《高层建筑构造》PPT课件

,第1章 高层建筑构造,第2节 高层建筑结构,第1个问题：高层建筑的结构形式按建筑材料怎样分类？ 第2个问题：对高层建筑的结构设计起控制性作用的荷载是什么？ 第3个问题：高层建筑结构体系的分类有哪些？ 第4个问题：高层中常见的多体系组合有哪几种？ 第5个问题：结构体系如何来选择？ 第6个问题：剪力墙的相关常识,第2节 高层建筑结构,第1个问题：高层建筑的结构形式按建筑材料怎样分类？(P8) a.砌体结构 b.钢筋混凝土结构（目前我国高层建筑运用最广的结构形式） c.钢结构（西方国家高层建筑普遍采用的结构形式） d.钢-混凝土混合结构（与钢结构相比，更适合我国国情）,砌体结构,砌体结构,配筋砌体结构的出现改变了无筋砌体结构承载力低、延性差的缺点。由于其节省钢材、降低造价等优势，在美国得到了广泛的运用。,钢筋混凝土结构,优点：造价较低，材料来源丰富，可浇注成各种复杂断面形状；可节省钢材，承载能力较高，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。 缺点：构件断面大，占据面间大，自重大，施工周期较长，由于其建筑材料基本不可再生循环，对环境的负面影响较大。 广州广东国际大厦(63层，200m)底层柱尺寸已达1.8*2.2m,钢结构的特点,钢结构与其他材料的结构相比具有以下优点： （1）材料强度高，钢材质量轻。 （2）韧性、塑性好。 （3）材质均匀。 （4）制造简单，施工周期短。 （5）抗震性能好 （6）环境污染小,钢结构的缺点有： （1）耐热但不耐火 150摄氏度时强度无变化，600摄氏度时强度约为0。 （2）钢材耐腐蚀性能差，维护费用高。 （3）造价高,(1)优点： 在钢筋混凝土结构基础上,充分发挥钢结构 优良的抗拉性能以及混凝土结构的抗压性能,刚度大，用钢量小、造价较低、防火性能好。 (2)类型 a.钢骨钢筋混凝土构件 b.钢管钢筋混凝土构件 c.一部分用钢结构，另一部分用钢筋混凝土结构,钢-混凝土组合结构,钢骨钢筋混凝土构件,钢-混凝土组合结构,钢管混凝土结构 工程实例,美国西雅图 双联广场大厦 58层 四根大钢管混凝土柱 直径3.05m 管壁厚30mm 承受60%竖向荷载,3.部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构,由钢筋混凝土筒体或剪力墙以及钢框架组成抗侧力体系。 以刚度很大的钢筋混凝土部分承受风力和地震作用。 以钢框架主要承受竖向荷载。,上部为四个三角形巨型空间桁架 平面52m52m 第二层为转换层，设置跨度为52m的周边空腹桁架和中部四角锥桁架作为巨型框架梁，最后传递给四根巨型角柱,香港中国银行,第2节 高层建筑结构,第2个问题：对高层建筑的结构设计起控制性作用的荷载是什么？（P9） 在低层建筑中，一般是竖向荷载控制着结构设计； 在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却往往起着控制性的作用。 所以，高层建筑结构分水平承重结构、竖向承重结构。 水平承重结构主要承担风荷载和水平地震作用。 竖向承重结构主要承担以重力为代表的竖向荷载。,高层建筑中，水平荷载（风荷载、地震力）对结构设计起着决定性的作用。,=侧移 高层建筑结构设计不仅要求结构有足够的承载力，还要有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载作用下的侧移被控制在一定限度内，这是因为侧移与高层建筑的安全和使用都有密切关系。,第2节 高层建筑结构,第3个问题：高层建筑结构体系的分类有哪些？(P9),基本体系分为：,a.纯框架体系,b.纯剪力墙体系,c.筒体体系,d.体系组合,钢筋混凝土框架承重的某商业建筑，墙体为填充墙,框架结构的特点、优缺点和适用范围,一、特点 受力特点 框架结构的变形特征 二、框架结构的优缺点和适用范围,1框架结构的特点,（）受力特点：刚结点，受力性能好（梁、柱）,变形特征,1框架结构的特点,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，水平荷载产生的内力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。,柔性结构体系,优点： 建筑平面布置灵活、易于设置较大房间、使用方便构件类型少，易于标准化、定型化； 现浇结构的整体性好，抗震性能好。 缺点：抗侧刚度低，多用于层以下建筑（一般10-12层） 适用范围：办公楼、餐厅、车间、营业室、教室和实验室等。,框架结构的优缺点及适用范围,框架承重体系建筑内、外墙布置均较灵活,框架结构建筑施工工艺示意,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 2.主要承重框架纵向布置 3.主要承重框架纵横两向布置（P10,图1-4）,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：横向刚度很差； 适用范围：层数不多的无抗震要求的厂房,柱网,（一）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 要使结构受力合理，施工方便 柱网尺寸应符合经济原则和尽量符合模数,结构受力合理（均匀、对称、对直、贯通，尽量避免缺梁抽柱）,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：3.68m适用范围：旅馆、教学、办公、医院,内廊式,客房与卫生间,客房与卫生间,走道,7500,2000,7500,3900,3900,5000,5000,7000,6000,4000,5000,2000,7000,6000,4000,教室,走道,6000,6000,3900,2400,走道,6000,6000,7800,2400,教室,三、构件截面尺寸（P10） 框架横梁截面： 梁高h=(1/101/15)l梁跨 梁宽b=(1/21/3)h梁高 框架柱截面的宽与高=(1/151/20)H层高,剪力墙结构体系,A.剪力墙结构的概念和结构效能 B.剪力墙结构体系的类型、特点 和适用范围,刚性结构体系,第一节 剪力墙结构的概念和结构效能,剪力墙结构体系的类型、特点和适用范围,剪力墙结构体系的类型： （纯）剪力墙结构 框支剪力墙结构 框架-剪力墙结构,1、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。,纯剪力墙结构,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：从理论上讲，可建造上百层的民用建筑(如朝鲜平壤的柳京大厦)，但从技术经济的角度看，一般控制在35层，总高110米为宜。,剪力墙的优缺点及适用范围,柳京大厦,柳京大厦,柳京大厦位于朝鲜首都平壤，是一幢未完工的摩天大楼，整体结构成三角金字塔型，斜面角度为75度，共105层，高330米。据称，柳京大厦原计划成为拥有3000间客房的超级大厦，并成为全球最高的饭店之一，计划于1989年开始营业。然而自从1982年开始建设之后，1992年完成结构工程后便一直停工，成为世界上最大的“烂尾楼”。目前，这仅是一座混凝土空壳结构，未安装窗户以及外墙模板，更没有任何内部装置。,剪力墙结构的变形特征,弯曲型,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”,变形特点（柔性结构、刚性结构）,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,实腹筒 框筒 桁架筒 筒中筒,筒体的基本形式(P11),3 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。,内筒体,中央核心筒式 利用房屋中的电梯井、楼梯间、管道井以及服务间作为核心筒体,尽端核心筒式 利用房屋中的电梯井、楼梯间、管道井以及服务间作为核心筒体,外筒体,利用四周外墙作为外筒体，形成外筒的墙是由外围 间距较密的柱子与每层楼面处的身量刚性连接在一起 组成矩形网格样子的墙体框架筒 外围柱距： 深梁高度： 层以下,外筒体,体系组合（p12）,几种体系的组合：,1.框支-剪力墙体系,2.框架-剪力墙体系,3.框架-筒体体系,4. 筒中筒体系,第4个问题：高层中常见的多体系组合有哪几种？,5.多筒体系：束筒，巨型框架,框支剪力墙结构（P13）,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,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,框架-剪力墙结构(P13),受力变形特点,、框架剪力墙结构的类型,(1)框架剪力墙结构,适用范围：层，H/B不宜大于45,框架-剪力墙体系（P14）,框架-剪力墙体系中，剪力墙布置的四准则 分散、均匀、周边、对称,框架-筒体体系,由筒体和框架共同组成的结构体系称为框架-筒体体系。 根据筒体的数量和位置，可分为： a.核心筒-框架体系（P14,图1-11） b.多筒-框架体系（P15,图1-12-14）,筒中筒结构(P12,图1-8),层以上，不宜超过层,筒中筒结构：薄壁内筒与密柱外框筒相结合 为了保证内外同共同工作，内筒长度不应小于外筒长度的1/3,多筒体系束筒及巨形框架结构,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、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,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,巨型结构体系,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、几层空间的巨梁 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,巨型结构的优点,巨型框架结构,新加坡华侨银行,1 巨型框架结构（9）,新加坡华侨银行,上海证券大厦位于浦东新区陆家嘴金融贸易区，是一个多功能性质的综合建筑，主要由证券交易厅和综合办公楼以及其他商业、服务设施等组成，地上建筑30层，地下3层，总高120m，总投资1.48亿美元，地上建筑面积为79086m2，地面以下建筑面积16753m2，为巨型框架-支撑外露体系。,上海证券大厦（P21）,图例：巨型结构（深圳新华大厦）,深圳新华大厦结构形式,1 。正方形平面，地上35层。 2。主体结构芯筒与外圈大型框架组成。 3。平面四角大截面柱作为四边主框架四根角柱 在主框架大梁间设置310层框架。,第5个问题：结构体系如何来选择？,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1125层） 剪力墙结构-40层以下（最适宜为1640层） 框筒结构30层以下 筒中筒结构30层以上的超高层,第6个问题：剪力墙的相关常识,一、剪力墙的形状 开口的1型、L型、Z型、槽型、I型、T型 封闭的方形、三角形、圆形,剪力墙的布置原则,1.房屋平立面体型要简单均匀。 2.剪力墙应合理的离开房屋重心，分散布置,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.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。,6.房屋平面形状任意时，剪力墙和柱网就不能采用正交布置,