高層建筑結(jié)構(gòu)2高層建筑結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置.ppt

第2章 高層建筑結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置,2.1 概述 2.2 結(jié)構(gòu)體系 2.3 房屋適用高度和高寬比 2.4 基礎(chǔ)的布置 2.5 結(jié)構(gòu)布置實例,1,只有登上山頂，才能看到那邊的風(fēng)光。 普通人成功并非靠天賦，而是靠把尋常的天資發(fā)揮到不尋常的高度。,2.1 概述,2,推薦參考書目,3,推薦參考書目,4,5,結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展離不開工程經(jīng)驗和科研,6,2.1.1 框架結(jié)構(gòu)體系,7,2.1.1 框架結(jié)構(gòu)體系,8,2.1.1 框架結(jié)構(gòu)體系,9,2.1.1 框架結(jié)構(gòu)體系,問題：地震力以什么方式作用于結(jié)構(gòu)？,10,2.1.1 框架結(jié)構(gòu)體系,地震力是以慣性力的方式作用于結(jié)構(gòu)上，所以結(jié)構(gòu)的質(zhì)量對受力有影響,這就要求，框架結(jié)構(gòu)的填充墻要采用輕質(zhì)材料。不宜采用砌體墻，砌體墻自重大、剛度大，增大了結(jié)構(gòu)重量和結(jié)構(gòu)剛度，從而增大地震作用；而且砌體墻的強度低。地震中容易破壞和倒塌！,墻體有自重和剛度，所以要對稱布置，防止產(chǎn)生偏心和扭轉(zhuǎn)；墻體布置時也要上下對齊。不能采用砌體和框架混合結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)受力機理不同。,樓梯間：樓梯構(gòu)件與主體框架相連，考慮地震作用,11,2.1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系,12,2.1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系,剪力墻的水平位移曲線呈彎曲型，即層間位移由下至上逐漸增大,13,2.1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系,剪力墻要在結(jié)構(gòu)平面的兩個主軸方向雙向布置，分別抵抗各自的水平力。端墻與計算方向垂直的剪力墻，可以作為計算方向剪力墻的翼緣參與抵抗水平力，不但增大計算方向剪力墻的剛度、正截面受彎承載力，而且增大其彈塑性變形能力。 剪力墻宜貫通房屋全高，沿高度方向連續(xù)布置，避免剛度突變。剪力墻經(jīng)常需要開洞作為門窗，洞口宜上下對齊，成列布置，形成具有規(guī)則洞口的聯(lián)肢剪力墻，避免出現(xiàn)洞口不規(guī)則布置的錯洞墻,14,2.1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系,15,2.1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系,框支剪力墻為滿足使用要求，底部的剪力墻不落地。 由剪力墻轉(zhuǎn)換為框架，結(jié)構(gòu)剛度變小，受剪承載力變小，形成薄弱層和軟弱層，在地震作用下，轉(zhuǎn)換層及以下結(jié)構(gòu)的層間變形大，框架柱破壞嚴(yán)重。地震區(qū)不允許采用。,16,2.1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系,17,2.1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系,1. 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是把框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)共同組合在一起形成的結(jié)構(gòu)體系。 2. 特點 剪力墻布置比較靈活，剪力墻端部可以有框架柱也可以沒有框架柱，剪力墻可以圍成井筒。當(dāng)有端柱時，墻體應(yīng)在樓蓋位置設(shè)置暗梁。 剪力墻（核心筒）承擔(dān)大部分水平作用(8090)，是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，框架承擔(dān)豎向荷載，提供較大的空間，既具有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、方便使用的特點，又有較大的剛度和較強的抗震能力，適用于公共建筑和旅館建筑。,18,2.1.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,19,2.1.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,3. 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，剪力墻剛度大，承擔(dān)大部分剪力；框架承擔(dān)小部分剪力。地震作用時，連梁先屈服，使剪力墻剛度降低，一部分內(nèi)力轉(zhuǎn)移到框架結(jié)構(gòu)上。這時對框架要求比較高！ 4. 框架-剪力墻的變形曲線分別呈剪切型和彎曲型！樓板作用使得框架和墻體變形協(xié)調(diào)。,20,2.1.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,21,2.1.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,7. 剪力墻的布置可以靈活，但滿足下列要求： （1）剪力墻的布置宜使各個主軸方向上的剛度相接近； （2）對稱布置，或者使結(jié)構(gòu)平面上的剛度均勻，減小扭轉(zhuǎn)； （3）沿建筑物全高布置，側(cè)向剛度均勻，避免突變，洞口對齊； （4）在建筑物周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及豎向荷載較大的部位均勻布置剪力墻； （5）平面形狀凸凹較大時，宜在凸出部分的端部布置剪力墻； （6）兩個方向的剪力墻最好相連；使一個方向成為另一個方向上的翼墻； （7）剪力墻的間距不宜過大，樓板可能產(chǎn)生彎曲變形。 （8）房屋較長時，剛度較大的剪力墻不宜布置在房屋的端開間，避免由于端部剪力墻的約束作用造成樓蓋梁板開裂。,22,2.1.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,1. 筒體結(jié)構(gòu)體系 將剪力墻平面內(nèi)圍合成箱形，形成一個豎向布置的空間剛度很大的薄壁筒體；也可由密柱框架或壁式框架圍合，形成空間整體受力的框筒等，從而形成具有很好的抗風(fēng)和抗震性能的筒體結(jié)構(gòu)體系。 2. 根據(jù)筒的布置、組成和數(shù)量等可分為： (1)框架-筒體結(jié)構(gòu)體系 (2)筒中筒結(jié)構(gòu)體系 (3)成束筒結(jié)構(gòu)體系,23,2.1.4 筒體結(jié)構(gòu)體系,板柱結(jié)構(gòu)是指鋼筋混凝土無梁樓蓋和柱組成的結(jié)構(gòu)。板柱結(jié)構(gòu)施工方便，樓板高度小，可以減小層高，能提供大的使用空間，靈活布置隔斷墻。 缺點：抗震性能差，地震作用產(chǎn)生的不平衡彎矩由板-柱節(jié)點傳遞。（附加剪力、沖切破壞等） 板柱結(jié)構(gòu)+剪力墻=板柱-剪力墻，應(yīng)用在設(shè)防烈度不大于8度的高層。 房屋高度12m時，剪力墻承擔(dān)所有地震作用。各層板柱和框架承擔(dān)不小于本層地震剪力的20%。 樓、電梯間洞口周邊設(shè)置邊框梁。,24,2.1.4 板柱-剪力墻結(jié)構(gòu),在鋼框架中設(shè)置鋼支撐斜桿，即成為支撐框架；由鋼框架和支撐框架共同承擔(dān)豎向荷載和水平荷載的結(jié)構(gòu)，稱為鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)。 支撐框架如同豎向桁架，在水平力作用下所有桿件承受軸力，支撐框架的側(cè)移主要由桿件的軸向拉壓引起，其側(cè)移曲線類似于剪力墻側(cè)移曲線，呈彎曲型。 鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)類似于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，整體位移曲線呈彎剪型。 雙重抗側(cè)力體系！,25,2.1.5 鋼框架-支撐結(jié)構(gòu),26,2.1.5 鋼框架-支撐結(jié)構(gòu),27,2.1.5 鋼框架-支撐結(jié)構(gòu),屈曲約束支撐 延性墻板,28,2.1.4 筒體結(jié)構(gòu)體系,筒體結(jié)構(gòu),29,2.1.4 筒體結(jié)構(gòu)體系,30,2.1.4 筒體結(jié)構(gòu)體系,31,2.1.4 筒體結(jié)構(gòu)體系,矩形平面兩個方向的長度比不大于2 角柱截面可以為中柱截面的1.5倍左右,32,2.1.4 筒體結(jié)構(gòu)體系,水平力作用下，框筒結(jié)構(gòu)腹板的側(cè)移曲線呈剪切型，翼緣框架主要抵抗傾覆力矩，其側(cè)移曲線呈彎曲型。兩者協(xié)調(diào)，框筒結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線以剪切型為主。,33,2.1.4 筒體結(jié)構(gòu)體系,34,2.1.4 筒體結(jié)構(gòu)體系,35,2.1.4 筒體結(jié)構(gòu)體系,框架核心筒周邊稀疏框架，平面中心內(nèi)筒,設(shè)置水平伸臂構(gòu)件 周邊環(huán)帶構(gòu)件,加強層,側(cè)移曲線和傾覆力矩,由兩級結(jié)構(gòu)組成 一級為：跨越若干樓層的巨梁、巨柱（超級框架）或巨型桁架，提供較大的抗側(cè)剛度和承載力承受水平作用和豎向荷載； 二級：其他樓層梁柱，承受豎向荷載并將荷載產(chǎn)生的內(nèi)力傳遞到一級結(jié)構(gòu)上 。,36,2.1.5 巨型結(jié)構(gòu)體系,巨型結(jié)構(gòu),37,2.1.5 巨型結(jié)構(gòu)體系,巨型空間桁架結(jié)構(gòu),38,2.1.6 帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)體系,建筑的多功能、綜合用途與結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的正常布置之間的矛盾。 設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件的樓層轉(zhuǎn)換層；設(shè)置轉(zhuǎn)換層的建筑帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)。,39,2.1.6 帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)體系,40,2.1.6 帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)體系,對于剪力墻結(jié)構(gòu)，不允許全部剪力墻為托墻轉(zhuǎn)換的框支剪力墻，必須有部分剪力墻從基礎(chǔ)到屋頂連續(xù)、貫通，形成部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。地面以上設(shè)置轉(zhuǎn)換層的位置不宜過高。 為避免轉(zhuǎn)換層成為薄弱層或軟弱層，轉(zhuǎn)換層與上一層的剛度比不宜過小。,i=1、2,i=1、2,G1、G2-轉(zhuǎn)換層和轉(zhuǎn)換層以上一層的混凝土剪變模量； A1、A2-轉(zhuǎn)換層和轉(zhuǎn)換層以上一層的折算抗剪截面面積； Awi-剪力墻在計算方向的有效截面面積； Aci，j-第i層、第j根柱的截面面積； hi-第i層層高； hci，j-第j根柱沿計算方向的截面高度； Ci，j-第i層，第j根柱截面面積折算系數(shù)，大于1時，取1。,41,2.1.6 帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)體系,當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第2層以上時，按下式計算的轉(zhuǎn)換層（第i層）與其相鄰上一層（第i+1層）的側(cè)向剛度比不應(yīng)小于0.6。,1樓層側(cè)向剛度比； Vi、Vi+1第i層與第i+1層的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值（KN）； i、i+1第i層和第i+1層在地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值作用下的層間位移（m）,當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第2層以上時，還需按下式計算的轉(zhuǎn)換層及其下部結(jié)構(gòu)（第1層）與轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)（第2層）的側(cè)向剛度比，宜接近1，非抗震時不應(yīng)小于0.5。,e2樓層側(cè)向剛度比； H1、H2轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的高度，H2應(yīng)接近H1。； 1、2頂點水平位移。,42,2.1.6 帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)體系,43,為了使高層建筑滿足抗震設(shè)防要求，應(yīng)考慮下述抗震設(shè)計基本原則： (1)選擇有利的場地，避開不利的場地，采取措施保證地基的穩(wěn)定性。 (2)保證地基基礎(chǔ)的承載力、剛度，以及足夠的抗滑移、抗傾覆能力，使整個高層建筑形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，防止在外荷載作用下產(chǎn)生過大的不均勻沉降、傾覆和局部開裂等。 (3)合理設(shè)置防震縫。 (4)應(yīng)具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。 (5)多道抗震設(shè)防能力，避免因局部結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)體系喪失抗震能力。 (6)合理選擇結(jié)構(gòu)體系。,44,2.2.1 抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)布置原則,(7)結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的剛度，且具有均勻的剛度分布控制結(jié)構(gòu)頂點總位移和層間位移。避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位。 (8)結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的結(jié)構(gòu)承載力，具有較均勻的剛度和承載力分布。 (9)節(jié)點的承載力應(yīng)大于構(gòu)件的承載力。 (10)結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的變形能力及耗能能力，應(yīng)防止構(gòu)件脆性破壞，保證構(gòu)件有足夠的延性。 (11)突出屋面的塔樓必須具有足夠的承載力和延性，以承受鞭梢效應(yīng)影響。 (12)減輕結(jié)構(gòu)自重，最大限度降低地震的作用，積極采用輕質(zhì)高強材料。 (13)應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失承載能力。,45,2.2.1 抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)布置原則,鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的最大適用高度和高寬比應(yīng)分為A級和B級。,46,2.2.2 房屋適用的高度和高寬比,A級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度（m）,B級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度 （m）,47,2.2.2 房屋適用的高度和高寬比,A級高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)適用的最大高寬比,48,2.2.2 房屋適用的高度和高寬比,B級高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)適用的最大高寬比,1. 伸縮縫也稱為溫度縫 （1） 作用：可以釋放建筑平面尺寸較大的房屋因溫度變化和混凝土干縮產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。 高層建筑結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距,49,2.2.3 設(shè)伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,（2） 采取以下構(gòu)造措施和施工措施減少溫度和收縮應(yīng)力時，可適當(dāng)增大伸縮縫的間距： 在溫度變化影響較大的部位提高配筋率。 頂層加強保溫隔熱措施，或設(shè)置架空通風(fēng)屋面，避免屋面結(jié)構(gòu)溫度梯度過大。 頂層可以局部改變?yōu)閯偠容^小的形式，或頂層設(shè)溫度縫，將結(jié)構(gòu)劃分為長度較短的區(qū)段。 施工中留后澆帶。 采用收縮小的水泥、減少水泥用量、在混凝土中加入適宜的外加劑。 提高每層樓板的構(gòu)造配筋率或采用部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。,50,2.2.3 設(shè)伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,2 . 沉降縫 （1） 作用：防止基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降時引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生較大的內(nèi)力和變形。（設(shè)置時基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)均斷開） （2） 高層建筑在下述平面位置處，應(yīng)考慮設(shè)置沉降縫： 高度差異或荷載差異較大處； 上部不同結(jié)構(gòu)體系或結(jié)構(gòu)類型的相鄰交界處； 地基土的壓縮性有顯著差異處； 基礎(chǔ)底面標(biāo)高相差較大，或基礎(chǔ)類型 不一致處。,51,2.2.3 設(shè)伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,（3） 建筑物各部分不均勻沉降差大體上有三種方法來處理： 放設(shè)沉降縫，讓各部分自由沉降，互不影響，避免出現(xiàn)由于不均勻沉降時產(chǎn)生的內(nèi)力。 抗采用端承樁或利用剛度很大的基礎(chǔ)。前者由堅硬的基巖或砂卵石層來盡可能避免顯著的沉降差；后者則用基礎(chǔ)本身的剛度來抵抗沉降差。 調(diào)在設(shè)計與施工中采取措施，調(diào)整各部分沉降，減少其差異，降低由沉降差產(chǎn)生的內(nèi)力。 （4） 通常有以下 “調(diào)”的方法不設(shè)永久性沉降縫： 調(diào)整地基土壓力 調(diào)整施工順序 預(yù)留沉降差,52,2.2.3 設(shè)伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,3 . 抗震縫 （1） 當(dāng)建筑的平面、層數(shù)、質(zhì)量、剛度差異較大，或錯層時抗震設(shè)防的建筑物需設(shè)抗震縫。 （2） 抗震設(shè)防的高層建筑在下列情況不宜設(shè)防震縫： 平面長度和突出部分尺寸超過了下表的限值，而又沒有采取加強措施時。 各部分結(jié)構(gòu)剛度、荷載或質(zhì)量相差懸殊，而又沒有采取有效措施時。 房屋有較大錯層時。,53,2.2.3 設(shè)伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,（3） 設(shè)置防震縫時，應(yīng)符合下列規(guī)定： 防震縫最小寬度應(yīng)符合下列要求： a框架結(jié)構(gòu)房屋，高度不超過15m的部分可取70mm；超過15m的部分，6度、7度、8度和9度相應(yīng)每增高5m、4m、3m和2m，宜加寬20mm； b框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋可按第a條數(shù)值的70采用，剪力墻結(jié)構(gòu)房屋可按第a條數(shù)值的50采用，但二者均不宜小于70mm。 防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時，防震縫寬度應(yīng)按不利的結(jié)構(gòu)類型確定；防震縫兩側(cè)的房屋高度不同時，防震縫寬度應(yīng)按較低的房屋高度確定。,54,2.2.3 設(shè)伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則, 當(dāng)相鄰結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)存在較大沉降差時，宜增大防震縫的寬度。 防震縫宜沿房屋全高設(shè)置；地下室、基礎(chǔ)可不設(shè)防震縫，但在與上部防震縫對應(yīng)處應(yīng)加強構(gòu)造和連接。 結(jié)構(gòu)單元之間或主樓與裙房之間如無可靠措施，不應(yīng)采用牛腿托梁的做法設(shè)置防震縫。,2.2.3 設(shè)伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,56,2.3.1 基礎(chǔ)類型 (1) 鋼筋混凝土筏形基礎(chǔ) (2) 箱形基礎(chǔ) (3) 樁基 2.3.2 基礎(chǔ)選型原則 (1) 當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)均勻、承載力高而沉降量小時，可以采用天然地基和豎向剛度較小的基礎(chǔ)；反之，則應(yīng)采用人工地基或豎向剛度較大的整體式基礎(chǔ)。 (2) 當(dāng)