多高层建筑结构课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三篇 多高层建筑结构,第一节 高层建筑结构概述,一、高层建筑概述,1.1,高层建筑的定义,高层建筑混凝土结构技术规程,（,JGJ-2002,）,中定义：,10,层及,10,层以上或房屋高度大于,28m,的建筑。高层建筑,高度一般指室外地面至主要屋面的距离，不包括局部突,出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。,1.2,我国,高层建筑的发展,我国高层建筑在解放前很少，,50,60,年代陆续建成一,些，如,1959,年的北京民族饭店，高,47.4m,，,12,层；,1964,年的,北京民航大楼，,15,层，高,60.8m,；,1968,年的广州宾馆，,27,层，高,88m,，,是,60,年代我国建成的最高建筑。,70,年代开始我国高层建筑有了较大发展，主要用于住,宅、旅馆和办公楼，层数一般在,20,30,层。,1.3,国外高层建筑简介,1883,年美国芝加哥建成的,11,层家庭保险大楼为近代高,层建筑的开端，国外较著名的高层建筑有：美国，帝国大厦,(,纽约，,381m,，,102,层,),、世界贸易中心,(,纽约，,402m,，,110,层,),、西尔斯大厦,(,芝加哥，,443m,，,110,层,),、水塔广场大厦,(,芝加哥，,262m,，,76,层,),；马来西亚，石油大厦,(450m,，,88,层，,钢,-,混凝土组合结构,),；朝鲜，柳京饭店,(305m,，,101,层,最高,的钢筋混凝土大厦,),。,国内主要高层建筑（,374-500m,）,主要高层建筑介绍,台北,101,大厦,西尔斯大厦,世贸大厦,平壤 柳京饭店,105,层,320,米 三千个房,间 金字塔型建筑,金茂大厦,CCTV,大楼,采用,ETABS,和,ANSYS,两种通,用有限元软件,进行结构计算。,上海环球金融中心,结构示意图,二、高层建筑设计的特点,水平荷载和地震作用成为高层建筑的控制因素。高层结,构设计不仅需要较大的承载能力，还需要较大的刚度控制水,平荷载作用下结构的侧向位移。,控制侧向位移的原因：,1,）过大的侧向变形会使人不舒服，影响使用；,2,）过大的侧向变形会使填充墙或建筑装修出现裂缝或损,坏，也会使电梯轨道变形；,3,）过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝甚至损坏；,4,）过大的侧向变形会使结构产生附加内力甚至倒塌。,三、高层建筑的结构类型（按材料分）,按照承重结构材料类型可分为钢结构与钢筋混凝土结构,两种。高层钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工,方便快捷等优点，但缺点是造价高、耐火性能差，大量防火,涂料的使用也影响工期与造价。,钢筋混凝土结构具有造价低、耐火性能好、侧向刚度,大、截面形式多样等优点，缺点是构件尺寸较大、自重大、,使用空间受限。,目前大多数高层建筑采用混合结构，即钢框架或型钢混,凝土框架与钢筋混凝土筒体所组成的混合结构体系。框架柱,多采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱，框架梁多采用型钢混,凝土梁或钢梁。为加强结构承载力与抗侧刚度，混合结构中,还经常采用,加强层,、巨型支撑、伸臂桁架等结构形式。,课后思考题,1.,高层建筑的定义？,2.,高层建筑设计特点？,3.,目前高层建筑大多采用的结构形式？,第二节 高层建筑结构体系与布置原则,主要结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架,-,剪力墙,结构、筒体结构、束筒及巨型框架。,2.1,框架结构,主要承重构件由梁、柱组成的结构。,优点,：建筑平面布置灵活，能提供较大的室内空间，易于满,足多功能的使用要求。在结构受力方面，框架结构自振周期,长，地震反应小，经合理设计后可具有良好的延性。,缺点,：抗侧移刚度小，地震作用下侧向位移大，易使填充墙,开裂，并引起非结构构件的破坏。建筑高度不能过高，一般,在,15,层以下。,框架结构受力及设计要点,1.,全部荷载由梁柱承担；,2.,框架侧向变形由梁柱弯曲变形与柱轴向变形两部分组成；,3.,整体侧向变形呈剪切型变形；,4.,应设计为双向框架结构；,5.,隔墙应采用轻质隔墙或轻质填充材料。,6.,宜采用现浇混凝土楼盖。,2.2,剪力墙结构,利用钢筋混凝土墙体作为承受竖向、水平荷载的结构。,墙体本身也可作为维护和房间分隔构件，该结构形式主要应,用于高层住宅和旅馆。,优点,：整体性好、刚度大、承载力高、水平荷载下的侧向变,形小。,缺点,：墙体间距不能过大，平面布置不灵活，结构自重大，,材料强度无法充分发挥，不能满足公共建筑使用要求。,当剪力墙的高宽比较大时，可视为一个受弯为主的悬臂,构件，其侧向变形是弯曲型。,底部大空间剪力墙,(,部分框支剪力墙,),结构,2.3,框架,-,剪力墙结构,框架,-,剪力墙是指由框架和剪力墙共同承受荷载的结构体,系。即保留了框架结构布置灵活、使用方便的特点，又具有,剪力墙结构抗侧刚度大，抗震性能好的优点。在该结构体系,中，剪力墙承担绝大部分的水平荷载，是主要抗侧力体系。,框架则主要承担竖向荷载，以及少量的水平作用。,框架本身在水平荷载作用下呈剪切型变形，而剪力墙则,呈弯曲型变形，当二者通过楼盖协同工作时，变形必须协,调，侧向变形将呈弯剪型。根据以上分析的受力特点，框架,-,剪力墙结构无论是承载力还是侧向变形都较纯框架有较大的,提高，,剪力墙的布置原则,1),剪力墙宜沿主轴方向或其它方向,双向布置,，墙肢截面简,单规则；,2),剪力墙应尽量布置在结构区段的,楼梯间、电梯间、平面,形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大,；,3),纵、横剪力墙宜组成,L,、,T,、,形,等型式；,4),剪力墙应,贯通建筑物全高,，避免刚度突变，,洞口应尽量做到上下对齐,；,5),抗震设计时，剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的,50,；,6),较长的墙肢宜开设洞口将其分成长度均匀的若干墙段，墙段之间用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于,2,，,墙肢截面高度不宜大于,8m,。,2.4,板柱,-,剪力墙结构,板柱结构：由钢筋混凝土无梁楼板和柱组成。,优点：施工方便，使用空间大，布置灵活；,缺点：节点抗震性能差，整体刚度小。,通过设置剪力墙，或将楼、电梯间做成钢筋混凝土筒体，即形成板柱,-,剪力墙结构，该结构适用于抗震设防烈度不超过,8,度且高度有限制的建筑中。,2.5,框架,-,支撑（抗震墙板）结构,支撑框架：框架中设置支撑斜杆，多用于钢结构；,框架,-,支撑结构：框架,+,支撑框架。,受力特点：支撑框架侧向刚度大，承担水平荷载多，其作用,类似于剪力墙。,支撑框架的类型：中心支撑框架和偏心支撑框架。,中心支撑框架：支撑斜杆的轴线交汇于框架梁柱轴线的,交点。基本形式有单斜杆支撑、人字形,支撑、,V,形支撑、,K,形支撑和交叉支撑。,注意：抗震结构不采用,K,形支撑；,偏心支撑：支撑连接位置偏离梁柱节点，每根斜杆应至少一,端与框架梁相连，在梁端或梁跨中形成,消能梁段,。,基本形式有：单斜杆、人字形和,V,形等。,地震作用下，消能梁段腹板剪切屈服，通过腹板,塑性变形耗散地震能量，支撑斜杆、框架柱,和消能梁段以外的梁均保持弹性，其抗震性能明,显优于中心支撑框架。,2.6,筒体结构,由单个或多个筒体承受,荷载的结构体系。筒体可分,为,实腹筒、框筒和桁架筒,。,前面提到的剪力墙围成的筒,体称为实腹筒。在实腹筒的,墙体上开出许多规则排列的,窗洞所形成的开孔筒体称为,框筒，它实际上是由,密排柱,和刚度很大的窗裙梁形成的,密柱深梁框架围成的筒体,。,如果筒体的四壁是由竖杆和,斜杆形成的桁架组成，则称,为桁架筒,。,束筒或多筒体系：两个以上框筒（或其它筒体）排列在一起形成的束状结构称为成束筒。例如美国,西尔斯大厦,就是,9,个框筒组成的正方形筒体。成束筒结构的刚度和承载能力比筒中筒又有提高。,2.7,巨型框架,利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型框架,连接，筒体与巨型梁之间即形成巨型框架。由于巨型框架的,梁、柱截面很大，抗弯刚度和承载能力也很大，因此它的抗,侧刚度比一般框架大很多。,2.8,高层建筑结构布置原则,钢,-,混凝土混合结构房屋适用的最大高度及高宽比限值,高规,一般规定：高层建筑不应采用严重不规则的结,构体系，,应,具有必要的承载能力、刚度和变形能力；避免因,部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、,风荷载和地震作用的能力；对可能出现的薄弱部位，应采取,有效措施予以加强。,宜：,结构的竖向和水平布置宜具有合理,的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄,弱部位；宜具有多道抗震防线。,2.8.1,结构平面布置,1.,平面宜简单、规则、,对称，减少偏心；,2.,平面长度不宜过长，,突出部分不宜过大。,3.,不宜采用角部重叠的,平面图形或细腰形平面；,4.,结构平面布置应减少扭转的影响；在考虑偶然偏心影响的,地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，,A,级高度不宜大于该楼层平均值的,1.2,倍，不应大于平均值的,1.5,倍。,B,级高度相应值为,1.2,，,1.4,。,5.,当楼板平面比,较狭长、有较大,的凹入和开洞而,使楼板有较大削,弱时，应在设计,中考虑楼板削弱,产生的不利影响；,2.8.2,结构竖向布置,1.,高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和,内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采,用竖向严重不规则的结构；,2.,抗震设计的高层建筑结构，其楼层,侧向刚度,不宜小于相邻,上部楼层侧向刚度的,70%,或其上相邻三层侧向刚度平均值的,80%,；,3.A,级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的,受剪承载力,不,宜,小于其上一层受剪承载力的,80,，,不应,小于其上一层受,剪承载力的,65,；,B,级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构,的受剪承载力,不应,小于其上一层受剪承载力的,75,。,3.,抗震设计时结构竖向抗侧力构件宜上下贯通；,4.,高层建筑宜设地下室。,2.8.3,不规则结构,建筑抗震设计规范,GB50011-2001,中规定的三种平,面不规则类型和三种竖向不规则类型，平面不规则类型包括,扭转不规则、楼板凹凸不规则、楼板局部不连续；,1,）当楼层最大弹性水平位移或层间位移，大于该楼层两端,弹性水平位移或层间位移平均值的,1.2,倍时，为,扭转不规则,；,大于,1.5,倍时，为,扭转严重不规则,。,2,）结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的,30,，,l/B,max,0.3,时，为,楼板凹凸不规则,。,3,）楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，如楼板有效宽度小于,典型宽度的,50,，或开洞面积大于该层楼层面积的,30,，,或较大的楼层错层，为,楼板局部不连续,。,竖向不规则包括,侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连,续和楼层承载力突变。,1,）侧向刚度不规则,2,）,竖向抗侧力构件不连续,柱、剪力墙、支撑在某层中断，其内力由水平转换构,件（梁、桁架）向下传递。,3,）楼层承载力突变,结构的层间受剪承载力小于相邻上一层的,80,。,高层建筑中有个别项目超过上述不规则类型的指标，则,此结构为,不规则结构,；若有多项超过不规则类型的指标，或,某一项超过不规则指标过多，此结构为,特别不规则,；若有多,个项目超过不规则的指标比较多，或某一项超过了严重不规,则的上限，则为,严重不规则,。,高层建筑,允许采用不规则结构,，但需采取计算和构造方,面的有效措施，要,尽可能避免特别不规则结构，不允许采用,严重不规则结构。,2.9,设缝的规定,2.9.1,防震缝,1,）抗震设计时高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免,结构不规则，,不设防震缝,。,2,）钢筋混凝土框架房屋防震缝宽度，当高度不超过,15m,时为,70mm,；,超过,15m,，,6,、,7,、,8,、,9,度分别每增加,5m,、,4m,、,3m,、,2m,，,加宽,20mm,；,框剪和剪力墙结构房屋的防震缝宽度，课分别采用框架结构防震缝宽度的,70,和,50,，但都不小于,70mm,。,防震缝两侧结构类型不同时，按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。,3,）防震缝应沿房屋全高设置，地下室、基础可不设防震缝，但在防震缝处应加强构造和连接。,2.9.2,伸缩缝,混凝土在硬化过程中会产生收缩，同时已建成的结构在温度,变化时也会有热胀冷缩，这种变形受到约束时就在结构内部,产生应力，甚至造成开裂。温度应力的危害在房屋的底部和,顶部最明显，底部楼层的变形受基础的约束显著，而顶部楼,层由于日照的直接作用，温度变化剧烈，温度应力较大。解,决办法常用的有设置后浇带，宽度可采用,700-1000mm,，,两,侧留出钢筋头，待气温较低、收缩变形完成一定程度时采用,搭接或焊接的方式连接，再浇注微膨胀混凝土。,高层建筑结构伸缩缝的最大间距宜符合下表规定：,工程中避免设伸缩缝的措施,1,）顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化较大的部位,提高配筋率；,2,）顶层采用隔热措施，外墙设置外保温层；,3,）高层建筑在顶部设置双墙或双柱，做局部伸缩缝；,4,）采用收缩小的水泥，减小水泥用量，加入外加剂；,5,）提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力。,后浇带,后浇带宜设置在受力和变形较小的部位，间距宜为,30,60m,，,宽度宜为,700,1000mm,。,后浇带可做成平直,缝，主筋不宜在后浇带中断开，如必须断开，则主筋搭接,长度需满足,45d,，,并按设计要求附加钢筋。,2.9.3,沉降缝,高层建筑中常在主体结构周围设置数层的裙房，它们与主,体结构高度、重量相差悬殊，会产生较大的沉降差。过去常,采用设置沉降缝将结构从顶到基础整个断开，但此举的不利,在于使地下室结构复杂，缝部位的防水不好处理，两侧结构,在地震作用下易发生碰撞。目前常采用不设沉降缝的方法，,将高低部分连成整体，最常用的方法是设,后浇施工缝,，在施,工时将高低部分的结构暂时断开，待主体结构施工完毕，完,成大部分沉降后再浇注连接部位的混凝土。,课后思考题,1.,高层建筑结构体系有哪几种，各自的受力特点、适用范围和优缺点是什么？,2.,高层建筑结构的一般布置原则是什么？（结合,高规,从一般规定、平面布置、竖向布置等方面理解）,3.,抗震缝、伸缩缝和沉降缝的概念？目前采用的措施？,