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1、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n1 绪论绪论n n2 2 高层建筑结构体系及结构布置高层建筑结构体系及结构布置n3 荷载作用与结构设计原则荷载作用与结构设计原则n4 框架结构设计n5 剪力墙结构设计n6 框架剪力墙结构设计n7 筒体结构设计简介n8 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n2.1 高层建筑的结构体系n2.2 结构总体布置原则结构总体布置原则n2.3 基础结构布置n2.4 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 框架结构体系框架
2、结构体系高层建筑结构2 高层建筑结构体系与结构布置n梁、板、柱全现浇框架n板预制，梁、柱现浇框架n梁、板预制，柱现浇的半装配式框架n梁、板、柱全预制的装配式框架2.1.1 框架结构体系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n现浇框架框架结构2.1.1 框架结构体系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n 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。n 侧向变形以剪切变形（梁、柱弯
3、曲变形）为主。2.1.1 框架结构体系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n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。n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。n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。n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n框架结构 典型平面 2.1.1 框架结构体系框架结构体系高层建筑结构
4、2 高层建筑结构体系与结构布置n实例：北京长城饭店2.1.2 剪力墙结构体系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n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n 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。n 剪力墙的间距受到楼板构件跨度的限制，一般为38m ，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。n 剪力墙结构比框架结构刚度大，空间整体性好，用钢
5、量 省，具有良好的抗震性能。2.1.2 剪力墙结构体系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n 高层剪力墙结构以弯曲变形 为主。n 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n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北京兆龙饭店2.1.3 框架剪力墙结构框架剪力墙结构高层建筑结构2 高层建筑结
6、构体系与结构布置n 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n 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 2.1.3 框架剪力墙结构框架剪力墙结构高层建筑结构2
7、 高层建筑结构体系与结构布置n框架剪力墙结构中剪力墙的布置：v单片、L、I形或布置成筒形；v地震区，纵横向布置的剪力墙数量要尽可能接近；v剪力墙靠外围布置，可加 强结构抗扭作用；v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结构的变形特征v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
8、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
9、巨型结构体系结构体系高层建筑结构2 高层建筑结构体系与结构布置n1）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uu台北台北101101大厦大厦16.4m16.4m6m6m10.5m55.3m68.9MPa砼巨型柱29层结构平面701.2m2.6m1.6m1.6m2.1.5 巨型结构体系结构体系高层建筑结构2 高层建筑结构体系与结构布置uu台北台北101101大厦大厦2790层结构平面11.5m11.5m22.5m45.5m8792层间 设5.5m132t 摆锤减振2.1.5 巨型结构体系结构体系高层建筑结构2 高层建筑结构
10、体系与结构布置2.1.5 巨型结构体系结构体系高层建筑结构2 高层建筑结构体系与结构布置n2）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。u 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
11、 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。u 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 2.2.1 房屋
12、的高度和高宽比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）结结构类类型非抗震6度7度8度 0.2g/0.3g9度框架70605040/35框架-剪力墙墙150130120100/8050剪力 墙墙全部落地剪力墙墙150140140120120100/806060部分框支剪力墙墙13012012010010080/5080/50不应应采用筒体框架框架- -核芯筒核芯筒160150150130130100/90100/907070筒中筒200180180150150120/100120/1008080板柱板柱- -抗震抗震墙墙墙墙110
13、8080707055/4055/40不不应应应应采用采用2.2.1 2.2.1 房屋的高度和高宽比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 2.2.1 房屋的高度和高宽比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结构体系非抗震6、7度8度9度框架543板柱板柱- -剪力剪力墙墙墙墙654框架-剪力墙墙、剪力墙墙7654框架框架- -核芯筒核芯筒8764筒中筒88752.2.2 2.2.2 结构的平面布置原则结构的平面布置原则高层建筑结构
14、2 高层建筑结构体系与结构布置l 结构平面布置基本原则：简单、规则、对称简单、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 2.2.2 结构的平面布置原则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、规则简单、规则 对称对称表2.6 平面各部 分尺寸限值 2.2.3 2.2.3 结构的竖向布置原则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q 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
15、变楼层承载力突变q 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 2.2.3 结构竖向布置原则结构竖向布置原则2 高层建筑结构体系与结构布置q侧向刚度不规则Ki第i层的侧向刚度2.2.3 2.2.3 结构竖向布置原则结构竖向布置原则2 高层建筑结构体系与结构布置q侧向刚度不规则q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%。q竖向抗侧力构件不连续q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 2.2.3 结构竖向布置原则结构竖向布置原则2 高层建筑结构体系与结构布置qq楼层承载力突变楼层承载力突
16、变Qy,i层间受剪承载力2.2.3 2.2.3 结构竖向布置原则结构竖向布置原则2 高层建筑结构体系与结构布置qq竖向刚度突变的原因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 2.2.3 结构竖向布置原则结构竖向布置原则2 高层建筑结构体系与结构布置qq结构竖向收进和外挑示意结构竖向收进和外挑示意2.2.3 2.2.3 结构竖向布置原则结构竖向布置原则2 高层建筑结构体系与结构布置q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
