结构体系与结构布置

,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,*,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,*,高层建筑结构,成都理工大学环境与土木工程学院,刘长江,高层建筑结构,1,绪论,2,高层建筑结构体系及结构布置,3,荷载作用与结构设计原则,4,框架结构设计,5,剪力墙结构设计,6,框架剪力墙结构设计,7,筒体结构设计简介,8,钢与混凝土组合结构设计简介,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系及结构布置,2.1,高层建筑的结构体系,2.2,结构总体布置原则,2.3,基础结构布置,2.4,结构布置实例,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,2.1,高层建筑的结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,2.1.1,框架结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,梁、板、柱全现浇框架,板预制，梁、柱现浇框架,梁、板预制，,柱现浇的半装配式框架,梁、板、柱全预制,的装配式框架,2.1.1,框架结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,现浇框架,框架结构,2.1.1,框架结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,框架结构的特点,是，建筑平面布置灵活，可做成较大空间的,会议室、餐厅、办公室及试验室,等，加隔墙后，也可做成小房间；如果采用轻质隔墙，则可减轻建筑物重量；住宅中较少使用框架结构，主要原因是柱截面较大，以致突出墙面，影响家具放置。,侧向变形以,剪切变形,（梁、柱弯曲变形）,为主,。,2.1.1,框架结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,框架结构,侧向刚度小,，属,柔性结构,，因而对其建造高度应予控制；以,1520,层为宜。在多层建筑中，框架结构是一种常用的结构体系。,框架只能在自身平面内抵抗侧向力，必须在,两个正交的主轴方向设置框架,，以抵抗各个方向的侧向力。,抗震框架结构不允许铰接，必须采用刚接，使梁端能传递弯矩，同时使结构有良好的整体性和比较大的刚度。,抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。,2.1.1,框架结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,框架结构典型平面,2.1.1,框架结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,实例：北京长城饭店,2.1.2,剪力墙结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,剪力墙,钢筋混凝土墙体承受全部水平作用和竖向荷载。,剪力墙结构的平面,2.1.2,剪力墙结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,楼盖内无次梁,，楼板直接支承在墙上，墙体同时也是维护和分隔房间的构件。,剪力墙的间距,受到楼板构件跨度的限制，一般为,3,8m,，,房间墙面及天花板平整，无需吊顶，层高较小，因而剪力墙结构适合于具有小房间的,住宅、旅馆,等建筑，无论在地震区或非地震区，它都得到广泛的应用。,剪力墙结构比框架结构,刚度大，空间整体性好，用钢量省，具有良好的抗震性能,。,2.1.2,剪力墙结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,高层剪力墙结构以,弯曲变形,为主。,剪力墙结构的缺点和局限性也是很明显的，主要是,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。,结构自重往往很大,，耗费建材，给基础设计也带来更高的要求。,图,2.1-6,剪力墙结构变形,2.1.2,剪力墙结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,改进,：部分框支剪力墙（,北京兆龙饭店）,实例：,广州白云宾馆,北京兆龙饭店,北京兆龙饭店,2.1.3,框架剪力墙结构,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,框架剪力墙结构是把框架和剪力墙结合在一起，,共同抵抗竖向和水平荷载,的一种体系，它利用剪力墙的高抗侧力刚度和承载力，弥补框架结构柔性大、侧移大的弱点。,（,18,层现浇梁、柱，预制楼板，,框架剪力墙结构）,北京饭店东楼,2.1.3,框架剪力墙结构,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,由于它只在,部分位置上有剪力墙,，又保持了框架结构具有大空间、立面易于变化等优点，因此，框架剪力墙结构是一种较好的结构体系，虽然其出现较晚，但在多高层,公共建筑及办公楼,建筑中得到了广泛的应用。,实例：广州中天大厦,2.1.3,框架剪力墙结构,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,框架剪力墙结构,中剪力墙的布置：,单片、,L,、,、,I,形或布置成筒形；,地震区，纵横向布置的剪力墙数量要尽可能接近；,剪力墙靠外围布置，可加强结构抗扭作用；,剪力墙应贯通全高，使结构上下刚度连贯而均匀；,2.1.3,框架剪力墙结构,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,结构的变形特征,框架与剪力墙通过楼板协同工作，共同抵抗水平荷载时，,变形必须协调,，如下图所示，其侧向变形呈,弯剪型,。其上下各层层间变形趋于均匀，并减少了顶点侧移。,2.1.4,筒体,结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,1.,框架,-,筒体结构,外框内筒,内框外筒,深圳华联大厦,兰州工贸大厦,深圳华联大厦,2.1.4,筒体,结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,2.,筒中筒体系：密柱框架视为,外筒,，内芯由剪力墙围合成箱形薄壁,核心筒,。,广东国际大厦,2.1.4,筒体,结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,3.,成束筒体系：由多个筒体组成，结构整体刚度很大。,西尔斯大厦,2.1.4,筒体,结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,4.,桁架筒体系：,在筒体结构中，增加斜撑来抵抗水平荷载，以进一步提高结构承受水平荷载的能力，增加体系的刚度。,香港中银大厦,香港中国银行,平面简图,角柱,南立面巨型桁架,高层建筑结构,2.1.5,巨型,结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,1,）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梁相连，筒体、巨型梁形成巨型框架。,巨形框架结构,台北,101,大楼,台北,101,大厦,16.4m,16.4m,6m,6m,10.5m,55.3m,68.9MPa,砼,巨型柱,2,9,层结构平面,70,1.2m2.6m,1.6m1.6m,2.1.5,巨型,结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,台北,101,大厦,27,90,层结构平面,11.5m,11.5m,22.5m,45.5m,87,92,层间设,5.5m132t,摆锤减振,2.1.5,巨型,结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,2.1.5,巨型,结构体系,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,2,）巨型桁架,刚性横梁或刚性桁架结构,巨形桁架结构,整幢结构用巨柱、巨梁和巨型支撑等巨型杆件组成空间桁架，相邻立面的支撑交汇在角柱，形成巨型空间桁架结构。,2.2,结构总体布置原则,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,概念设计,是依据自然法则、客观条件、工程经验、创新思维对结构的总体设计，是对结构性能、可实现性和经济性的总体把握，是一种,主动的、定性的和战略性的设计，,决定着,结构设计的总体方向,。,概念设计与计算设计（数值计算）,计算设计,是将概念设计所提供的结构模型化，并依据现有的,计算手段,作进一步的,“,精确,”,分析,，论证概念设计的正确性，并对概念设计进行补充和完善，是一种,被动的、定量的和战术性的设计。,2.2,结构总体布置原则,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,建筑师与结构工程师为业主服务的目标是一致的，因此，结构工程不仅要成为结构功能要求的实现者，而且要成为建筑功能要求实现的积极参与者，与建筑师一道创造性的作出总体建筑设计。,结构工程师的使命,结构项目工程师的首要任务，就是在建筑方案设计阶段，凭借自身拥有的结构体系功能及其受力、变形特性的整体概念和判断力，去帮助建筑师开拓或实现业主所想要的空间与功能。,2.2.1,房屋的高度和高宽比,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,A,级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（,m,）,结构类型,非抗震,6,度,7,度,8,度,0.2g/0.3g,9,度,框架,70,60,50,40/35,框架,-,剪力墙,150,130,120,100/80,50,剪力墙,全部落地剪力墙,150,140,120,100/80,60,部分框支剪力墙,130,120,100,80/50,不应采用,筒体,框架,-,核芯筒,160,150,130,100/90,70,筒中筒,200,180,150,120/100,80,板柱,-,抗震墙,110,80,70,55/40,不应采用,2.2.1,房屋的高度和高宽比,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,高宽比,H,/,B,：一般情况下，可按所考虑方向的最小投影长度计算高宽比。,2.2.1,房屋的高度和高宽比,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大的高宽比,结构体系,非抗震,6,、,7,度,8,度,9,度,框架,5,4,3,板柱,-,剪力墙,6,5,4,框架,-,剪力墙、剪力墙,7,6,5,4,框架,-,核芯筒,8,7,6,4,筒中筒,8,8,7,5,2.2.2,结构的平面布置原则,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,结构平面布置基本原则：,简单、规则、对称,平面不规则（表,2.5,）,扭转不规则,凹凸不规则,楼板局部不连续,2.2.2,结构的平面布置原则,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,简单、规则对称,表,2.6,平面各部分尺寸限值,2.2.3,结构的竖向布置原则,高层建筑结构,2,高层建筑结构体系与结构布置,抗震设防的建筑结构竖向布置应使体型规则、均匀，避免有较大的外挑和内收，结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。,竖向不规则（表,2.7,）,侧向刚度不规则,竖向抗侧力构件不连续,楼层承载力突变,楼层质量沿高度宜均匀分布，楼层质量不宜大于相邻下部楼层质量的,1.5,倍。,2.2.3,结构竖向布置原则,2,高层建筑结构体系与结构布置,侧向刚度不规则,K,i,第,i,层的侧向刚度,2.2.3,结构竖向布置原则,2,高层建筑结构体系与结构布置,侧向刚度不规则,该层的侧向刚度小于相邻上一层的,70%,，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的,80%,。,竖向抗侧力构件不连续,竖向抗侧力构件的内力由水平转换层传递。（转换梁、桁架）,2.2.3,结构竖向布置原则,2,高层建筑结构体系与结构布置,楼层承载力突变,Q,y,i,层间受剪承载力,2.2.3,结构竖向布置原则,2,高层建筑结构体系与结构布置,竖向刚度突变的原因,1),结构构件（梁、柱、墙）截面尺寸改变；,2),结构竖向体型变化；,3),结构体系变化。,建筑顶部内收形成塔楼,楼层外挑内收,框支剪力墙,中部楼层部分剪力墙中断,顶层设大空间，取消部分剪力墙或内柱,2.2.3,结构竖向布置原则,2,高层建筑结构体系与结构布置,结构竖向收进和外挑示意,2.2.3,结构竖向布置原则,2,高层建筑结构体系与结构布置,高层建筑结构宜设地下室,1),利用土体的侧压力防止水平力作用下结构的滑移、倾覆；,2),减小土的重量，降低地基的附加压应力；,3),提高地基土的承载力；,4),减小地震作用对上部结构的影响。,2.2.4,抗震设防结构布置原则,2,高层建筑结构体系与结构布置,1.,选择,有利的场地,，避开不利的场地，采取措施保证地基的稳定性。,2.,保证,地基基础的承载力、刚度,，以及足够的抗滑移、抗倾覆能力，使整个高层建筑形成稳定的结构体系，防止在外荷载作用下产生过大的不均匀沉降、倾覆和局部开裂等。,3.,合理设置,防震缝,。一般情况下宜采取调整平面形状与尺寸，加强构造措施，设置后浇带等方法，尽量不设缝，少设缝。设缝时必须保证有足够的缝宽。,2.2.4,抗震设防结构布置原则,2,高层建筑结构体系与结构布置,4.,应具有明确的计算简图