土组合结构体系（二）按结构形式分1、框架结构体系2、剪力墙结构体系3、框架—剪力墙结构4、框架--筒体结构体系5、简体结构体系—框筒、筒中筒、成束筒二、地震区高层建筑结构体系选型原则:１．钢筋混凝土结构适用的最大高度见1-14表2、建筑结构的高宽比为防止高层建筑在水平力作用下发生倾覆和失稳，其高宽比不宜超过6，具体详下表。3．地震区高层建筑结构的平面布置宜规则简单，常用平面见下图，其中突出部分应尽量缩小。4.高层建筑的竖向布置宜规则，避免有大的外挑或内收；结构的侧向刚度宜下大上小，均匀变化；为保证高层建筑有良好的抗震性能，宜设置地下室。图一结构类型非抗震设计抗震设防烈度6、7度8度9度框架5432框架-剪力墙框架-筒体5543剪力墙6654筒中筒成束筒6654钢筋混凝土高层建筑最大高宽比的限值第二节高层框架结构1.高度限制:非地震区不宜超过60米;地震区不宜超过50米。2.构件估算:梁:梁截面高度h取1/10跨度梁截面宽度b取（1/2~1/3）h250、300、350等。悬臂梁截面高度h取1/6跨度柱：一般为矩形或正方形柱截面宽度b取（1/15~1/10）层高柱截面高度h取（1~2）b现浇板:单向:1/30跨度双向:1/40跨度悬臂：〉=1/12悬臂跨度现浇板一般不小于80mm预应力空心板:板宽:500mm、600mm、900mm、1200mm板厚:120mm、180mm板长:2.7m、3.0m、3.3m、3.6m、3.9m、4.2m等。第三节剪力墙结构一、组成：钢筋混凝土墙互相连接——承重墙结构二、特点：①承担水平及竖向荷载且起外围护、内分隔作用。②抗侧强度大，侧向变形小，结构整体性强，易于建造较高建筑。③抗震性、防火性好，承受地震裂而不倒。④但墙体较密，建筑平面布置和空间利用受限。⑤结构自重较大。图1。三、适用范围适于隔墙较多的高层住宅、公寓和旅馆。四、分类（一）按施工工艺分：1.大模板现浇剪力墙2．滑模现浇剪力墙3．全装配大板结构体系4．内浇外挂剪力墙—内墙现浇，外墙予制。（二）根据剪力墙的整体性分：1．(小开口)整体墙2．双肢墙3．联肢墙4．竖式框架.此外，框支墙，错洞墙，小墙肢的开洞墙。如图2(三）根据墙肢高度与厚度之比分:一般剪力墙的墙肢高度与厚度之比大于8短肢剪力墙的墙肢高度与厚度之比5~8五、一般要求（一）材料。砼≮C20（二）截面尺寸：墙厚h≮1/20楼层高且≮160mm（三）洞口设置图3洞口位置距端墙要保持一定的距离，同时洞口墙宽度应满足上图。B≥3b(b为墙面原厚度)此外，洞口宜上下冲齐，若需错开时，应满足下图4。钢筋混凝土结构的最大适用高度（m）结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度框架现浇7060554525装配整体50603525--框架-剪力墙现浇14013012010050装配整体1001009070--现浇剪力墙剪力墙到底层14014012010060底层部分框架12012010080--筒中筒或框束筒18018015012070表1-14（四）、结构布置要求：１、平面布置应对称、均匀；沿结构平面的主要轴线布置。２、平面上尽量拉通、对直、连成若干形式。(若为单片剪力墙其长度不宜过大，一般≯8m。)3、剪力墙平面布置与平面形式。①矩形、T形、L形时：剪力墙沿两个正交的主轴方向。②三角形、Y形时：三个方向布置。③园形、正多边形、弧形时：沿径向及环向布置。（图6）4、竖向应贯通全高，尽量不开或少开洞口。（开洞面积≯1/6墙面，联梁≮1/5层高）５、剪力墙的洞口宜上下对齐，成列布置，从而形成墙肢和联梁。６、当建筑使用的功能要求底层大空间时，可采用框支剪力墙，或底层大空间剪力墙（或筒体）协同工作结构体系。如图7：其中：①落地剪力墙数量应占全部横向剪力墙数为：非震区≮30%抗震区≮50%②落地剪力墙间距L≦2.5BL≦30m（6.7度）③框支梁的截面bb≮2h(上层墙体)且≮400mmhb≮1/6L(抗震设计)，≮1/8L（非震区）④框支柱的截面柱宽：柱宽与梁同宽或柱宽=梁宽+50mm非抗震设计时：柱宽bc≮400mm，柱高hc≮1/15梁跨抗震设计时：bc≮450mmhc≮1/12Lb⑤砼≮C30图1现浇剪力墙体系示意图2各种类型剪力墙（a）整体墙；（b）双肢墙；（c）联肢墙；（d）壁式框架；（e）框支墙；（f）错洞墙；（g）带小墙肢的开间墙图3洞口位置距墙的最小距离图4错洞剪力墙（a）一般错洞墙；（b）叠合错洞墙；（c）底层局部错洞墙图5落地剪力墙（筒）与框支剪力墙的平面布置方式（a）底部双筒式；（b）底部双筒+隔墙式；（c）底部三筒式图6剪力墙结构布置实例图7落地剪力墙（筒）与框支剪力墙的平面布置方式（a）一般错洞墙；（b）叠合错洞墙；（c）底层局部错洞墙第四节框架一剪力墙结构一、组成：框架+剪力墙二、特点：框架--构成的空间自由灵活，易满足不同的功能要求；剪力墙--具有较强的抗震能力，可提高结构的抗侧移能力。三、适用范围：8-30层办公、旅馆、教学楼、病房楼等公共建筑。四、结构布置要求：１、框架主要承受竖向荷载，剪力墙抵抗水平力。对于抗震设防地区宜双向布置剪力墙。框架梁中心与柱中心线偏心距不宜大于柱宽的1/4.2、剪力墙应根据平面形式合理布置（参见前章内容），并按照“均匀、对称、分散、周边”的原则布置。3、剪力墙的适宜位置：①电梯间、楼梯间；②横向剪力墙宜布置在接近房屋端部但又不在建筑物尽端（充分发挥抗扭转作用）；③建筑平面的复杂部位；④恒载较大部位。４、剪力墙不适宜位置①变形缝两侧--不利于支摸；②建筑物尽端--不利于剪力墙嵌固，需较大刚度的基础；③纵向剪力墙的端开间--纵墙较长温度变形约束作用对结构不利。5、纵横向剪力墙宜交接成组布置：Τ、Γ、□形。图8６、竖向应贯通全高，避免沿高度方向刚度突变。７、剪力墙的洞口宜上下对齐，成列布置。图2五、剪力墙的数量：1、估算A剪+A柱A楼7度II类场地3%-5%8度II类场地4%-6%A剪A楼2%-3%3%-5%A剪―底层剪力墙截面积；A柱―框架柱截面积A楼―楼面截面积2、间距：现浇楼板L≤4B,50m（B-房屋横向尺寸）其最大间距应符合下表：六、剪力墙构造：1．厚度：≥1/20层高且≥160mm。2．材料（≮C20）h200mm单层配筋h≥200mm双层配筋剪力墙之间的间距（m）或楼盖长宽比限值楼（屋）盖类别非抗震设计设防烈度6-7度8度9度间距长宽比间距长宽比间距长宽比间距长宽比现浇605504403302装配整体503．5403302．5----图8纵横剪力墙联成组布置第五节筒体结构一、特点：当建筑物层数多，高度大，抗震设防烈度高时，采用前述框架、剪力墙、框剪结构体系难以满足抗侧力要求。二、分类：1.按外围结构：薄壁筒－-剪力墙围合而成框筒－-密排柱框架组成2.按个数形成分：单筒（框筒）筒中筒（二重筒）多重筒群筒（多筒）组合筒（成来筒）如图10：三、筒体形式选择1.内筒：高层建筑的核心布置人流、货流及管道线路集中之处--电梯、楼梯、竖向管线井及服务井――形成钢筋混凝土简体。2.框筒：当建筑要求较大空间，外围结构以密排柱、深裙梁构成框简。3.框架――简体结构：①框架――核心简，中部设有各种竖向井，用于集中围合形成中心简，通过整体性很强的楼盖将框架与简联在一起。外框架柱距，一般4－8m，形成稀柱框架――简体结构，②框架――端筒当要求中间区域具有较大建筑空间时，可将楼、电梯等竖向井布置两端――端筒简，形成框架――端筒。见图11：③框架――多筒对于多边形平面，或平面面积较大时，设有多个筒，形成框架――多筒。如图12：4.筒中筒：当结构层数较多，结构较高时，外围以框筒，核心为筒体，构成筒中筒结构。5.多重筒：当结构层数更多，结构更高时，采用三重筒、多重筒结构。如图13。它由9个以密排钢柱组成的筒体组合，并沿高度减少简体数量的变化，不仅减少了结构上部的受风面积及风荷载产生的侧移，使结构体系具有更经济合理的技术经济指标。而且1在建筑处理上创造挺拔、美观、活泼的造型。建筑――结构巧妙结合与良好协调四、一般要求：1.筒体结构的适用最大高度2.筒体结构的高宽比见表其中筒中筒结构的高宽比宜大于3，高度不宜低于60m。高宽比的限值结构类型非抗震设计抗震设防烈度6、7度8度9度框架5432框架-剪力墙框架-筒体5543剪力墙6654筒中筒成束筒66543.对平面形状尺寸要求：筒中筒――宜采用对称平面，优先考虑圆形、正多边形，矩形平面长宽比≯2。（若大于2则宜设剪力墙或柱距较小的框架，将简体划分为若干小筒，其小简接近方形）。框筒――平面长边与短边之比不宜大于1.5（最大≯2，否则可采用组合简体系）外框筒柱宜采用矩形或T形(长边位于外墙平面）间距为1.5－3.0m；裙梁高为0.6-1.5m取1.0-1.5m，高跨比不应小于1/3。4.对平面布置要求：内外筒的间距非震区不宜大于12m，抗震区不宜大于10m。外框筒的柱距不宜大于层高，宜小于3m，当建筑很高时，柱距要放宽，但不宜超过4.5m。外框筒立面开洞：不宜大于墙面的50%。外框简的柱截面：宜采用矩形或T型截面，长边位于外墙平面内，角柱面积可为中柱的1.5-2倍，并可采用L型角墙。5.筒体结构的楼盖：除承受竖向荷载外，还作为筒体结构的水平支撑保持筒体结构刚度的构件。常选用现浇钢筋混凝土楼盖，根据跨度常有以下布置。图1-14图10筒体结构的多种形式（a）框筒；（b）筒中筒；（c）多重筒；（d）群筒（多筒）；（e）组合筒（成束筒）图11框架-端筒结构体系图12框架--多筒结构体系（a）深圳市中国银行大厦；（b）深圳市北方大厦（25层，H=84m）；（c）长春汽车厂三号楼（20层，H=82。6m）图13西尔斯大厦的平面图及透视图可为中柱的1.5-2倍可为中柱的1.5-2倍图14筒中筒结构体系中常见的楼盖平面布置可为中柱的1.5-2倍可为中柱的1.5-2倍