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1、第 2章抗侧力结构与布置,一、高层建筑的结构体系,（1）结构体系 结构抵抗外部作用的构件 组成方式 （2）高层建筑的基本的抗侧力单元,剪力墙结构体系,优点： 空间大、布置灵活，造价低、延性好、计算 b 理论成熟,缺点：1)抗侧移刚度小，水平侧移较大，建造高度有限 2)抗震性能差，地震中非结构构件(如建筑装饰、填充墙、设备管道等)破坏比较严重，维修费用高。 3)没有稳定措施（缺乏二道防线）,适用范围：520层，多、高层住宅、饭店、办公楼及其它公共建筑均可。,1、框架结构（frame structure）体系（含板柱体系）,框架结构：由梁柱通过刚性连接所组成的结构体系。,框架结构属于柔性结构。,框
2、架结构（frame structure）体系,框架结构（frame structure）体系,框架结构（frame structure）体系,水平荷载作用下变形：剪切形为主,框架结构体系,典型的框架体系平面图,平面形状复杂的框架平面图,框架结构体系,平面形状复杂的框架平面图,板柱结构体系,特点：传力途径更简捷，可有效增加净空高度。,缺陷：节点处受到柱集中力作用，对板抗剪不利。,适用范围：仓库，停车场，层高受到限制的场合。,框架结构体系,柱帽,2、剪力墙结构体系,剪力墙结构：纵横方向的混凝土墙体组成 抗侧力体系,2、剪力墙结构体系,1）全落地剪力墙体系 优点：整体性好，刚度大，侧移小，用钢量较省
3、，抗震性能好 缺点：自重大，基础处理要求较高，不利于布置大开间房间，不能满足公共建筑的使用要求 适用范围：1030层高层公寓式住宅、旅馆。 剪力墙结构体系属刚性结构。,典型剪力墙体系平面布置图,剪力墙结构在水平荷载作用下的变形 （弯曲形为主）,框支剪力墙结构,2）框支剪力墙体系,全落地剪力墙体系缺点：平面布置受限 解决方法：底部大空间剪力墙结构（框支剪力墙） 底部若干层部分剪力墙取消,2）框支剪力墙体系,特点： 上刚下柔结构,底层刚度削弱、刚度突变,形成薄弱层； 地震区不允许单独采用； 在地震区只能做成部分剪力墙框支，部分剪力墙落地。 避免刚度突变的措施 把框架层扩展为2-3层，随层逐渐变化
4、刚度差异（限制落地剪力墙的比例和剪力墙之间的间距） 转换层（板式转换和梁式转换）,3、框架-剪力墙(筒体)结构体系,框剪：在框架结构中布置少量的剪力墙形成,3、框架-剪力墙结构体系,特点： 剪力墙（核心筒）承担大部分水平力(8090)，是主要的抗侧力构件，框架承担竖向荷载，提供较大的空间，既具有框架结构布置灵活、方便使用的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力。 优点： 受力合理，各层层间变形均匀，可形成较大使用空间。 适用范围： 1025层各类公共建筑。框架-筒体可到3040层,3、框架-剪力墙结构体系,在侧向荷载作用下的框架-剪力墙变形,4、筒体结构体系,筒体结构： 一个或多个筒体来抵抗水平
5、力的结构 筒体的构成： 剪力墙组成空间薄壁筒体 框架柱形成密柱框筒 特点： 空间抗刚度,抗扭性很好 适用30层以上 长/宽2，截面尺寸接近正方形、圆形、正多边形较好,4、筒体结构体系,分类 框筒结构 桁架筒结构 框架筒体结构 筒中筒结构 多筒结构 1931年102层帝国大厦：钢框架剪力墙体系，用钢量2.06kN/m2 1972年110层世界贸易中心：筒中筒结构体系，用钢量1.81kN/m2 1974年110层西尔斯大楼：钢成束筒结构体系，用钢量1.61kN/m2,1）框筒结构,框筒结构：密柱和深梁 特点： 内柱：竖向荷载 外筒：水平荷载 柱距：一般3m 框筒梁比较高 开洞面积在60%以下,1）
6、框筒结构,剪力滞后效应：翼缘框架柱中轴力分布不均匀，两边大、中间小的不均匀现象 影响因素：梁宽、荷载、弹性模量、侧板和翼缘的相对刚度 原因：连梁的柔性产生剪力滞后现象，使角部的柱子轴向应力增加而中间的柱轴向应力减小 不利结果：柱受力不均匀，板翘曲，减小框筒的侧向刚度和承载能力，不能发挥材料的作用，不经济,框筒柱轴力分布曲线,实腹筒轴力分布曲线,翼缘框架,腹板框架,（2）框架筒体结构,框架筒体结构：外框架和内筒体的组合(实际上也是框架一剪力墙结构的一种形式) 其受力特点与框架剪力墙结构也基本一样， 竖向荷载：框架和筒体 水平荷载：筒体,2019/1/12,30,（2）框架筒体结构,上海金贸大厦,
7、框架筒体结构，共88层，高420.5米，用于办公、宾馆。,2019/1/12,31,（2）框架筒体结构,内筒为八角形钢筋混凝土核心筒，外筒由八根复合巨型柱、8根钢柱，用钢量0.7kN/m2,（3）筒中筒结构,筒中筒结构：薄壁内筒和密柱外框筒（桁架筒）组成，抗风、抗震能力好,框筒体系,筒中筒体系,2019/1/12,33,深圳国际贸易中心大厦，50层，158m，钢筋混凝土筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成,（3）筒中筒结构,2019/1/12,34,广东国际大厦，63层，200m，钢筋混凝土内筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成,（3）筒中筒结构,（4）多筒结构,束筒结构：由若干个筒体组合在一起的空间
8、刚度极大的结构。,(c)多重筒结构,(d)成束筒结构,芝加哥西尔斯大厦 共80层，高322米，混凝土结构，商用办公楼,5、框架支撑结构,在框架中设置支撑斜杆，即为支撑框架，一般用于钢结构。由框架和支撑框架共同承担竖向荷载和水平荷载。,6、巨型结构,由两级结构组成 一级为：跨越若干楼层的巨梁、巨柱（超级框架）或巨型桁架，提供较大的抗侧刚度和承载力承受水平力和竖向荷载； 二级：其它楼层梁柱，承受竖向荷载并将荷载产生的内力传递到一级结构上,框架的梁、柱截面加大 把一栋高层结构分成很少的几层,1）巨型框架结构,（2）巨型桁架结构,沿房屋周边布置大型立柱，形成空间桁架主要的承重框架 -承担大部分竖向和水
9、平荷载 主要的框架内设置小的框架 实例： 芝加哥的约翰汉考克大厦，100层，用钢量1.45kN/m2 香港中国银行，钢斜撑、钢梁、钢骨组合混凝土柱的空间桁架体系，用钢量1.4kN/m2,香港中国银行大厦,蒙皮结构体系,金属薄板（蒙皮）与肋共同工作，形成壳体，蒙皮在自身平面内有很大的拉、压和剪切强度,二、抗侧力结构布置,A级高度高层建筑适用最大高度,二、高层建筑最大适用高度,B级高度高层建筑适用最大高度,三、高层建筑高宽比限制(HB),A级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比,B 级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比,三、高层建筑高宽比限制(HB),四、结构总体布置,位于地震区混凝土结构高
10、层建筑，其结构体系应符合下列原则: （1）传力途径合理； （2）明确的计算简图； （3）具有多道抗震防线； （4）采用立体构件； （5）实现总体屈服机制； （6）满足抗震设计4准则，即“强节弱杆”、“强柱弱粱（强竖弱平）”、“强剪弱弯”和“强压弱拉”； （7）增加结构超静定次数； （8）良好的延性； （9）竖向等强设计。,四、结构总体布置,(一)、结构平面布置原则（简单、规则、对称、均匀） 板式平面：宽度小而长度较大的房屋（控制长宽比） 塔式平面：长宽较接近的建筑物 平面布置要求：有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，受力明确，传力途径清楚；力争均匀对称，减少扭转影响 平面形状宜简单、规则、对称，尽量
11、避免过大的外伸、内收避免地震影响 总长度L：避免两端振动不一致使建筑物破坏 平面外伸：凹角部分容易产生应力集中（楼板加强，且凹角和端角不宜设楼电梯间 抗侧力结构布置时，宜对称、均匀，使刚度中心与荷载作用中心尽量接近避免产生扭矩 筒体结构多采用正多边形、圆形、矩形和等边三角形,L,B,2019/1/12,49,四、结构总体布置,选择有利于抗震的结构平面,2019/1/12,50,四、结构总体布置,抗震不利结构平面,不对称突出部分过长,L/B过长,突出部分过长,2019/1/12,51,四、结构总体布置,抗震不利结构平面,2019/1/12,52,四、结构总体布置,(二)、结构竖向布置的要求 高宽
12、比限制：保证建筑物在水平力作用下不发生倾覆，保证建筑物的整体稳定性 布置原则：结构的强度、刚度宜均匀、连续、不突变,竖向刚度突变的原因 1、结构竖向体形突变 （1）顶部收进形成塔楼，小塔楼因鞭梢效应而放大地震作用，且塔楼的质量和刚度越小，地震放大越明显 （2）楼层外挑内收，结构刚度和质量变化大，地震作用下易形成薄弱环节,2019/1/12,53,四、结构总体布置,(二)、结构竖向布置的要求,2、结构体系的变化 （1）底部大空间要求，底层若干层剪力墙不落地，产生刚度突变（措施：尽量增加落地剪力墙、柱、筒体截面尺寸，提高混凝土等级，减少刚度变化） （2）中部楼层部分剪力墙中断不宜超过1/3，不允许
13、超过1/2，墙体加强 （3）顶部大空间高振型影响显著,2019/1/12,54,四、结构总体布置,竖向规则建筑要求： 当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的 0.75倍。 下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的 0.9倍,且水平外挑尺寸a不宜大于4m。,2019/1/12,55,四、结构总体布置,选择有利于抗震的竖向布置 刚度均匀而连续，避免刚度突变,2019/1/12,56,四、结构总体布置,平面不规则 扭转不规则 楼板凹凸不规则 楼板局部不连续,不规则结构,竖向不规则 侧向刚度不规则 竖向
14、抗侧力构件中断 楼层承载力突变,2019/1/12,57,五、缝的设置和基础,温度缝、沉降缝、防震缝 设缝原则: 1)力争不设；2）尽量少设；3）非设不可时，多缝合一； 4）设缝要彻底（距离要留足） 1、温度缝：防止结构因温度变化和混凝土干缩变形产生裂缝（基础以上上部结构断开） 不设温度缝的措施： 温度影响较大部位提高配筋率 阳光直射屋面加厚屋面隔热保温层，或架空通风屋面 顶层局部设温度缝 设置施工后浇带,伸缩缝最大间距,后浇带：高标号混凝土；主体混凝土浇注后两个月；贯通结构横截面；位置应为结构受力影响最小，且曲折延伸避免全部钢筋同截面搭接,后浇带,2019/1/12,60,五、缝的设置和基础
15、,温度缝、沉降缝、防震缝 2、沉降缝：由于可能产生地基不均匀沉降（基础与上部结构均断开） 沉降差异的处理方法： 设置沉降缝 问题：结构、建筑、施工困难，防水防渗难 刚性很大的基础 问题：不经济 设计、施工中采用措施调整沉降差异，减少沉降产生的结构内力 后浇带、采用不同的基础形式调整沉降差、裙房做在主体悬挑基础上,2019/1/12,61,五、缝的设置和基础,3、抗震缝：抗震设防的建筑物，当建筑的平面、层数、质量、刚度差异较大，或错层时（基础以上上部结构断开） 说明：地震区避免设缝，必须设缝要给予足够宽度 防震缝最小宽度,注明： 防震缝宽度按照不利体系考虑，按较低高度计算 防震缝应沿房屋全高设置，地下室和基础可不设 设置收缩缝、沉降缝时必须按照防震缝的要求,高度重量相差较大,平面不规则,2019/1/12,62,五、缝的设置和基础,地下室的作用： 利用土体的侧压力防止水平力作用下结构的滑移、倾覆 减小土的重量，降低地基的附加压应力 提高地基土的承载能力 减少地震作用对上部结构的影响,地基的要求：承载力大、沉降小、稳定 基础的要求：稳定、刚度大而变形小 设计的要求：防止倾覆、滑移、不均匀沉降 基础埋深（室外地坪至基底） 原因 承载力大、压缩性小、稳定性好 对基础有较强的嵌固作用 较少地震输入 埋深要求 一般的天然地基，建筑物高度的1/15 岩石基础不受埋深限制，但应验算倾覆和滑移
