高层建筑结构.ppt.ppt

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1、第一章 高层建筑结构设计一般规定 第一节 高层建筑结构特点高层建筑混凝土结构技术规程规定，10层和10层以上或房屋高度超过28m的建筑为高层建筑。民用建筑设计通则规定，以高度为24米、100米的住宅和公共建筑分别列为高层及超高层建筑，其防火要求不同。实际上结构没有确切的划分低层、中层和高层的界限，对于结构设计而言影响设计的重要因素水平荷载及水平荷载及其效应是随高度而渐变的。其效应是随高度而渐变的。 低层、中层和高层建筑都要承受竖向荷载和水平荷载（风荷载及地震作用），其结构设计原理基本相同，但控制结构设计的因素不同； 竖向荷载作用下的基底轴力与结构高度成正比，水平荷载产生的基底剪力与结构高度成正

2、比；但水平荷载产生的总体倾覆力矩与结构高度平方成正比，而顶点侧移与结构高度四次方成正比。 低层建筑有竖向荷载控制，高层建筑一般由水平荷载控制。高层建筑结构受力简图HWq221qHM EIqHu84第二节 高层建筑结构体系及其适用范围结构体系是指结构构件受力与传力的结构组成方式。钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比应分为A级和B级。 超过超过A A级高度的为级高度的为B B级，级，B B级的高度和高宽比大，级的高度和高宽比大，但抗震等级、计算和构造措施严。不宜超过但抗震等级、计算和构造措施严。不宜超过B B级。级。超过B级时，专门审查，补充多方面计算分析，必要时结构试验，采取专门的加强构

3、造措施。A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度(m) 结构体系结构体系非抗震设非抗震设计计抗震设防烈度抗震设防烈度6 6度度7 7度度8 8度度9 9度度框架框架70706060555545452525框架框架- -剪力墙剪力墙1401401301301201201001005050剪力剪力墙墙全部落地剪力全部落地剪力墙墙1501501401401201201001006060部分框支剪力部分框支剪力墙墙1301301201201001008080不应采用不应采用筒体筒体框架框架- -核心筒核心筒1601601501501301301001007070筒

4、中筒筒中筒2002001801801501501201208080板柱板柱- -剪力墙剪力墙7070404035353030不应采用不应采用B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度(m)结构体系结构体系非抗震设计非抗震设计抗震设防烈度抗震设防烈度6 6度度7 7度度8 8度度框架框架- -剪力墙剪力墙170170160160140140120120剪力剪力墙墙全部落地剪力全部落地剪力墙墙180180170170150150130130部分框支剪力部分框支剪力墙墙150150140140120120100100筒体筒体框架框架- -核心筒核心筒220220210210180180140140筒中

5、筒筒中筒300300280280230230170170因研究成果和工程经验不足，9 9度区无度区无B B级建筑、无板柱级建筑、无板柱- -剪力墙结构、剪力墙结构、无框架结构无框架结构钢结构和有混凝土剪力墙的钢结构高层建筑的适用高度(m)结构种类结构种类结构体系结构体系非抗震设计非抗震设计抗震设防烈度抗震设防烈度6 6、7 7度度8 8度度9 9度度钢结构钢结构框架框架框架框架- -支撑支撑( (剪力墙剪力墙板板) )各类筒体各类筒体11011026026036036011011022022030030090902002002602605050140140180180有混凝土有混凝土剪力墙的剪

6、力墙的钢结构钢结构钢框架钢框架- -混凝土剪力混凝土剪力墙墙钢框架钢框架- -混凝土核心混凝土核心筒筒3203201801801001007070钢框筒钢框筒- -混凝土核心混凝土核心筒筒2202201801801801807070高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大高宽比结构体系结构体系非抗震设计非抗震设计抗震设防烈度抗震设防烈度6 6度、度、7 7度度8 8度度9 9度度框架、板柱框架、板柱- -剪力墙剪力墙5 54 43 32 2框架框架- -剪力墙剪力墙5 55 54 43 3剪力墙剪力墙6 66 65 54 4筒中筒、框架筒中

7、筒、框架- -核心筒核心筒6 66 65 54 4B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大高宽比非抗震设非抗震设计计抗震设防烈度抗震设防烈度6 6度、度、7 7度度8 8度度8 87 76 6钢结构高宽比的限值 结构种类结构种类结构体系结构体系非抗震设计非抗震设计抗震设防烈度抗震设防烈度6 6、7 7度度8 8度度9 9度度钢结构钢结构框架框架框架框架- -支撑支撑( (剪力墙剪力墙板板) )各类筒体各类筒体5 56 66.56.55 56 66 64 45 55 53 34 45 5有混凝土有混凝土剪力墙的剪力墙的钢结构钢结构钢框架钢框架- -混凝土剪力混凝土剪力墙墙钢框架钢框架- -混凝土核心混凝

8、土核心筒筒5 55 55 55 54 44 44 44 4钢框筒钢框筒- -混凝土核心混凝土核心筒筒6 65 55 54 4 最大适用高度是经验性的规定，突破高度限制的建筑已经建成，当积累了更多的经验以后在修订规程时适用的最大高度也会改变。 高宽比限制值更是一个经验性的规定，符合高宽比限制值要求的建筑比较容易满足侧移限制，而侧移限制才是最根本的要求，如果各方面都能满足规范要求，突破高宽比限制值是可能的。 房屋高度是指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。 房屋宽度是指平面中短方向宽度。 在复杂体型的高层建筑中，可按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比，但对突出建

9、筑物平面很小的局部结构（如楼梯间、电梯间等），一般不应包含在计算宽度内。 对于不宜采用最小投影宽度计算高宽比的情况，应根据实际情况确定合理的计算方法。对带有裙房的高层建筑，当裙房的面积和刚度较大时，计算高宽比的房屋高度和宽度可按裙房以上部分考虑。 异型柱框架结构适用于6、7度和非抗震设计、12层以下建筑，未列入上表。目前国内超限高层建筑中超过高宽比限制的是极个别的，如：上海金茂大厦（上海金茂大厦（8888层，层，420m420m）为）为7.67.6，深圳地王大厦，深圳地王大厦（8181层，层，320m320m）为）为8.88.8。 常用的混凝土结构体系：框架结构 框架-剪力墙结构 剪力墙结构

10、筒体结构较新的混凝土结构体系：巨型框架结构 巨型桁架结构 悬挂和悬挑结构 隔震减震结构钢结构体系：（1）框架结构 （2）双重抗侧力体系 1） 钢框架-支撑（剪力墙板）体系 2） 钢框架-混凝土剪力墙体系 3） 钢框架-混凝土核心筒体系 （3）筒体系 1） 框筒体系 2） 桁架筒体系 3） 筒中筒体系 4） 束筒体系 高层建筑钢结构当根据刚度需要设置外伸刚臂和腰桁架或帽桁架（在顶层）时，宜设在设备层。外伸刚臂应横贯楼层连续布置。 支撑和剪力墙板可选用中心支撑、偏心支撑、内藏钢板支撑、带缝混凝土剪力墙板或钢板剪力墙。一、框架结构由梁柱组成的结构称为框架结构，可同时承受竖向及水平荷载。一般现浇，九度

11、时，不得采用装配整体式结构。优点：框架柱网可大可小，建筑平面布置灵活。延性大、耗能能力强的延性框架结构，具有较好的抗震性能缺点：刚度小，侧移大，使用高度最低。在水平力作用下，框架的侧移变形由两部分组成：梁柱弯曲变形使框架结构产生侧移，一般情况下，梁、柱都有反弯点，侧移曲线表现为剪切型，下部层间变形大，上部变形小；柱的轴向变形也使框架结构产生侧移，为弯曲形，上部层间变形大。两侧移以前者为主，因而框架结构的侧移曲线表现为剪两侧移以前者为主，因而框架结构的侧移曲线表现为剪切型。切型。q剪切型变形二、剪力墙结构用墙体承受竖向荷载和抵抗水平力的结构称为剪力墻结构。优点：整体性好，刚度大，在水平力作用下侧

12、移小，能设计成抗震性能好延性剪力墙。施工方便，适用于住宅、旅馆等建筑。适用的高度范围较大，可为多层及高层。缺点：剪力墙间距一般为38m，平面布置不灵活。自重大，刚度大使剪力墙结构的基本周期短、地震力大。超过最大适用高度的剪力墙结构并不经济。在水平力作用下，剪力墙结构以在水平力作用下，剪力墙结构以弯曲变形为主弯曲变形为主，侧移曲，侧移曲线表现为弯曲型线表现为弯曲型 。为了使底层较大的空间， 可以做成底层为框架、上部为剪力墙的框支剪力墙。由于底层为框支柱，刚度比上部剪力墙小很多，成为刚度小的軟弱层(底层的水平位移比上面层大得多)和承载力低的薄弱层(容易进入屈服)。在地震中容易破坏，因此，地震区不允

13、许采用框支剪力墙结构。高规允许采用有部分剪力墙落地，避免了刚度和承载力突然变小，有利于结构抗震。三、框架-剪力墙结构及框架-筒体结构 在结构中同时布置框架和剪力墙，就是框架-剪力墙结构。 在框架-剪力墙结构中，两个方向的剪力墙围成筒体，就是框架-筒体结构。 如果框架在外围四周，中间布置核心筒，就成为外框架-核心筒结构。 这几种结构的受力特性相同，可以统称为框架这几种结构的受力特性相同，可以统称为框架- -剪剪力墙结构。力墙结构。 优点：兼有框架结构布置灵活、延性好和剪力墙结构刚度大、承载力大。 变形兼有这两种结构特点。由于框架、剪力墙的协同工作，在结构的底部框架侧移减小，在结构的上部剪力墙的侧

14、移减小，侧移曲线是弯剪型。层间变形沿建筑高度比较均匀，不容易形成变形集中的软弱层。 地震时，剪力墙为第一道防线，框架为第二道防线，形成多道抗震设防，其最大适用高度与剪力墙结构接近。 外框架-核心筒结构的受力变形特点与框架-剪力墙结构相同。它的内筒由剪力墙组成，是抵抗水平力的主要构件，外围四周柱少，外框架的柱间可达8m9m, 且布置变化多。 建筑立面灵活，可以获得良好的外观。若采用无粘结预应力楼板，或采用钢梁(轻型钢桁架)-压型钢板-现浇楼板，外框架与核心筒的间距可以达10m以上，使用空间大而灵活，采光条件好，是办公用房的理想选择。 由于内筒的平面尺寸较小，在很高的建筑中，刚度不能满足侧移限值的

15、要求，可以设置加强层，称为框架-核心筒-伸臂结构。四、筒中筒结构筒中筒结构 筒中筒结构由外筒和内筒组成，外筒为密柱深梁框组成的空间结构，称为框筒，内筒为剪力墙围成的实腹核心筒，内外筒之间一般不设柱(也可设柱)。 筒中筒结构平面与框架-核心筒结构平面相似，但是，它们是有很大的区别的。前者外围是框筒-密柱深框架，后者外围是一般框架。 框筒可以充分发挥空间作用，在水平力作用下，水平剪力由与水平力方向一致的腹板框架和角柱承受，倾覆力矩主要由垂直于水平力的翼缘框架承受，扭矩由所有柱内的剪力抵抗。 倾覆力矩使框筒一边的翼缘框架柱受拉、另一边翼缘框架柱受压、腹板框架柱则有拉有压，表现出“筒”空间受力的特点。

16、 如果是完全空间作用，则翼缘框架中所有柱的轴力应该是相等的，腹板框架柱的轴力成直线分布，但实际上并非如此，翼缘框架柱的轴力成抛物线抛物线型型分布，角柱的轴力大于平均值，远离角柱的柱轴力小于平均值。 腹板框架柱的轴力也不是直线分布。这种现象称这种现象称为为剪力滞后剪力滞后。剪力滞后越严重，空间作用越小。框筒既有框架变形特点，也有筒的变形特点，通常还是剪切变形的成分多一些。 实腹筒由剪力墙组成，也可以充分发挥剪力墙“筒”的空间作用，由于它常常是高宽比很大的筒，具有明显的弯曲型变形特性。 在水平力作用下，外框架筒的变形以剪切型为主，内筒以弯曲型为主。 通过楼板、外筒和内筒协同工作。在下部，核心筒承担大部分剪力，在上部，剪力转移到外筒上。筒中筒结构侧移曲线呈弯剪型，具有结构刚度大、层间变形均匀等特点，因此可以用于更高的建筑 筒中筒结构的楼板起到水平刚性隔板的作用，使内外筒协同工作，保持结构“筒”的形状，因此楼板必须有足够的平面内刚度，但是要尽量采用厚度较小的楼板体系，以减少内外筒之间的弯矩传递(减小墙的平面外弯矩)，并降低层高。五、 成束筒结构 两个或两个以上的框筒排列在一起成“束”状，称为成