高层建筑结构设计教案A(简化版)讲解

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1、 第 一 章 高层建筑结构概述 高层建筑的范畴 通常以建筑的高度和层数两个指标来判定，但 全世界范围内目前还没有一个统一的划分标准。 国际高层建筑会议（1972，伯利恒）划分标准 多层建筑 8层 高层建筑 第一类 9 16层 高度50m 第二类 1725层 高度75m 第三类 2540层 高度100m 第四类(超高层) 40层 高度100m 问题:高层建筑的定义高层建筑的定义 ？ 民用建筑设计通则 (JGJ37 )、高层民用建筑 筑设计防火规范(GB 50045)中规定： w住宅建筑10层及10层以上为高层建筑； w除住宅建筑之外的民用建筑高度超过24m 者 为高层建筑(不包括建筑高度超过24

2、m的 单层 公共建筑)。 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)规定 ： w10层及10层以上或高度超过28m的住宅以 及房屋高度大于24m的其他民用建筑为高层建 筑。（本课程内容的依据）（本课程内容的依据） 我国对高层建筑的定义我国对高层建筑的定义 高层建筑设计特点小结 高层建筑同时承受竖向荷载和水平荷载，随 着房屋层数的增加，虽然竖向荷载对结构设计 仍有着重要的影响，但水平荷载已成为结构设 计的控制因素，侧移成为控制指标。 对高层建筑，水平荷载和竖向荷载产生的轴 力均很大，不容忽略。 为了保证高层建筑的抗震性能，结构应具有 较大的延性。 高层建筑的材料用量随高度增加而加大，可 通

3、过优化设计减小材料用量。 高层建筑结构的主要材料：钢、钢筋、混凝土高层建筑结构的主要材料：钢、钢筋、混凝土 相应的结构构件（以材料分类）可分为：相应的结构构件（以材料分类）可分为： 钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件（包括钢骨混凝土构钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件（包括钢骨混凝土构 件和钢管混凝土构件）。件和钢管混凝土构件）。 相应的结构分类（以材料分类）：相应的结构分类（以材料分类）： 钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构（两种或两种以上材料的钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构（两种或两种以上材料的 构件组成的结构，如钢构件构件组成的结构，如钢构件+ +钢筋混凝土构件等）钢筋混凝土构件等） 1 1

4、）钢结构钢结构具有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变具有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变 形能力大，有利于抗震，可以工厂预制，现场拼装，交叉作业形能力大，有利于抗震，可以工厂预制，现场拼装，交叉作业 但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。 高层建筑结构的主要材料高层建筑结构的主要材料小结小结 2 2）钢筋混凝土钢筋混凝土是应用最广的建筑材料。具有价格低，可浇筑是应用最广的建筑材料。具有价格低，可浇筑 成任成任 何形状，不需要防火，刚度大。但强度低，构件截面大何形状，不需要防火，刚度大。但强度低，构件截面大 占用空间大，自重大，不利

5、于基础、抗震，延性不如钢结构。占用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。 高强混凝土是近高强混凝土是近4040年来建筑材料最重要的发明创造年来建筑材料最重要的发明创造。高强。高强 可减小柱、墙截面尺寸，早强可加快施工进度，密实可提高可减小柱、墙截面尺寸，早强可加快施工进度，密实可提高 耐久性、弹性模量高，徐变小可减小压缩变形。但高强混凝耐久性、弹性模量高，徐变小可减小压缩变形。但高强混凝 土变形能力小，脆性大，易开裂，耐火不如普通混凝土等。土变形能力小，脆性大，易开裂，耐火不如普通混凝土等。 3 3 ）混合结构混合结构是梁板柱墙等基本构件或结构的一部分采用不同是梁板柱墙等基本构件或

6、结构的一部分采用不同 材料混合而成。包括材料混合而成。包括组合结构构件组合结构构件如钢骨为骨架，外包钢筋混如钢骨为骨架，外包钢筋混 凝土，钢骨、混凝土，钢骨、混 凝土为整体、共同受力，钢骨可以做施工平台凝土为整体、共同受力，钢骨可以做施工平台 ，与钢构件比：，与钢构件比： 用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构 件比：重量轻，件比：重量轻， 承载力大，抗震性能好。承载力大，抗震性能好。 高层建筑结构的主要材料高层建筑结构的主要材料小结小结 第一章第一章 小结 高层建筑是相对于多层建筑而言的，通常以建筑的高 度和层数作为两个主要指标，全世界至今没有一个统一

7、的划分标准。我国规定，10层及10层以上或房屋高度超 过28m的混凝土结构民用建筑物为高层建筑；超高层建 筑也没有统一和确切的定义，一般泛指某个国家或地区 内较高的一些建筑。 与多层建筑结构相比，高层建筑结构的最主要特点是 水平荷载成为设计的决定性因素，侧移限值为确定各抗 侧力构件数量或截面尺寸的控制指标，有些构件除必须 考虑弯曲变形外尚须考虑轴向变形和剪切变形，地震区 的高层建筑结构还需控制结构构件的延性指标。 混凝土结构、钢结构和钢与混凝土混合结构，是当前 广泛应用于高层建筑的结构类型。其中钢与混凝土混合 结构是近年来发展较快、具有广阔前景的新型结构它融 合了钢结构和混凝土结构的优点，承载

8、力高、延性好、 变形能力强，从而具有较强的抗风和抗震能力。 第二章 高层建筑的结构体系 与结构布置 本章重点本章重点 高层建筑结构体系的构件受力特性 高层建筑结构体系的种类及应用范围 高层建筑结构体系的总体布置原则 抗侧力结构的选型和布置 （难点） 高层建筑结构的结构体系高层建筑结构的结构体系 抗侧力构件的基本形式与受力特性 结构的承重单体与抗侧力结构单元 高层结构体系的发展过程 常用高层结构体系的类型 竖向结构体系及选择原则 水平承重体系及选择原则 结构的整体性结构的整体性 分体系的功能分体系的功能 水平结构由竖向结构支撑 竖向结构靠水平结构保持稳定 水平体系和竖向体系共同作用形成空间结构

9、两个分体系必须综合考虑，共同设计 水平体系承受楼盖和 屋盖等竖向荷载，并传 递到竖向体系 水平体系通过横隔板 作用，将水平荷载分配 到竖向抗侧体系 竖向体系承受竖向荷载，将 荷载传递到基础 竖向体系承受水平剪力，并 将总剪力传递到基础 竖向体系抵抗由倾覆力 矩产 生的弯曲内力 结构的承重单体与抗侧力结构单元结构的承重单体与抗侧力结构单元 基本构件或其组合如柱、墙、框架、桁架、实 腹筒、框筒等是联系杆件和分体系的“桥梁”，是 建筑结构的基本受力单元，也称作承重单体或抗 侧力单元。 尽管单个的杆件可以作为基本的受力单元，如 柱、墙等，但构件只有作为单独的一个基本的受 力单元时才可称其为承重单体或抗

10、侧力单元。 高层建筑结构体系通常按照其承重单体与抗侧 力单元的特性来命名。 问题：高层建筑主要有几种结构体系？ 高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、框 剪、筒体等，由它们可组成多种结构体系。整个结构 体系的命名常取自竖向结构体系。 框架结构 剪力墙结构 筒体结构 带加强层高层建筑结构 框架-核心筒结构 框架-剪力墙结构 小结 高层建筑的结构体系高层建筑的结构体系 概念：所谓高层建筑建筑的结构体系是指结构 抵抗外部作用的构件类型及组成方式。 组成：结构总体系由竖向结构体系、水平承重 体系及基础体系三个基本分体系组成。 抗侧力体系的合理选择和布置是高层建筑结构 设计的关键。 高层建筑结构体系选

11、择 高层建筑结构的选型原则 常用的高层建筑结构体系 竖向结构体系（抗侧力体系）的选择 水平承重体系（楼盖体系）及其选择 高层建筑结构的选型原则高层建筑结构的选型原则 要根据建筑高度、抗震设防类别、设防烈 度、场地类别、结构材料和施工技术确定与 其匹配的、经济的结构体系，使结构效能得 到充分发挥，建筑材料得到充分利用 满足建筑使用要求 尽可能与建筑型式相一致 平面和立面型式规则，受力好，有足够的 承载力、刚度和延性（安全） 施工简便，经济合理（可行） 高层结构体系类型 w 框架结构体系 w 剪力墙结构体系 w 框架剪力墙结构体系 w 筒中筒结构体系 w 多筒体系 w 巨型结构体系 随着建筑功能及

12、形式的不断发展， 相信会有更多更新的结构体系出现。 高层建筑结构体系类型高层建筑结构体系类型 一一. . 框架结构 框架结构 框架结构体系 1、定义：由横梁、立柱组成的结构（杆件体系）称为框架 。 节点全部或大部分为刚性连接。 横向框梁 柱 纵向框梁 2、分类： 按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三 种。在地震区，多采用梁、柱、板全现浇或梁柱现浇、板预制半现浇的 方案；在非地震区，有时可采用梁、柱、板均预制的方案。 3、受力变形特点： 框架结构的侧移一般由两部分组成： 1）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成 框架结构的整体剪切变形Us； 2）由水平力引起

13、的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱 拉伸，另一侧柱压缩）形成框架结构的整体弯曲变形Ub； 3）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切 变形，整体弯曲变形的影响很小。 注：框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。 框架结构体系应用 框架是由梁和柱刚结而成的平面结构体系。如果整幢 结构都由框架作为抗侧向力单元就称为框架结构体系。 在水平荷载作用下，框架可视为一根空腹的悬臂柱，该 悬臂柱的截面高度即为框架的跨度。 优点：建筑平面布置灵活，分隔方便； 整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有 较好的塑性变形能力； 外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。 缺点：侧向刚度小，抵抗

14、侧向变形能力差。正是这一 点，限制了框架结构的建造高度。高规规定，在非 地震区，现浇钢筋混凝土框架结构房屋的最大适用高度 为70m，最大高宽比为5。 异形柱框架结构：由形、形、形或十字形截面柱构成 。 截面各肢的肢高肢厚比不大于4（试行规范）。 二剪力墙结构二剪力墙结构 广州白天鹅宾馆广州白天鹅宾馆 剪力墙结构体系剪力墙结构体系 1、定义：由钢筋混凝土剪力墙（用于抗震结构时也称抗震墙 ） 承受全部水平作用和竖向荷载的结构体系。 剪力墙结构平面图 剪力墙结构是在框架结构的 基础上发展起来的（抗弯刚度)。 实例实例 剪力墙结构体系应用 一般是在钢筋混凝土结构中，用实心的钢筋混凝土 墙片作为抗侧力单

15、元，同时由墙片承担竖向荷载。 优点：整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强 抗震性能较好，设计合理时结构具有较好 塑性变形能力，因而剪力墙结构适宜的建造高度比框 架结构要高。房间墙面及天花板平整，层高较小，特 别适用于住宅、宾馆等建筑。 （结构高度：几十米 100多米，十几层到三十多层） 缺点：结构自重较大；受楼板跨度的限制（一般为3 8m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵 活。 2 2、受力变形特点、受力变形特点： 在水平荷载作用下，剪力墙可视为竖向悬臂 构件。 在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱； 在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端 自由的悬臂柱（深梁）。 注： 1）剪力

16、墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧 向变形较小。 2）剪力墙结构属于刚性结构，对于高宽比较大的 剪力墙，侧向变形呈弯曲型。 1）定义：特殊情况下，为了在建筑底部做成较大空间，将剪力墙结 构房屋的底层或底部几层做成框架，这种结构即为框支剪力墙结构亦 属于带转换层高层建筑结构。 2）破坏特点：带转换层高层建筑结构在其转换层上、下层间侧向刚 度发生突变，形成柔性底层或底部，在地震作用下易遭破坏甚至倒塌 。 3）布置原则：在底部大空间剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布 置在两端或中部，并将纵、横向墙围成筒体；另外，还应采取增大墙 体厚度、提高混凝土强度等措施加大落地墙体的侧向刚度，使上、下 部侧向刚度差别尽量小应加强过渡层楼板的整体性和刚