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1、第第 2章章抗侧力结构与布置一、高层建筑的结构体系v（1）结构体系结构体系 结构抵抗外部作用的结构抵抗外部作用的构件构件 组成方式组成方式v（2）高层建筑的基本的抗侧力单元高层建筑的基本的抗侧力单元框架框架剪力剪力墙筒体筒体剪力墙结构体系框筒体系 现代高层建筑现代高层建筑 结构体系分类结构体系分类框架体系（含板柱体系）框架剪力墙体系（含框架筒体体系）剪力墙体系全落地剪力墙体系部分框支剪力墙体系筒体体系筒中筒体系多筒体系其他结构优点： 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
2、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。框架结构属于柔性结构。框架结构（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：剪切形为主水平荷载作用下变形：剪切形为主 框架结构体系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 框架结构体系框架结构体系平面形状复杂的框架
3、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。板柱节点适用范围：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体系全落地剪力墙体系部分框支剪力墙体系剪力墙结构：纵横方向的混凝土墙体组成剪力墙结构：纵横方向的混凝土墙体组成 抗侧力体系抗侧力体系 2、剪力墙结构体系v1）全落地剪力墙体系）全落地剪力墙体系v优点：优点：整体性好，刚度大，侧移小，用钢量较省，整体性好，刚度大，侧移小，用钢量较省，抗震性能好抗震性能好v缺点：缺点：自重大，基础处理要求较高，不利于布置大自重大，基础处理要求较高，不利于布置大开间房间，不
4、能满足公共建筑的使用要求开间房间，不能满足公共建筑的使用要求v适用范围：1030层高层公寓式住宅、旅馆。v剪力墙结构体系属刚性结构。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：全落地剪力墙体系缺点：平面布平面布置受限置受限解决方法：解决方法：底部大空间剪力墙结构底部大空间剪力墙结构（框支剪力墙）（框支剪力墙）底部若干层部分剪力墙取消底部若干层部分剪力墙取消2）框支剪力墙体系v特点：特点： 上刚下柔结构上刚下柔结构,底层刚度削弱、刚底层刚度削弱、刚度突变度突变,形成薄弱层；形成薄弱层；地震
5、区不允许单独采用；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，在地震区只能做成部分剪力墙框支，部分剪力墙落地。部分剪力墙落地。 v避免刚度突变的措施避免刚度突变的措施把框架层扩展为把框架层扩展为2-3层，随层逐渐层，随层逐渐变化变化刚度差异刚度差异（限制落地剪力墙的比例（限制落地剪力墙的比例和剪力墙之间的间距）和剪力墙之间的间距）转换层转换层（板式转换和梁式转换）（板式转换和梁式转换）3、框架-剪力墙(筒体)结构体系v框剪：在框架结构中框剪：在框架结构中布置少量的剪力墙形成布置少量的剪力墙形成3、框架-剪力墙结构体系v特点：特点：剪力墙（核心筒）承担大部分水平力剪力墙（核心筒）承担大
6、部分水平力(8090)，是，是主要的抗侧力构件，框架承担竖向荷载，提供较大的空主要的抗侧力构件，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。较大的刚度和较强的抗震能力。v优点：优点：受力合理，各层层间变形均匀，可形成较大使用空间。受力合理，各层层间变形均匀，可形成较大使用空间。v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v筒体结构：筒体结构：一个或多个筒体来抵抗水一个或多个筒体来抵抗水平力的结构平
7、力的结构v筒体的构成：筒体的构成：剪力墙组成空间薄壁筒体剪力墙组成空间薄壁筒体框架柱形成密柱框筒框架柱形成密柱框筒v特点：特点：空间抗刚度空间抗刚度,抗扭性很好抗扭性很好适用适用30层以上层以上 长长/宽宽2，截面尺寸接近，截面尺寸接近正方形、圆形、正多边形正方形、圆形、正多边形较好较好4、筒体结构体系v分类分类框筒结构框筒结构桁架筒结构桁架筒结构框架框架筒体结构筒体结构筒中筒结构筒中筒结构多筒结构多筒结构v1931年年102层帝国大厦：钢框架剪力墙体系，用层帝国大厦：钢框架剪力墙体系，用钢量钢量2.06kN/m2v1972年年110层世界贸易中心：筒中筒结构体系，用层世界贸易中心：筒中筒结构
8、体系，用钢量钢量1.81kN/m2v1974年年110层西尔斯大楼：钢成束筒结构体系，用层西尔斯大楼：钢成束筒结构体系，用钢量钢量1.61kN/m21）框筒结构v框筒结构：密柱密柱和深梁和深梁v特点：内柱：竖向荷载内柱：竖向荷载外筒：水平荷载外筒：水平荷载柱距：一般柱距：一般3m框筒梁比较高框筒梁比较高开洞面积在开洞面积在60%以下以下1）框筒结构v剪力滞后效应：翼缘框架柱中轴力分布不均匀，两边大、中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间小的不均匀现象v影响因素：梁宽、荷载、弹性模量、侧板和翼缘的相对刚度梁宽、荷载、弹性模量、侧板和翼缘的相对刚度v原因：原因：连梁的柔性产生剪
9、力滞后现象，使角部的柱子轴向应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力增加而中间的柱轴向应力减小v不利结果：柱受力不均匀，板翘曲，减小框筒的侧向刚度和柱受力不均匀，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v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)v其受力特点与框架剪力墙结构也基本一样， v竖向荷载：框架和筒体 水平荷载：筒体（2）框架筒体结构 上海金贸大厦上海金贸大厦 框架筒体结构，共88层，高4
10、20.5米，用于办公、宾馆。9/5/202430（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/m29/5/202431（3）筒中筒结构v筒中筒结构：薄壁内筒和密柱外框筒（桁架薄壁内筒和密柱外框筒（桁架筒）组成，抗风、抗震能力好筒）组成，抗风、抗震能力好框筒体系筒中筒体系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9/5/202433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9/5/202434（4）多筒结构v束筒结构：由若由若干个筒体组合在
11、干个筒体组合在一起的空间刚度一起的空间刚度极大的结构。极大的结构。(c)多重筒结构多重筒结构 (d)成束筒结构成束筒结构 芝加哥西尔斯大厦芝加哥西尔斯大厦共共8080层，高层，高322322米，混凝土结构，商用办公楼米，混凝土结构，商用办公楼5、框架支撑结构v在框架中设置支撑斜杆，即为支撑框架，一般用于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钢结构。由框架和支撑框架共同承担竖向荷载和水平荷载。平荷载。6、巨型结构v由两级结构组成由两级结构组成 一级为：一级为：跨越若干楼层的巨梁、巨柱（超级框架）或巨跨越若干楼层的巨梁、巨柱（超级框架）或巨型桁架，
12、提供较大的抗侧刚度和承载力型桁架，提供较大的抗侧刚度和承载力承受水平承受水平力和竖向荷载；力和竖向荷载；二级：二级：其它楼层梁柱，承受竖向荷载并将荷载产生的内其它楼层梁柱，承受竖向荷载并将荷载产生的内力传递到一级结构上力传递到一级结构上 v框架的梁、柱截面加大框架的梁、柱截面加大v把一栋高层结构分成很把一栋高层结构分成很少的几层少的几层1）巨型框架结构（2）巨型桁架结构v沿房屋周边布置大型立柱，沿房屋周边布置大型立柱，形成空间桁架形成空间桁架主主要的承重要的承重框架框架v-承担大部分竖向和水平荷载承担大部分竖向和水平荷载v主要的框架内设置小的框架主要的框架内设置小的框架v实例：实例：芝加哥的约
13、翰芝加哥的约翰 汉考克大厦，汉考克大厦，100层，用钢量层，用钢量1.45kN/m2香港中国银行，钢斜撑、钢梁、香港中国银行，钢斜撑、钢梁、钢骨组合混凝土柱的空间桁架钢骨组合混凝土柱的空间桁架体系，用钢量体系，用钢量1.4kN/m2 香港中国银行大厦 蒙皮结构体系v金属薄板金属薄板（蒙皮）（蒙皮）与肋共同与肋共同工作，形工作，形成壳体，成壳体，蒙皮在自蒙皮在自身平面内身平面内有很大的有很大的拉、压和拉、压和剪切强度剪切强度二、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三、高层建筑高宽比限制(H(
14、HB)B)v A A级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比vB B 级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比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层建筑，其结构体系应符合下列原位于地震区混凝土结构高层建筑，其结构体系应符合下列原则则: : v（1 1）传力途径合理；）传力途径合理；v（2 2）明确的计算简图；）明确的计算简图；v（3 3）具有多道抗震防线；）具有多道抗震防线；v（4 4）采用立体构件；）采用立体构件；v（5 5）实现总体屈服机制；）实现总体屈服机
15、制；v（6 6）满足抗震设计）满足抗震设计4 4准则，即准则，即“强节弱杆强节弱杆”、“强柱弱粱强柱弱粱（强竖弱平）（强竖弱平）”、“强剪弱弯强剪弱弯”和和“强压弱拉强压弱拉”；v（7 7）增加结构超静定次数；）增加结构超静定次数；v（8 8）良好的延性；）良好的延性；v（9 9）竖向等强设计。）竖向等强设计。四、结构总体布置v(一)、结构平面布置原则（简单、规则、对称、均匀）（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）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塔式平面：长宽较接近的建筑物v平面布置要求：平面布置要求：有利于抵抗水平荷
16、载和竖向荷载，受力明确，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，减少扭转影响传力途径清楚；力争均匀对称，减少扭转影响v平面形状宜简单、规则、对称，尽量避免过大的外伸、内收平面形状宜简单、规则、对称，尽量避免过大的外伸、内收避免地震影响避免地震影响v总长度总长度L：避免两端振动不一致使建筑物破坏避免两端振动不一致使建筑物破坏v平面外伸：凹角部分容易产生应力集中（楼板加强，且凹角平面外伸：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和端角不宜设楼电梯间v抗侧力结构布置时，宜对称、均匀，使刚度中心与荷载作用抗侧力结构布置时，宜对称、均匀，使刚度中心与荷载
17、作用中心尽量接近中心尽量接近避免产生扭矩避免产生扭矩v筒体结构多采用正多边形、圆形、矩形和等边三角形筒体结构多采用正多边形、圆形、矩形和等边三角形LB四、结构总体布置 选择有利于抗震的结构平面选择有利于抗震的结构平面9/5/202449四、结构总体布置 抗震不利结构平面抗震不利结构平面l不对称突出部分过长L/B过长l突出部分过长9/5/202450四、结构总体布置 抗震不利结构平面抗震不利结构平面9/5/202451四、结构总体布置 (二)、结构竖向布置的要求 高宽比限制：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
18、原因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9/5/202452四、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，不允许超过1/2，墙体加强（3）顶部大空间高振型影响显著9/5/202453四、结构总体布置 竖向规则建筑要求：l当结构上部楼层收进部
19、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。l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。9/5/202454四、结构总体布置 选择有利于抗震的竖向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9/5/202455四、结构总体布置 v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不规则结构v竖向不规则侧向刚度不规则竖向抗侧力构件中断楼层承载力突变9/5/202456五、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）
20、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伸缩缝最大间距9/5/202457后浇带：高高标标号号混混凝凝土土；主主体体混混凝凝土土浇浇注注后后两两个个月月；贯贯通通结结构构横横截截面面；位位置置应应为为结结构构受受力力影影响响最最小小，且且曲折延伸避免全部钢筋同截面搭接曲折延伸避免全部钢筋同截面搭接 后浇带后浇带五、缝的设置和基础温度缝、沉降缝、防震缝2、沉降缝：由于可能产生
21、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9/5/202460五、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H156度每增加度每增加5m7度每增加度每增加4m8度每增加度每增加3m9度每增加度每增加2m70mm70mmn20mm注明：防震缝宽度按照不利体系
22、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 高度重量相差较大高度重量相差较大平面不规则平面不规则9/5/202461五、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 桩基础取建筑物高度的1/209/5/202462
