力学与结构_16混凝土多高层建筑结构

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1、 第16章 混凝土多高层建筑结构3.1第16章 混凝土多高层建筑结构返回总目录返回总目录 第16章 混凝土多高层建筑结构3.2 多高层建筑结构的特点和结构类型 多高层建筑结构体系的总体布置原则 多高层建筑结构的荷载 框架结构的内力和位移计算 多高层建筑结构抗震设计要点本章内容第16章 混凝土多高层建筑结构3.3教学要求：本章要求学生掌握多高层建筑结构的特点、总体布置原则、结构类型及适用范围；各种荷载的计算方法；抗震设计要点及 构造措施。重点掌握底部剪力法。第16章 混凝土多高层建筑结构3.4本节重点介绍多高层建筑的概念、结构类型、特点、适用范围以及选型原则。 随着社会生产力和现代科学技术的发展

2、，在一定条件下出现了高层建筑。从20世纪90年 代到21世纪初，我国高层建筑有了很大的发展，一批现代高层建筑以全新的面貌呈现在人们面前。由于高层建筑具有占地面积小、节约市政工程费用、节省拆迁费、改变城市 面貌等优点，为了改善城市居民的居住条件，在大城市和某些中等城市中，多高层住宅 发展十分迅速，主要用于住宅、旅馆以及办公楼等建筑。但是对于多少层数、多大高度的建筑才算高层建筑，目前世界各国尚没有统一划分 标准和界限。我国高层建筑混凝土结构设计规程(JGJ 32002)(简称高规)规定 了高层建筑的范围即10层及10层以上或房屋高度超过28m的非抗震设计和抗震设防烈度 为6至9度抗震设计的高层民用

3、建筑结构(其适用的房屋最大高度和结构类型应符合规程的 有关规定)。随着社会主义经济建设的迅速发展，全国各地高层建筑似雨后春笋般拔地而起，大大改变了我国一些大城市的面貌。同时人们不断地追求着建筑造型的新颖、建筑 的多功能以及多用途，使得多高层建筑不再单一化，出现了很多体型复杂以及内部空间 多变的多高层建筑，除矩形、一字形以外，还出现了“Z”、“Y”等复杂体型。多高层建筑结构的特点和结构类型第16章 混凝土多高层建筑结构3.5在我国内地具有代表性的高层建筑是：1976年在广州建成33层的白云宾馆，其中地下室1层， 总高度为m，钢筋混凝土剪力墙结构，是20世纪70年代国内的最高建筑；1985年建成的

4、深圳国 际贸易中心大厦共53层，其中地下室3层，高m，钢筋混凝土筒中筒结构，这是我国20世纪80年 代最高的建筑，如图16.1所示；1996年建成的深圳地王商业大厦共81层，高m，是当时全国最高 的建筑，如图16.2所示；1998年建成的上海金茂大厦共88层，高m，是目前全国第一、亚洲第二 、世界第三的摩天大楼，如图16.3所示。图16.1 深圳国际贸易中心大厦多高层建筑结构的特点和结构类型第16章 混凝土多高层建筑结构3.6图16.2 深圳地王商业大厦多高层建筑结构的特点和结构类型第16章 混凝土多高层建筑结构3.7图16.3 上海金茂大厦多高层建筑结构的特点和结构类型我国高层建筑的迅速发展

5、，建筑高度的不断增加，建筑类型和功能愈来愈复杂，结构体系更 加多样化，所有这些都显示我国多高层建筑结构 设计和施工技术水平有了很大的 提高。 一、 多高层建筑结构的特点(1) 从受力角度出发，多高层建筑结构的主要特点是：随着建筑层数的增高，建筑物承受的水 平侧向荷载将逐渐成为结构设计的控制因素。一 般结构通常同时承受垂直荷载、水平荷载(风荷载 和地震作用)。在低层结构中，垂直荷载起控制作用，而水平荷载所产生的内力和位移都很小，一 般可以忽略； 第16章 混凝土多高层建筑结构3.8在多高层结构中，水平荷载产生的内力和位移逐渐增大；随着建筑层数的增加，水平荷载 的影响比垂直荷载的影响增加得快，因此

6、在高层建筑中，风荷载和水平地震作用将成为控 制因素。正确认识多高层建筑的这一特点，对设计好多高层建筑影响颇大，在高层建筑结 构体系中，必须采用可靠的抗侧力结构体系来有效抵抗水平荷载的作用。(2) 高层建筑对变形要求高。高层建筑在水平荷载作用下将会产生较大的侧向位移，如这种位移过大，势必将影响结构的强度、稳定性和建筑的使用条件。因此，对于高层建 筑的水平位移必须加以限制，使其具有足够的建筑刚度。(3) 从材料的应用及施工角度出发，多高层建筑结构宜选用轻质、高强的材料，并应采用更先进的施工技术和机具。(4) 从设计角度出发，多高层建筑结构设计除计算设计、构造设计外，应特别重视“概 念设计”。因为对

7、高层建筑而言，一些复杂部位或不确定因素的作用是无法通过计算分析来进行设计的，这就需要通过概念设计的方法来解决问题，即正确确定建筑结构方案、进 行合理的结构布置、选择对抗震有利的地段、选用整体性较好的基础形式等。多高层建筑结构的特点和结构类型第16章 混凝土多高层建筑结构3.9在多高层建筑结构中，风荷载和水平地震作用所产生的侧向力成为其主要控制，因此多高层建筑结构设计的关键问题就是应设置合理形式的抗侧力构件及有效的抗侧力结构体系，使结 构具有相应的刚度来抵抗侧向力。多高层建筑结构中基本的抗侧力单元是：框架、剪力墙、井 筒、框筒及支撑。在确定高层建筑结构体系时应遵守以下原则：(1) 应具有明确的计

8、算简图和合理的水平地震作用传递途径。(2) 应具有多道抗震防线，避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力。(3) 应具有必要的强度和刚度、良好的变形能力和能量吸收能力，结构体系的抗震能力表现在强度、刚度和延性恰当地匹配。(4) 具有合理的刚度和强度分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。(5) 宜选用有利于抗风作用的高层建筑体型；即选用风压较小的建筑体型形状。(6) 高层建筑的开间、进深尺寸和选用的构件类型应减少规格，符合建筑模数。高层建筑的建筑平面宜选用风压较小的形状，并考虑邻近建筑对其风压分布的影响。二、多高层建筑结构的结构类型多高层建筑结构

9、的特点和结构类型第16章 混凝土多高层建筑结构3.10(7) 高层建筑结构的平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心；平面长度L及结构平面外伸部分长度均不宜过长；竖向体型应力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内收使竖向刚度突变 以致在一些楼层形成变形集中而最终导致严重的震害。 多层建筑结构多采用砌体结构或框架结构，高层结构常采用的结构类型有如下几种。1. 框架结构体系由承担荷载的梁、柱构件组成的称为框架结构体系。框架结构的优点：建筑平面布置灵活，可以形成较大的空间，平、立面布置设计灵活多变( 如图16.4所示)。多高层建筑结构的特点和结构类型图16.4 框架结构体系典型平面图第16章 混凝土多高层建

10、筑结构3.11多高层建筑结构的特点和结构类型框架结构的缺点：框架结构的抗侧刚度较小，水平位移大，从而限制了框架结构的使用高度。同时高层框架结构在地震区，容易发生非结构构件的破坏。但可以选用重量轻且 又能承受较大变形的隔墙材料，并通过合理的设计，使钢筋混凝土框架结构获得良好的延 性，提高其抗震性能。在高度不大的高层建筑中，框架结构体系是一种较好的体系。在我国目前的情况下， 框架结构以建造15层以下为宜。2. 剪力墙结构体系由钢筋混凝土墙体互相连接构成的用以承担重力荷载及抵抗水平荷载的结构称为剪力 墙结构体系，剪力墙又称为抗震墙或结构墙，同时也作为围护及内部房间的分隔构件(如图 16.5所示)。剪

11、力墙结构的优点：现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好、施工速度快、抗侧刚度大，在水平荷载下侧向变形小，承载力容易满足，适于建造较高的建筑，具有良好的抗震 性能，用钢量较省。与框架结构体系相比，施工相对简便与快速。剪力墙结构的缺点：由于剪力墙间距较小，不能形成较大的空间，平面布置不灵活， 不能满足公共建筑的使用要求，较适用于建造1230层的高层住宅或高层公寓等。此外，结构自重较大，且抗侧刚度较大，结构自振周期较短，导致较大的地震作用。第16章 混凝土多高层建筑结构3.123. 框架-剪力墙结构在框架结构体系中的一定位置，设置一定数量的剪力墙， 使框架和剪力墙两者结合起来，共同抵抗水平荷载，称为框架

12、- 剪力墙结构体系。他使得框架和剪力墙这两种结构可互相取长 补短，既能提供较大较灵活布置的建筑空间，又具有良好的抗 震性能，因此此种结构体系已得到广泛应用(如图16.6所示)。框架-剪力墙结构体系的优点：综合了框架结构和剪力墙 结构的优点，其刚度和承载力比框架结构都大大提高，减小了 结构在地震作用下的层间变形，使此种结构形式可用于较高(10 20层)的高层建筑。图16.5 剪力墙结构平面布置多高层建筑结构的特点和结构类型图16.6 框架-剪力墙结构平面布置第16章 混凝土多高层建筑结构3.13由于剪力墙承担了大部分水平力，是主要的抗侧力单元，因此在剪力墙的布置时，应注意对称、周边、均匀、分散及

13、上下贯通、水平对齐的原则。过多增加剪力墙的数量是不经济的， 因此，在一般工程中，以满足位移限制作为设置剪力墙数量的依据。4. 筒体结构由剪力墙组成的封闭墙体(允许开洞)称为筒体。基本形式有三种：框筒、筒中筒及成束筒( 如图16.7所示)。解得 图16.7 筒体结构的多种形式多高层建筑结构的特点和结构类型第16章 混凝土多高层建筑结构3.14筒体结构的优点：筒体结构具有空间受力的性能，因此比单片平面结构具有更大的抗侧刚度 和承载力以及很好的抗扭刚度。当建筑物的层数多、高度大、抗震设防烈度高时，采用前几种结 构体系往往难以满足要求，此时就可以采用筒体结构体系。5. 新型材料和结构体系随着高层建筑的

14、迅速发展，层数越来越高，结构体系越来越新颖，建筑造型越来越丰富多样 ，因此有限的结构体系已经不能适应新的要求。为了满足当今高层建筑的要求，必须要求设计者 在材料和结构体系上不断地创新。1) 建筑结构“轻型化”目前我国高层建筑采用的普通钢筋混凝土材料总的来讲自重偏大，因此减轻建筑物的自重是 非常有必要的。减轻自重有利于减小构件截面，节约建筑材料；有利于减小基础投资；有利于改 善结构抗震性能等。我们除了可以通过选用合理的楼盖形式、尽量减轻墙体的重量等措施外，还可以对承重构件 采用轻质高强的结构材料。如钢材、轻骨料混凝土以及高强混凝土等。2) 柱网、开间扩大化为了使高层建筑能充分利用建筑空间、降低造

15、价，我们应从建筑和结构两个方面着手扩大空 间利用率。不但从建筑上布置大柱网，而且从结构功能出发，尽量满足大空间的要求。当然，柱 网、开间的尺寸并不是越大越好，而是以满足建筑使用功能为度，并同时以满足结构承载力与侧 移控制为原则。多高层建筑结构的特点和结构类型第16章 混凝土多高层建筑结构3.153) 结构转换层集吃、住、办公、娱乐、购物、停车等为一体的多功能综合性高层建筑，已经成为现代高 层建筑的一大趋势。其结构特点是：下层部分是大柱网，而较小柱网多设于中、上层部分。由 于不同建筑使用功能要求不同的空间划分布置，相应地，要求不同的结构形式之间通过合理地 转换过渡，沿竖向组合在一起，就成为多功能

16、综合性高层建筑结构体系的关键技术。这对高层 建筑结构设计提出了新的问题，需要设置一种称为“转换层”的结构型式，来完成上下不同柱网 、不同开间、不同结构形式的转换，这种转换层广泛应用于剪力墙结构及框架-剪力墙等结构体 系中。4) 结构体系巨型化当前无论国内、国外，高层建筑的高度大幅度增长，趋势是越来越高，面对这种情况，一 般传统的三种结构体系框架、剪力墙、框架-剪力墙结构体系已经难以满足要求，需要能适应超 高、更加经济有效的抗风、抗震结构体系。近年来，为适应发展需要，在一些超高层建筑工程 实践中，已成功应用了一些新型的结构体系，如巨型框架结构体系、巨型支撑结构体系等，根 据其主要特点，可归结为“结构巨型化”。5) 型钢混凝土的应用型钢混凝土结构又称钢骨混凝土结构。它是指梁、柱、墙等杆件和构件以型钢为骨架，外 包钢筋混凝土所形成的组合结构。在这种结构体系中，钢筋混凝土与型钢形成整体，共同受力 ；而包裹在型钢外面的