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1、高层建筑结构土木工程系2022/4/301高层建筑结构土木工程系第八章 复杂高层结构设计简介2022/4/3028.1概概述述 随着现代高层建筑高度的不断增加，功能日趋复杂，高层建筑竖向立面随着现代高层建筑高度的不断增加，功能日趋复杂，高层建筑竖向立面造型也日趋多样化。造型也日趋多样化。 带转换层高层建筑结构带转换层高层建筑结构带加强层高层建筑结构带加强层高层建筑结构错层结构错层结构连体结构连体结构多塔结构多塔结构等复杂高层建筑结构2022/4/303这常常要求上部某些框架柱或剪力墙不落地，为此需要设置巨大的横梁或桁架来这常常要求上部某些框架柱或剪力墙不落地，为此需要设置巨大的横梁或桁架来支承
2、；有时甚至要改变竖向承重体系支承；有时甚至要改变竖向承重体系(如上部为剪力墙体系的公寓，下部为框架如上部为剪力墙体系的公寓，下部为框架剪剪力墙体系的办公室或者商场用房力墙体系的办公室或者商场用房)，这就要求设置转换构件将上、下两种不同的竖向，这就要求设置转换构件将上、下两种不同的竖向结构体系进行转换、过渡。通常，转换构件占据一层或两层，即结构体系进行转换、过渡。通常，转换构件占据一层或两层，即转换层转换层。2022/4/304同济大学医学院大楼(同济设计院设计)双塔转换层结构(广西综合院设计)2022/4/305当结构抗侧刚度或整体性需要加强时，在结构的某些层内必须设置加当结构抗侧刚度或整体性
3、需要加强时，在结构的某些层内必须设置加强构件，人们称之为强构件，人们称之为加强层加强层。类似于转换层，加强层往往也布置在某个高。类似于转换层，加强层往往也布置在某个高度的一层或两层中，芝加哥西尔斯大厦就是其中较为典型的例子。度的一层或两层中，芝加哥西尔斯大厦就是其中较为典型的例子。大连国际贸易中心大连国际贸易中心2022/4/306 基于建筑使用功能的需要，楼层结构不在同一高度，当上、下楼层楼基于建筑使用功能的需要，楼层结构不在同一高度，当上、下楼层楼面高差超过一般梁截面高度时就要按面高差超过一般梁截面高度时就要按错层结构错层结构考虑。考虑。错层结构(上海城乡院设计)2022/4/307连体结
4、构连体结构是指在两个建筑之间设置一个到多个连廊的结构。是指在两个建筑之间设置一个到多个连廊的结构。当两个主体结构为对称的平面形式时，也常在两个主体结构的顶部若干当两个主体结构为对称的平面形式时，也常在两个主体结构的顶部若干层连接成整体楼层，称为层连接成整体楼层，称为凯旋门式凯旋门式。联体高层(重庆规划院设计)2022/4/308天津【凯旋门大厦】上海【凯旋门大厦】2022/4/309多塔楼结构的主要特点是在多个多高层建筑塔楼的底部有一个连成整体多塔楼结构的主要特点是在多个多高层建筑塔楼的底部有一个连成整体的大裙房，形成大底盘。当一幢高层建筑的底部设有较大面积的裙房时，为的大裙房，形成大底盘。当
5、一幢高层建筑的底部设有较大面积的裙房时，为带底盘的单塔结构，这种结构是多塔楼结构的一种特殊情况。带底盘的单塔结构，这种结构是多塔楼结构的一种特殊情况。2022/4/3010高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002第十章中列出了比较常用第十章中列出了比较常用的复杂高层建筑结构，如带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连的复杂高层建筑结构，如带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等，体结构、多塔楼结构等，该规程同时规定该规程同时规定9度抗震设计时不应采用带转换层度抗震设计时不应采用带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构和连体结构；的结构、
6、带加强层的结构、错层结构和连体结构；7度和度和8度抗震设计的高度抗震设计的高层建筑不宜同时采用超过两种上述的复杂结构。层建筑不宜同时采用超过两种上述的复杂结构。2022/4/30118.2带转换层的高层建筑带转换层的高层建筑近年来高层建筑多体型复杂且功能多样，向综合性发展，如上部楼层为近年来高层建筑多体型复杂且功能多样，向综合性发展，如上部楼层为住宅、旅馆；中部为办公用房，下部作为商店、餐馆、文化娱乐设施。不同住宅、旅馆；中部为办公用房，下部作为商店、餐馆、文化娱乐设施。不同用途的楼层，需要大小不同的开间、进深及不同的结构形式，因此在结构转用途的楼层，需要大小不同的开间、进深及不同的结构形式，
7、因此在结构转换的楼层处需设置转换结构构件以形成转换层，大致可分为换的楼层处需设置转换结构构件以形成转换层，大致可分为内部形成大空间内部形成大空间外部形成大入口外部形成大入口两大类。两大类。这就要求结构自下而上增加竖向构件，这样的结构布置与结构合理的传力机制正好相反，部分竖向构件必须要支承在水平构件上，形成大跨度的水平转换构件，来完成上、下不同柱网、不同开间、不同结构形式的转换2022/4/30128.2.1转换层结构的设置类别转换层结构的设置类别1.上层和下层结构类型转换上层和下层结构类型转换这种转换层广泛用于剪力墙结构和框架这种转换层广泛用于剪力墙结构和框架剪力墙结构，它将上部剪力墙转换为剪
8、力墙结构，它将上部剪力墙转换为下部的框架，以创造一个较大的内部活动空间。下部的框架，以创造一个较大的内部活动空间。北京南洋饭店北京南洋饭店墨西哥城日光饭店墨西哥城日光饭店2022/4/30132.上、下层的柱网尺寸、轴线改变上、下层的柱网尺寸、轴线改变转换层上、下的结构形式没有改变，但是通过转换层使下层柱的柱距放大，完转换层上、下的结构形式没有改变，但是通过转换层使下层柱的柱距放大，完成上下层不同柱网轴线布置的转换。成上下层不同柱网轴线布置的转换。具有这类转换构件的结构上、下层的刚度相差不会很大，只是由于下层跨度较具有这类转换构件的结构上、下层的刚度相差不会很大，只是由于下层跨度较大，上柱传来
9、的竖向荷载要通过刚度及承载力大的水平构件作为转换构件，转换层大，上柱传来的竖向荷载要通过刚度及承载力大的水平构件作为转换构件，转换层的刚度与其它层有所差别，设计时要尽量选择适当的转换构件，以减少刚度突变。的刚度与其它层有所差别，设计时要尽量选择适当的转换构件，以减少刚度突变。香港新鸿基中心，筒中筒结构体系，高，香港新鸿基中心，筒中筒结构体系，高，51层，层，5层以上是办公楼，外框筒柱距为，层以上是办公楼，外框筒柱距为，14层为大空间商业用房，为解决底层入口问层为大空间商业用房，为解决底层入口问题，采用截面为的预应力大梁进行结构轴线转题，采用截面为的预应力大梁进行结构轴线转换，将下层柱距扩大为和
10、换，将下层柱距扩大为和12m。(a)5层平面；层平面；(b)标准层平面标准层平面2022/4/30143.同时转换结构形式和结构轴线布置同时转换结构形式和结构轴线布置 有少数建筑物上部与下部建筑布置完全不同，竖向构件不能贯通，无法直接传有少数建筑物上部与下部建筑布置完全不同，竖向构件不能贯通，无法直接传力。这种结构的传力途径被破坏，转换构件设计和结构自身设计都十分困难，通常力。这种结构的传力途径被破坏，转换构件设计和结构自身设计都十分困难，通常采用的方案是箱形转换构件或厚板转换构件进行间接传力。采用的方案是箱形转换构件或厚板转换构件进行间接传力。 但采用钢筋混凝土厚板作为转换构件，是典型的沿高
11、度刚度和质量不均匀的结但采用钢筋混凝土厚板作为转换构件，是典型的沿高度刚度和质量不均匀的结构，对抗震十分不利。构，对抗震十分不利。 箱形板实际上是在厚板中间挖掉部分混凝土，形成交叉梁系构成的转换层。相箱形板实际上是在厚板中间挖掉部分混凝土，形成交叉梁系构成的转换层。相对于厚板，箱形板的重量和刚度均减小了，但是，交叉梁并非正交，构造仍然十分对于厚板，箱形板的重量和刚度均减小了，但是，交叉梁并非正交，构造仍然十分复杂，目前还没有很完善的厚板转换层的计算和设计方法。复杂，目前还没有很完善的厚板转换层的计算和设计方法。捷克布拉迪斯拉发市基辅饭店的厚板转换层捷克布拉迪斯拉发市基辅饭店的厚板转换层2022
12、/4/30158.2.2 8.2.2 转换层的结构形式转换层的结构形式1.内部结构采用的转换层结构形式内部结构采用的转换层结构形式目前工程中应用的转换层，其结构形式有梁式、板式、箱式、桁架式及空腹桁目前工程中应用的转换层，其结构形式有梁式、板式、箱式、桁架式及空腹桁架式，如图。非抗震设计和架式，如图。非抗震设计和6度抗震设计时转换构件可采用厚板，度抗震设计时转换构件可采用厚板，7、8度抗震设计度抗震设计的地下室的转换构件可采用厚板。的地下室的转换构件可采用厚板。(a)单向梁式单向梁式；(b)双向梁式；双向梁式；(c)板式；板式；(d)箱式；箱式；(e)桁架式；桁架式；(f)空腹桁架式空腹桁架式
13、2022/4/30161)梁式转换层梁式转换层(图图8.6(a)、(b)受力明确，设计和施工简单，应用最为广泛，多用于上层为剪力墙结构下层为框架受力明确，设计和施工简单，应用最为广泛，多用于上层为剪力墙结构下层为框架结构的转换。当需要纵横墙同时转换时，则需设置双向转换梁。结构的转换。当需要纵横墙同时转换时，则需设置双向转换梁。2)板式转换层板式转换层(图图8.6(c)当上下柱网、轴线有较大的错位，不便用梁式转换层时，可以改用板式转换方式。当上下柱网、轴线有较大的错位，不便用梁式转换层时，可以改用板式转换方式。板的厚度一般很大，以形成厚板式承台转换层。它的优点在于下层柱网可以灵活布置，板的厚度一
14、般很大，以形成厚板式承台转换层。它的优点在于下层柱网可以灵活布置，不必严格与上层结构对齐，但由于板很厚，自重就增大，材料消耗很多。图所示的基辅不必严格与上层结构对齐，但由于板很厚，自重就增大，材料消耗很多。图所示的基辅饭店就是典型的采用厚板式转换层的实例饭店就是典型的采用厚板式转换层的实例3)箱式转换层箱式转换层(图图8.6(d)单向托梁、双向托梁连同上下层较厚的楼板共同工作，可以形成刚度很大的箱式转单向托梁、双向托梁连同上下层较厚的楼板共同工作，可以形成刚度很大的箱式转换层，以实现从上层向更大跨度的下层进行转换。换层，以实现从上层向更大跨度的下层进行转换。4)桁架式和空腹桁架式转换层桁架式和
15、空腹桁架式转换层(图图8.6(e)、(f)这两种形式的转换层的最大优点是构造简单、受力合理，同时减少材料和降低自这两种形式的转换层的最大优点是构造简单、受力合理，同时减少材料和降低自重，能适应较大跨度的转换。只不过桁架式转换层具有斜撑杆，而空腹桁架式转换层重，能适应较大跨度的转换。只不过桁架式转换层具有斜撑杆，而空腹桁架式转换层的杆件都是水平、垂直的，在室内空间利用上比桁架式转换层和箱式转换层均好。的杆件都是水平、垂直的，在室内空间利用上比桁架式转换层和箱式转换层均好。2022/4/30172. 2. 外部结构采用的转换层结构型式外部结构采用的转换层结构型式由于建筑使用功能的需要，外围结构往往
16、要在底部扩大柱距。目前，一般有图示由于建筑使用功能的需要，外围结构往往要在底部扩大柱距。目前，一般有图示所示的几种处理方案。所示的几种处理方案。其中梁式转换其中梁式转换(图图8.7(a)（d）)，底层用几根大柱支撑，给人以稳定、强壮的感，底层用几根大柱支撑，给人以稳定、强壮的感觉，曾在香港康乐中心大厦等建筑中采用；合柱式转换觉，曾在香港康乐中心大厦等建筑中采用；合柱式转换(图图8.7(e)，三柱合一柱的方式，三柱合一柱的方式，结构合理，造型美观，曾在纽约世界贸易中心等建筑中采用；拱式转换结构合理，造型美观，曾在纽约世界贸易中心等建筑中采用；拱式转换(图图8.7(f)曾用曾用在日本岗山住友生命保险大楼等建筑中，将拱与桁架结合获得大跨度的转换效果在日本岗山住友生命保险大楼等建筑中，将拱与桁架结合获得大跨度的转换效果。(a)梁式转换；梁式转换；(b)桁架式转换；桁架式转换；(c)墙式转换；墙式转换；(d)间接式转换；间接式转换；(e)合柱式转换；合柱式转换；(f)拱式转换拱式转换2022/4/30188.2.3转换层结构的设计转换层结构的设计1.转换层楼板转换层楼板带转换层的结构都有层剪力的
