高层建筑结构体系以及布置要求

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1、1 2 学习目的 重点关注 教学内容 基本概念 教学诊所 学习高层建筑的各类 各种结构体系 对各 种结构体系及其特点有初步了解 对结构的 平面与竖向布置原则有所了解 第二章 结构体系与布置 20010 9 3 学习目的 重点关注 教学内容 基本概念 教学诊所 结构 结构体系 结构构件 框架结构 巨形框架 异形框架 框剪结构 剪力墙结构 筒体结构 平面布置 竖向布置 基础布置 剪切变形 弯曲变形 弯剪型 第二章 结构体系与布置 4 学习目的 重点关注 教学内容 第一节 高层建筑结构体系 第二节 结构布置原则 第三节 楼盖结构布置 第四节 基础结构布置 第五节 水平位移限值和舒适度要求 基本概念

2、教学诊所 本章思考题与习题 第二章 结构体系与布置 5 学习目的 重点关注 教学内容 基本概念 教学诊所 1 四种常见的高层结构体系及其特点 2 结构布置原则 第二章 结构体系与布置 6 学习目的 重点关注 教学内容 基本概念 教学诊所 通病 1 结构在水平力作用 下变形曲线分为弯曲型与 剪切型 其实质是什么 通病 2 结构布置主要是 指结构的平面布置 通病 3 各种结构体系只 注重名称而不注重其 结构特点 受力特点 诊断 应搞清各种结构 的结构特点与受水平力 的变形特点 诊断 对于多层结构布 置主要是平面布置 但 对于高层 则还有竖向 布置 诊断 弯曲型与剪切型变形 曲线的实质是沿高度横向

3、相对位移的增加或减少 通病及诊断 点击回翻 第二章 结构体系与布置 7 2 1高层建筑结构体系 2 1 1 高层建筑结构可分为哪些类型 各有何特点 2 1 2 结构体系概述 2 1 3 框架结构体系 2 1 4 剪力墙结构体系 2 1 5 框架 剪力墙结构体系 2 1 6 筒体结构特性 2 1 7 成束筒结构体系 2 1 8 巨型结构体系 12345678 8 高层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构 钢结构 钢 钢筋混凝土组合结构等类型 2 1高层建筑结构体系 2 1 1高层建筑结构可分为哪些类型 各有何特点 钢筋混凝土结构具有造价较低 取材丰富 并可浇 筑各种复杂断面形状 而且强度高 刚度大

4、 耐火性和 延性良好 结构布置灵活方便 可组成多种结构体系等 优点 因此 在高层建筑中得到广泛应用 当前 我国 的高层建筑中钢筋混凝土结构占主导地位 1 钢筋混凝土结构 9 钢结构具有强度高 构件断面小 自重轻 延性及 抗震性能好等优点 钢构件易于工厂加工 施工方便 能缩短现场施工工期 近年来 随着高层建筑建造高度 的增加 以及我国钢产量的大幅度增加 采用钢结构的 高层建筑也不断增多 2 钢结构 钢结构工程实例 缺点 用钢量大 造价很高 而且耐火性能差 10 更为合理的高层建筑结构为钢和钢筋混凝土相结合 的组合结构和混合结构 这种结构可以使两种材料互相 取长补短 取得经济合理 技术性能优良的效

5、果 3 钢 钢筋混凝土组合结构 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 进一步减轻结构重量 提高结构延性 1 优点 11 2 部分抗侧力结构用钢结构 另一部分采用钢筋混凝 土结构 或部分采用钢骨钢筋混凝土结构 1 用钢材加强钢筋混凝土构件 钢骨钢筋混凝土构件 钢管钢筋混凝土构件 2 类型 12 钢骨钢筋混凝土构件 13 组合结构 14 组合结构是用钢材来加强钢筋混凝土构件的强度 钢材放在构件内部 外部由钢筋混凝土做成 成为钢 骨 或型钢 混凝土构件 组合结构 也可在钢管内部填充混凝土 做成外包钢构件 成为钢管混凝土 前者可充分利用外包混凝土的刚度和耐火性

6、能 又可利用钢骨减小构件断面和改善抗震性能 现在应 用较为普遍 例如 北京的香格里拉饭店就采用了钢 骨混凝土柱 15 钢管混凝土结构 工程实例 1 美国西雅图 双联广场大厦 58层 四根大钢管混凝土柱 混凝土抗压强度133Mpa 直径3 05m 管壁厚30mm 承受60 竖向荷载 16 钢管屈曲破坏 钢管钢筋混凝土构件 17 混合结构是部分抗侧力结构用钢结构 另一部分采用 钢筋混凝土结构 或部分采用钢骨混凝土结构 多数情 况下是用钢筋混凝土做筒 剪力墙 用钢材做框架梁 柱 钢 钢筋混凝土混合结构 上海静安希尔顿饭店 钢筋混凝土筒体 钢框架 香港中国银行 钢骨钢筋混凝土角柱 横梁及斜撑为钢结构

7、18 2 1 2 结构体系概述 1 高层建筑结构选型的主要内容 选择合适的竖向承重结构 结构体系 选择合适的水平承重结构 选择合适的基础结构 a 平面布置 b 竖向布置 a 楼盖 b 屋盖 基础型式 19 结构体系 结构抵抗外部作用的构件组成方式 筒体结构体系 高层建筑常用的结构体系有 框架结构体系 剪力墙结构体系 框架 剪力墙结构体系 2 常见结构体系 多束筒体结构体系 巨形框架 20 常用的结构体系 框架筒体结构组合筒体结构剪力桁架与 框桥架结构 交错钢结构 钢结构 框架结构 剪力墙结构框架 剪力 墙结构 框架 筒体结构筒中筒结构 成束筒结构 筒体结构悬挂结构 巨型框架 结构 应力蒙皮 结

8、构 钢筋混凝土结构 21 新高规 未纳入 在国内尚欠成熟的一些新型结构体系 1 异型框架结构 暂不列入 2 全短肢剪力墙结构 不应采用 3 巨型框架 巨型桁架 悬挑和悬挂结构 4 隔震和减振结构 22 2 1 3 框架结构体系 由梁 柱构件通过结点连接组成的结构称为框 架 整幢结构都由梁 柱构件组成的结构体系 称 框架结构 1 概念 23 框架结构的墙体 填充墙 24 框架工程实例 框架结构是多层房屋的主要结构形式 也是高层建筑的基本结构体系 25 框架结构平面布置图 26 填充墙为非结构构件 不承重 27 2 在水平力下的变形特性 抗侧刚度较小 侧移较大 侧移组成 A 剪切变形 框架整体受剪

9、 引起梁柱 弯曲产生 变形曲线如图2 1 B 弯曲变形 框架整体受弯 引起柱子 轴向拉压产生 变形曲线如图2 2 28 单线条表示 框架变形示意 29 当高宽比H B 4时 框架结构以剪切变形为主 其整体位移曲线呈剪切型 见图2 1 u层间位移随楼层增高而减小 变形特点 H 30 3 优缺点 优点 建筑平面布置灵活 可以做成有较大空间的场 所 外墙用非承重构件 可使立面设计灵活多变 构 件类型少 易于标准化 定型化 现浇整体性好 抗 震好 缺点 侧向刚度较小 侧移较大 在地震区 即使 设计成延性框架 也会引起非结构构件的破坏 4 适用范围 非地震区和层数较少的建筑 31 位于马来西亚吉隆坡的双

10、塔高层 建筑 85层 高450m 钢筋混凝 土结构 朝鲜平壤市的柳京饭店 地面以 上101层 高305 4m 钢筋混凝 土结构 世界 第3 中环广场 1992 建筑高度 374 米 建设地点 香港 78层 钢筋砼结构 世界最高钢筋混凝土结构 32 这栋78层高连同3层地下室的混 凝土办公建筑群是当时全球最高的混 凝土工程 建筑名称 中环广场 1992 建筑高度 374 米 建设地点 香港 层数 78 finished 1992 结构 钢筋砼结构 总建设资用为141亿美元 高层钢筋砼结构工和实例 33 剪力墙结构体系是利用建筑物墙体承受竖向与水平荷载 并作 为建筑物的围护及房间分隔构件的结构体系

11、 2 1 4 剪力墙结构体系 1 概念 l剪力墙的刚度 它在自身平面内的刚度大 强度高 整体性好 在水平荷载作用下侧向变形小 由墙体承受全部水平荷载和竖向荷载的结构 称 l剪力墙在抗震结构中也称抗震墙 自身平面内刚度大平面外刚度很小 忽略 34 剪力墙刚度大 强度高 整体性好 在水平荷载作用下侧向 变形小 抗震性能较强 剪力墙结构采用大模板或滑升模板等先进方法施工时 施速 度很快 可节省在框架结构中大量的砌筑填充墙等工作量 l剪力墙抗震性能较强 在国内外历次大地震中 剪力墙结构体系表现出良好的抗震 性能 且震害较轻 因此 剪力墙结构在非地震区或地震区的高 层建筑中都得到了广泛的应用 在地震区1

12、5层以上的高层建筑中采用剪力墙是经济的 l剪力墙结构高度 在非地震区采用剪力墙建造建筑物的高度可达140m 目前我国10 30层的高层住宅大多采用这种结构体系 35 弯曲变形剪切变形 2 在水平力下的变形特性 抗侧刚度大 侧移小 侧移组成 以弯曲变形为主 其位移曲线呈 弯曲型 不同结构的变形图 层间位移随楼 层增高而增加 层间位移 36 4 适用范围 广泛应用于非震区和地震区高层住宅建筑 缺点 间距小 平面布置不灵活 自重较大 3 优缺点 优点 刚度大 侧移小 空间整体性好 房内无梁 柱棱角 整体美观 37 剪力墙结构工程实例 广州白云宾馆宾馆 36004000 80008000 66000

13、3000360003000 660008000 8000 4000 3600 70000 7850 7850 2300 33层 112 45米 剪力墙结构 1976年建成 国 内首栋百米高层 38 剪力墙结构体系 39 特殊情况下 为了在建筑底部做成较大空间 有时将 剪力墙底部做成为框架柱 形成框支剪力墙 框支剪力墙 但是这种墙体上 下刚度形成突变 对抗震极为不利 故在地震区不允许采用框支剪力墙结构体系 可以采用部剪 力墙分落地 部分剪力墙框支的结构体系 并且在构造上 落地墙布置在两端或中部 纵 横向连接围成筒体 落地墙间距不能过大 落地剪力墙的厚度和混凝土的等级要适当提高 使整体 结构上 下

14、刚度相近 应加强过渡层楼板的整体性和刚度 40 按JGJ3 2002 P69 页 第7 1 2 8附注的定义 剪力墙墙肢的截 面高度与墙厚度之比为5 8时为短肢剪力墙 3为柱 3 5为 异型柱 大于8才算剪力墙 普通剪力墙 短肢剪力墙 异型柱 3 短肢剪力墙变形接近于剪力墙 但延性不同 普通剪力墙最大 其次是短肢剪力墙 异性柱最小 所以它们适用范围也不同 构造 也不同 它们主要区别表现在受力变形破坏形式不同 1异性柱受力变形接近于框架柱 即为剪切变形 计算时 应按柱输入 2 普通剪力墙受力变形是剪弯变形 计算时按墙输入 41 2 1 5 框架 剪力墙结构体系 1 概念 在框架结构中设部分剪力墙

15、 使框架和剪力墙两者 结合起来 取长补短共同抵抗水平荷载 即称为 如果将单片的剪力墙布置成筒体 又称为框架 筒体 结构体系 竖载 框架和剪力墙共同承受 2 受力变形特性 水平载 框架最少应20 剪力墙最大80 42 框架 剪力墙结构体系 43 框 剪 通过楼板协调 其变形曲线为弯剪型 l层间变形趋于均匀 l层间剪力趋于均匀 l各层梁柱截面尺寸 配筋 均匀 剪力墙 框架 框架 剪力墙 不同结构的变形图 反 S 弯 剪型位 移曲线 框架 剪切型 剪力墙 弯曲型 特点 框 剪结构变形特点 44 较框架而言 刚度和承载力提高 层间变形减小 减小非结构构件的破坏 广泛应用于非震区和地震区的高层建筑 3

16、优点 4 适用范围 45 上海明天广场场 60层 238m 最高的框架 剪力墙结构 98年建成 46 框 剪 框架 筒体 结构体系中 剪力墙的布置 注意以下几点 剪力墙必须双向布置 且以对称布置为好 可减少结构的扭转 这一点在地震区尤为重要 剪力墙应上下贯通 使结构刚度连续而且变化均匀 剪力墙宜布置成筒体 建筑层数较少时 也应将剪力墙布置 成T型 L型 I型等 便于剪力墙更好地发挥作用 剪力墙应布置在结构的外围 可以加强结构的抗扭作用 但 是考虑温度应力的影响和楼板平面内的变形 剪力墙的间距不 应过大 剪力墙间距应符合表1 3的要求 47 横向剪力墙的最大间距 表2 1 B为楼板宽度 楼盖形式 非抗震设 计 抗震设计设防烈度 6 7度8度9度 现浇 5B 60m 4B 50m 3B 40m 2B 30m 装配整体 3 5B 50m 3B 40m 2 5B 30m 48 筒体结构为空间受力体系 筒体的基本形式有三种 实腹筒 框筒及桁架筒 2 1 6 筒体结构特性 随着H的增加 水平地震作用也增大 就需要抗侧 刚度很大的筒体结构 l 在实腹筒的墙体上开出许多规则的窗洞所形成的开孔筒体称 为