結構體系課件

第二章的主要問題——主要思考1、高層鋼筋混凝土結構的基本結構體系有哪幾類？2、結構選型的依據(jù)主要有哪些？3、什么是框架結構？其主要特點是什么？框架結構與框架梁、框架柱的概念有區(qū)別嗎？4、什么是異形柱？異形柱結構的抗震性好嗎？為什么？5、什么是板柱結構(含板柱—剪力墻結構)？其抗震性好嗎？為什么？6、什么是剪力墻？什么是剪力墻結構？其主要特點是什么？7、什么是短肢剪力墻？短肢剪力墻結構的抗震性好嗎？為什么？8、什么是框支剪力墻結構的抗震性好嗎？為什么？9、什么是框架—剪力墻結構？框架—剪力墻結構的主要特點是什么？10、什么是鋼筋混凝土筒體結構，分幾類？什么是框架—核心筒結構？什么是筒中筒結構？第1頁/共57頁第二章的主要問題——主要思考1、高層鋼筋混凝土結構的基本結構1§2.1框架結構§2.2剪力結構體系§2.3框架－剪力墻結構§2.4板－柱剪力墻結構§2.5框架-支撐（抗震墻板）結構§2.6筒體結構§2.7框架—核心筒結構§2.8巨型結構§2.9帶轉換層的結構§2.10房屋最大高度及適用的高寬比§2.11變形縫設置§2.12基礎形式第2章結構體系第2頁/共57頁§2.1框架結構第2章結構體系第2頁/共57頁21)框架結構；

2)剪力墻結構(含部分框支—剪力墻結構)；

3)框架—剪力墻結構；

4)筒體結構(含框架—核心筒結構、筒中筒結構）；

5)復雜高層結構(含帶加強層或剛臂結構、錯層結構、連體結構、多塔樓結構等)；

6)混合結構(由多種材料的構件混在一起的結構，如鋼筋混凝土構件、鋼構件、組合結構構件構成的結構)。高層建筑結構應根據(jù)房屋的高度(H)、高寬比(H/B)、抗震設防烈度、場地類別、建筑的重要性、結構材料和施工技術條件等因素，選用適宜的結構體系。高層建筑的結構體系按其抗側力主要構件的種類：第3頁/共57頁1)框架結構；高層建筑的結構體系按其抗側力主32.1框架結構框架結構：梁、柱，通過結點的剛性連接組成的，共同承受豎向和水平（縱+橫）向荷載的整體結構，優(yōu)點：柱網布置靈活，延性較好。缺點：結構的橫向側移剛度較小，側移較大；結構變形曲線以剪切型為主；適用于空間大、層數(shù)不太多、房屋高度不太高的建筑?？蚣軕斂v橫雙向布置，形成雙向抗側力體系。框架結構中的填充墻有一定的抗側力作用，合理設計填充墻，有效抗震。適宜柱距：4~10米。第4頁/共57頁2.1框架結構框架結構：梁、柱，通過結點的剛性連接組4第5頁/共57頁第5頁/共57頁5縱梁、柱彎曲變形構成剪切型變形縱梁、柱的結點角變形導致側移第6頁/共57頁縱梁、柱彎曲變形構成剪切型變形縱梁、柱的結點角變形導致側移第6

剪切變形＋彎曲變形＝總變形當H/B4,框架側移以剪切變形為主第7頁/共57頁剪切變形＋彎曲變形＝總變形當7高層建筑結構設計的基本要求

高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結構體系，基本要求是

1)具有必要的承載力、剛度、變形能力（延性）；

2)避免結構整體扭轉，避免質量與剛度在水平、豎向的局部突變；

3)多道設防，多層次保障結構安全。

以上要求均應運用概念設計理念指導結構選型與布置；

4)對結構進行整體分析，對可能出現(xiàn)的薄弱部位做出合理判斷與設計；

5)避免局部破壞導致整體破壞；這兩點應在結構整體計算后，通過對可能出現(xiàn)的薄弱部位，進行局部附加計算，并在結構構造設計中有落實措施；

完整的結構設計步驟：

結構選型;結構計算；結構整體及構件的設計。

高層建筑結構設計的基本原則是：合理選址，注重概念設計，重視結構選型與平、立面布置的規(guī)則性，優(yōu)選有利于抗風、抗震的結構體系，加強結構構造設計。第8頁/共57頁高層建筑結構設計的基本要求高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的8

抗震概念設計

——建筑、結構設計師們用抗震設計原則和思想，總體控制建筑結構的總體和局部設計。做到：前期合理選型，并確定計算模型和構造方案；中期合理計算；后期構造處理力求完善模型的缺陷以及目前人所未能知的可能缺陷。

抗震概念設計的目標是：控制結構的延性，以結構的變形耗能盡量消化地震能，避免地震能對結構局部的首先擊潰。隨建造層數(shù)加多，結構材料用量也將有很大增加，但只要結構工程師和建筑師合作恰當，優(yōu)化總體設計方案，那么結構的合理性、、材料用量、造價是完全可以合理控制的。抗震設計，尤其是高層建筑結構的抗震設計，應選擇有利地段，避免不利地段（表4-1），尤其是避免在發(fā)震帶上建設。選址錯誤會導致所有相關建設成果變負！2010《高規(guī)》指出：“本規(guī)程不適用于建造在發(fā)震斷裂最小避讓距離內的高層建筑結構?！钡?頁/共57頁抗震概念設計抗震概念設計的目標是：控制結構的延性9表2.1（地段劃分）有利、一般、不利和危險地段地段類別

地質、地形、地貌有利地段穩(wěn)定基巖，堅硬土，開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等一般地段不屬于有利、不利和危險地段不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，陡坡，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（含故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黃土，地表存在結構性裂縫等危險地段地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯位的部位第10頁/共57頁表2.1（地段劃分）有利、一般、不利和危險地段地段類別10概念設計在結構總體設計時的具體原則1、平面：宜簡單、規(guī)則、盡量對稱——避免過度凹凸；3、力求剛度中心和荷載中心重合——避免不規(guī)則引起的扭轉；4、加強結點設計——避免因點及面的破壞；5、合理設置變形縫——避免復雜結構間的碰撞等次應力6、力求上部結構與基礎的協(xié)同工作——避免不均勻沉降及地基的過度變形。7、盡量降低結構中心——有利于減小水平地震作用的影響，增強結構自穩(wěn)定能力。2、豎向：宜剛度和承載力分布均勻——避免結構剛度突變；

高層建筑在立項時，就應根據(jù)既有資料合理選址，并對場地進行初勘或在城市規(guī)劃部門調閱，在可建設條件下，應遵循以下設計原則。第11頁/共57頁概念設計在結構總體設計時的具體原則1、平面：宜簡單、規(guī)則、盡112.2高層建筑的結構選型2.2.1高層建筑結構選型的主要內容主要內容

1）選擇合適的豎向承重結構（墻、柱及其組合）；

2）選擇合適的水平承重結構（梁、板及其構成）；

3）選擇合適的基礎結構（最具設計藝術的問題）。

結構選型的主要依據(jù)：

1)房屋高度；2)總高寬比；3)地區(qū)抗震設防烈度；

4)房屋的抗震設防類別；5)場地類別；

6）結構體系形式；7)結構主體的施工方式；

結構選型的主要要求

1）滿足使用要求；2）盡可能實現(xiàn)建筑意圖；

3）平、立面形式宜規(guī)則，滿足承載、剛度、延性要求；

4）施工可行便捷；5）經濟合理。第12頁/共57頁2.2高層建筑的結構選型2.2.1高層建筑結構選型的主122.2.2高層建筑豎向承重結構的選型1.高層建筑的結構體系分類：1)框架結構(含板柱結構)；

2)剪力墻結構(含部分框支—剪力墻結構)；

3)框架—剪力墻結構；

4)筒體結構(含框架—核心筒結構、筒中筒結構）；

5)復雜高層結構(含帶加強層或剛臂結構、錯層結構、連體結構、多塔樓結構等)；

6)混合結構(由多種材料的構件混在一起的結構，如鋼筋混凝土構件、鋼構件、組合結構構件構成的結構)。第13頁/共57頁2.2.2高層建筑豎向承重結構的選型1.高層建筑的結構體131）框架結構(含板柱結構)框架結構：梁、柱，通過結點的剛性連接組成的，共同承受豎向和水平作用的整體結構；優(yōu)點：柱網布置靈活，延性較好。缺點：結構的橫向側移剛度較小，側移較大；結構變形曲線以剪切型為主；適用于空間大、層數(shù)不太多、房屋高度不太高的建筑，如商場、車站、展覽館、停車庫、賓館的門廳、餐廳等?？蚣軕斂v橫雙向布置，形成雙向抗側力體系。框架結構中的填充墻有一定的抗側力作用，合理設計填充墻，有效抗震。第14頁/共57頁1）框架結構(含板柱結構)框架結構：梁、柱，通過結點的剛性連14板柱框架結構（板柱－剪力墻結構）板柱框架（－剪力墻）結構——由樓板直接與框架柱（剪力墻）形成的結構體系，樓板為無梁樓板。該結構體系便于使用滑摸施工法施工，施工方便，工期短，層高較小；抗側力能力差，抗震性能較差。第15頁/共57頁板柱框架結構（板柱－剪力墻結構）板柱框架（－剪力墻）結構15異形柱、異形柱框架結構異形柱——由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形或十字形截面柱構成框架結構柱，其截面厚度基本同填充的墻厚，其截面形式與剪力墻截面形似，但截面各肢的肢高厚比不大于4，不足以構成剪力墻。異形柱框架結構的特點：優(yōu)點：框架柱基本不占非墻面積，使用空間大，經濟；缺點：框架柱的整體性、穩(wěn)定性弱，柱與樓蓋的連接節(jié)點復雜，施工難度大；抗震性能不足；適用性：適用于墻多層，跨度不大的框架體系住宅，不適用于高烈度設防。異形柱框架結構——由異形柱作為框架柱形成的結構體系。第16頁/共57頁異形柱、異形柱框架結構異形柱——由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形162）剪力結構體系剪力墻:鋼筋混凝土墻抵抗自身平面內的水平剪力、彎矩的能力突出，是高層建筑中的主要抗測力結構。墻肢截面形式主要有T形、+形，『

形。

剪力墻結構的缺點：空間布置受限，結構重，延性較差，剛度大，適用于空間較小、層數(shù)較高、房屋的高度較高高的建筑，如住宅、賓館、單身宿舍。

剪力墻結構的優(yōu)點：整體性好，水平抗側剛度大，適合建造高度較高、層數(shù)較多的建筑。

剪力墻結構:以剪力墻為主要承受豎向和水平作用于結構。結構中墻應縱橫雙向均衡設置，形成穩(wěn)定的平面。結構變形曲線以彎曲型為主。第17頁/共57頁2）剪力結構體系剪力墻:鋼筋混凝土墻抵抗自身平17短肢剪力墻結構體系，一般是在小高層的電梯、樓梯部位布置剪力墻形成筒體，其他部位則根據(jù)需要，在縱橫墻交接處設置Ｔ、十、Ｌ形截面短肢剪力墻，墻肢之間在樓面處用梁連接。短肢剪力墻：按墻肢的水平截面高厚比hw/bw劃分：1）hw/bw≤4時，構件剛度較小，稱柱；

2）hw/bw>8時,構件剛度較大，稱普通剪力墻；3）4<hw/bw≤8時，構件剛度偏強但還弱，稱短肢剪力墻；短肢剪力墻結構的延性較差，不易在大震條件下進行內力重分布，抗震性能差，高層建筑不應采用全部為短肢剪力墻的結構。第18頁/共57頁短肢剪力墻結構體系，一般是在小高層的電梯、樓梯部位布置剪力墻18第19頁/共57頁第19頁/共57頁19剪力墻結構的平面及側移

結構變形曲線以彎曲型為主；第20頁/共57頁剪力墻結構的平面及側移結構變形曲線以彎曲型為主；第20頁/20第21頁/共57頁第21頁/共57頁21第22頁/共57頁第22頁/共57頁22第23頁/共57頁第23頁/共57頁231)部分框支剪力墻結構中，直接支撐剪力墻的樓層稱為框支層。

2)框支層中，結構易于發(fā)生剛度突變，從而形成薄弱層(柱鉸導致)，所以框支層樓面應有較大剛度。

3)框支層樓面剛度很大時，可以完成荷載的有效傳遞，結構型式的有效轉換，有時稱該層為轉換層。4)有時，為完成上下部結構型式的轉變、荷載的傳遞，特別設置一些剛度很大的構件，也稱轉換結構，如轉換梁、轉換桁架、轉換板等.

部分框支剪力墻結構

框支剪力墻結構

——底部一層或兩三層為框架結構，上部為剪力墻的結構。

部分框支剪力墻結構

——有目的地在框支剪力墻結構底部，一定間距范圍內，增設剛度較大的落地剪力墻，以增強結構底部以及結構的整體剛度。第24頁/共57頁1)部分框支剪力墻結構中，直接支撐剪力墻的樓層稱為框支層。24第25頁/共57頁第25頁/共57頁25落地剪力墻轉換層框支層部分框支剪力墻結構部分框支剪力墻結構薄弱層第26頁/共57頁落地剪力墻轉換層框支層部分框支剪力墻結構部分框支剪力墻結構薄26第27頁/共57頁第27頁/共57頁273）框架－剪力墻結構

框架－剪力墻結構——由框架和剪力墻共同承受豎向和水平作用的結構。

變形曲線為彎剪型。地震區(qū)建筑，宜設兩道及以上的抗震防線，即多重設防。

優(yōu)點：既能布置大空間房屋，又具有較大的側向剛度，以適應較復雜的建筑功能要求；缺點：剪力墻布置往往受限，剛心與質心難以重合或接近；側向剛度依然偏小，房屋建造高度受限。

框架—剪力墻結構的特點：第28頁/共57頁3）框架－剪力墻結構框架－剪力墻結構優(yōu)點：既28第29頁/共57頁第29頁/共57頁29第30頁/共57頁第30頁/共57頁30典型框架-剪力墻結構：非典型框架-剪力墻結構：

剪力墻(或核心筒)通常承擔大部分水平力(80％～90％)，是主要的抗側力構件；框架主要承擔豎向荷載，提供較大的靈活布置空間。這類結構適用于公共建筑和旅館建筑。

剪力墻承擔的底部傾覆力矩低于50%，主要在框架中起提高結構抗側剛度的作用。這類結構中，框架的設計應按純框架結構設計。第31頁/共57頁典型框架-剪力墻結構：非典型框架-剪力墻結構：剪力墻31第32頁/共57頁第32頁/共57頁32變形曲線為彎剪型第33頁/共57頁變形曲線為彎剪型第33頁/共57頁334）筒體結構

筒體結構:豎向受力結構封閉圍合形成的高層建筑結構體系。分由剪力墻圍成的實腹薄壁筒、由密柱深梁圍成的框筒兩大類?？蚣堋诵耐步Y構：由剛性樓面梁或厚板將內側實腹核心筒和筒外框架連成完整的結構。桁架筒結構：稀柱、淺梁、支撐斜桿組成桁架，布置于建筑物外邊，形成桁架筒結構。(外)框筒結構:由密排柱及深梁形成封閉的外筒。筒中筒結構：由實體的內筒與空腹的外框筒組成。筒中筒結構體系具有更大的整體性與側向剛度，因此適用于高度很大的建筑。束筒結構：筒體組合成成組筒結構體系，則側向剛度更大，可適用于特別高的超高層建筑。第34頁/共57頁4）筒體結構筒體結構:豎向受力結構封閉圍合形成的高層建筑結34

框架—核心筒結構

由核心筒與外圍的稀柱框架組成的高層建筑結構稱框架—核心筒結構。

樓電梯間及一些服務用房做內核心筒；大空間房布置在外，做外框架。核心筒的整體性好，抗側剛度很大，故框架—核心筒結構體系適用于高度較高，功能較多的建筑。第35頁/共57頁框架—核心筒結構由核心筒與外圍的稀柱框架組成的高層35

芝加哥的約翰漢考克大廈，100層，用鋼量1.45kN/m2

香港中國銀行，鋼斜撐、鋼梁、鋼骨組合混凝土柱的空間桁架體系.桁架筒結構第36頁/共57頁芝加哥的約翰漢考克大廈，100層，用鋼量1.436桁架筒結構上海金貿大廈——內筒為八角形鋼筋混凝土核心筒，外筒由八根復合巨型柱、8根鋼柱，用鋼量0.7kN/m2。（芝加哥的約翰漢考克大廈，100層，用鋼量1.45kN/m2

）第37頁/共57頁桁架筒結構上海金貿大廈——內筒為八角形鋼筋混凝土核心筒，外筒37第38頁/共57頁第38頁/共57頁38筒中筒結構

廣東國際大廈，63層，200m，鋼筋混凝土內筒體，外筒由鋼骨混凝土和鋼柱組成.

薄壁內筒和密柱外框筒（桁架筒）組成，抗風、抗震能力好.第39頁/共57頁筒中筒結構廣東國際大廈，63層，200m，鋼筋混凝39筒體結構(空間受力體系)（1）框筒結構：內筒承受豎向荷載，外筒承受水平荷載，柱距一般在3m以內，框筒梁比較高，開洞面積在60%以下1931年102層帝國大廈：鋼框架－剪力墻體系，用鋼量2.06kN/m21972年110層世界貿易中心：筒中筒結構體系，用鋼量1.81kN/m21974年110層西爾斯大樓：鋼成束筒結構體系，用鋼量1.61kN/m2第40頁/共57頁筒體結構(空間受力體系)（1）框筒結構：內筒承受豎向荷載，40第41頁/共57頁第41頁/共57頁41第42頁/共57頁第42頁/共57頁422.2.3高層建筑水平承重結構的選型2.2.4高層建筑下部結構的選型

第43頁/共57頁2.2.3高層建筑水平承重結構的選型第43頁/共57頁43第44頁/共57頁第44頁/共57頁44混合結構：由鋼框架或型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土筒體(或剪力墻)所組成的共同承受豎向和水平作用的高層建筑結構.帶轉換層的結構；錯層結構：樓板高度使樓層產生錯層。錯層結構對抗震設計不利，錯層兩側宜采用結構布置和側向剛度相近的結構體系，不歸并為一層計算。多塔樓結構：兩個或兩個以上塔樓用裙房(底盤)相連組成多塔樓結構。此結構體型復雜，計算難，應重視其平面及豎向布置，應加強構造措施。帶加強層高層建筑結構：利用建筑避難層、設備層空間，設置適宜剛度的水平伸臂構件（斜腹桿桁架、實體梁、整層或跨若干個層高的箱形梁、空腹桁架），構成帶加強層的結構。巨型框架結構：體系由兩級結構組成，一級巨梁、巨柱或巨型桁架框架；二級小框架或支撐或懸掛在一級矩形框架梁上。框架-支撐(抗震墻板)結構：框架中含支撐桿件。多為綱結構用。5）其他結構

第45頁/共57頁混合結構：由鋼框架或型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土筒體(或剪力墻45加強層——設置連接內筒與外圍結構的水平外伸臂(梁或桁架)結構的樓層(1~3層),水平外伸臂構件必須貫通核心筒并在核心筒轉角處布置，形成井字形。必要時還可沿該樓層外圍結構周邊設置帶狀水平或桁梁.

加強層的合理位置和數(shù)量：1個加強層時，可設在0.6H附近；兩個加強層時，可在頂層和0.5H附近分別設置；多個加強層時，宜沿豎向從頂層向下均勻布置。第46頁/共57頁加強層——設置連接內筒與外圍結構的水平外伸臂(梁或桁架)46第47頁/共57頁第47頁/共57頁47體系由兩級結構組成：一級為：跨越若干樓層的巨型梁（或巨型桁架梁）、巨型桁架柱（或實腹筒體柱），提供很大的抗側剛度和抗彎承載力；二級：位于巨型框架單元內的輔助框架（只承受豎向荷載），也將荷載產生的內力傳遞到一級結構上。這種結構是具有兩道抗震防線的抗震結構，具有良好的抗震性能。巨型框架結構第48頁/共57頁體系由兩級結構組成：巨型框架結構第48頁/共57頁48上海證券交易所第49頁/共57頁上海證券交易所第49頁/共57頁49第50頁/共57頁第50頁/共57頁50

結構優(yōu)化設計的結果：改每6層辦公樓加插一個3層樓凈高空中花園每8層辦公樓加插一個4層樓凈高的空中花園第51頁/共57頁結構優(yōu)化設計的結果：第51頁/共57頁51鋼骨鋼筋混凝土框架第52頁/共57頁鋼骨鋼筋混凝土框架第52頁/共57頁52第53頁/共57頁第53頁/共57頁53框架-支撐（抗震墻板）結構框架-支撐（抗震墻板）結構：鋼框架中設置支撐的帶支撐框架結構。

第54頁/共57頁框架-支撐（抗震墻板）結構框架-支撐（抗震墻板）結構：鋼54第55頁/共57頁第55頁/共57頁55帶轉換層的高層建筑結構：將上部樓層的部分豎向構件，通過大剛度結構轉換層傳遞到底層或基礎。結構轉換層常采用鋼筋砼大梁、桁架、空腹桁架、箱形結構、斜撐等構件構成；非抗震設計和6度抗震設轉換構件，7、8度抗震設計時地下室的轉換構件可采用厚板。第56頁/共57頁帶轉換層的高層建筑結構：將上部樓層的部分豎向構件，通過大剛度56鋼巨型桁架結構

國家體育場鋼巨型桁架結構

第57頁/共57頁鋼巨型桁架結構國家體育場鋼巨型桁架結構第57頁/共57頁57概念設計在結構總體設計時的具體原則1、平面：宜簡單、規(guī)則、盡量對稱——避免過度凹凸；3、力求剛度中心和荷載中心重合——避免不規(guī)則引起的扭轉；4、加強結點設計——避免因點及面的破壞；5、合理設置變形縫——避免復雜結構間的碰撞等次應力6、力求上部結構與基礎的協(xié)同工作——避免不均勻沉降及地基的過度變形。7、盡量降低結構中心——有利于減小水平地震作用的影響，增強結構自穩(wěn)定能力。2、豎向：宜剛度和承載力分布均勻——避免結構剛度突變；

高層建筑在立項時，就應根據(jù)既有資料合理選址，并對場地進行初勘或在城市規(guī)劃部門調閱，在可建設條件下，應遵循以下設計原則。第11頁/共57頁概念設計在結構總體設計時的具體原則1、平面：宜簡單、規(guī)則、盡582）剪力結構體系剪力墻:鋼筋混凝土墻抵抗自身平面內的水平剪力、彎矩的能力突出，是高層建筑中的主要抗測力結構。墻肢截面形式主要有T形、+形，『

形。

剪力墻結構的缺點：空間布置受限，結構重，延性較差，剛度大，適用于空間較小、層數(shù)較高、房屋的高度較高高的建筑，如住宅、賓館、單身宿舍。

剪力墻結構的優(yōu)點：整體性好，水平抗側剛度大，適合建造高度較高、層數(shù)較多的建筑。

剪力墻結構:以剪力墻為主要承受豎向和水平作用于結構。結構中墻應縱橫雙向均衡設置，形成穩(wěn)定的平面。結構變形曲線以彎曲型為主。第17頁/共57頁2）剪力結構體系剪力墻:鋼筋混凝土墻抵抗自身平59典型框架-剪力墻結構：非典型框架-剪力墻結構：

剪力墻(或核心筒)通常承擔大部分水平力(80％～90％)，是主要的抗側力構件；框架主要承擔豎向荷載，提供較大的靈活布置空間。這類結構適用于公共建筑和旅館建筑。

剪力墻承擔的底部傾覆力矩低于50%，主要在框架中起提高結構抗側剛度的作用。這類結構中，框架的設計應按純框架結構設計。第31頁/共57頁典型框架-剪力墻結構：非典型框架-剪力墻結構：剪力墻60筒體結構(空間受力體系)（1）框筒結構：內筒承受豎向荷載，外筒承受水平荷載，柱距一般在3m以內，框筒梁比較高，開洞面積在60%以下1931年102層帝國大廈：鋼框架－剪力墻體系，用鋼量2.06kN/m21972年110層世界貿易中心：筒中筒結構體系，用鋼量1.81kN/m21974年110層西爾斯大樓：鋼成束筒結構體系，用鋼量1.61kN/m2第40頁/共57頁筒體結構(空間受力體系)（1）框筒結構：內筒承受豎向荷載，61第44頁/共57頁第44頁/共57頁62體系由兩級結構組成：一級為：跨越若干樓層的巨型梁（或巨型桁架梁）、巨型桁架柱（或實腹筒體柱），提供很大的抗側剛度和抗彎承載力；二級：位于巨型框架單元內的輔助框架（只承受豎向荷載），也將荷載產生的內力傳遞到一級結構上。這種結構是具有兩道抗震防線的抗震結構，具有良好的抗震性能。巨型框架結構第48頁/共57頁體系由兩級結構組成：巨型框架結構第48頁/共57頁63體系由兩級結構組成：一級為：跨越若干樓層的巨型梁（或巨型桁架梁）、巨型桁架柱（或實腹筒體柱），提供很大的抗側剛度和抗彎承載力；二級：位于巨型框架單元內的輔助框架（只承受豎向荷載），也將荷載產生的內力傳遞到一級結構上。這種結構是具有兩道抗震防線的抗震結構，具有良好的抗震性能。巨型框架結構第48頁/共57頁體系由兩級結構組成：巨型框架結構第48頁/共57頁64帶轉換層的高層建筑結構：將上部樓層的部分豎向構件，通過大剛度結構轉換層傳遞到底層或基礎。結構轉換層常采用鋼筋砼大梁、桁架、空腹桁架、箱形結構、斜撐等構件構成；非抗震設計和6度抗震設轉換構件，7、8度抗震設計時地下室的轉換構件可采用厚板。第56頁/共57頁帶轉換層的高層建筑結構：將上部樓層的部分豎向構件，通過大剛度65第二章的主要問題——主要思考1、高層鋼筋混凝土結構的基本結構體系有哪幾類？2、結構選型的依據(jù)主要有哪些？3、什么是框架結構？其主要特點是什么？框架結構與框架梁、框架柱的概念有區(qū)別嗎？4、什么是異形柱？異形柱結構的抗震性好嗎？為什么？5、什么是板柱結構(含板柱—剪力墻結構)？其抗震性好嗎？為什么？6、什么是剪力墻？什么是剪力墻結構？其主要特點是什么？7、什么是短肢剪力墻？短肢剪力墻結構的抗震性好嗎？為什么？8、什么是框支剪力墻結構的抗震性好嗎？為什么？9、什么是框架—剪力墻結構？框架—剪力墻結構的主要特點是什么？10、什么是鋼筋混凝土筒體結構，分幾類？什么是框架—核心筒結構？什么是筒中筒結構？第1頁/共57頁第二章的主要問題——主要思考1、高層鋼筋混凝土結構的基本結構66§2.1框架結構§2.2剪力結構體系§2.3框架－剪力墻結構§2.4板－柱剪力墻結構§2.5框架-支撐（抗震墻板）結構§2.6筒體結構§2.7框架—核心筒結構§2.8巨型結構§2.9帶轉換層的結構§2.10房屋最大高度及適用的高寬比§2.11變形縫設置§2.12基礎形式第2章結構體系第2頁/共57頁§2.1框架結構第2章結構體系第2頁/共57頁671)框架結構；

2)剪力墻結構(含部分框支—剪力墻結構)；

3)框架—剪力墻結構；

4)筒體結構(含框架—核心筒結構、筒中筒結構）；

5)復雜高層結構(含帶加強層或剛臂結構、錯層結構、連體結構、多塔樓結構等)；

6)混合結構(由多種材料的構件混在一起的結構，如鋼筋混凝土構件、鋼構件、組合結構構件構成的結構)。高層建筑結構應根據(jù)房屋的高度(H)、高寬比(H/B)、抗震設防烈度、場地類別、建筑的重要性、結構材料和施工技術條件等因素，選用適宜的結構體系。高層建筑的結構體系按其抗側力主要構件的種類：第3頁/共57頁1)框架結構；高層建筑的結構體系按其抗側力主682.1框架結構框架結構：梁、柱，通過結點的剛性連接組成的，共同承受豎向和水平（縱+橫）向荷載的整體結構，優(yōu)點：柱網布置靈活，延性較好。缺點：結構的橫向側移剛度較小，側移較大；結構變形曲線以剪切型為主；適用于空間大、層數(shù)不太多、房屋高度不太高的建筑。框架應當縱橫雙向布置，形成雙向抗側力體系?？蚣芙Y構中的填充墻有一定的抗側力作用，合理設計填充墻，有效抗震。適宜柱距：4~10米。第4頁/共57頁2.1框架結構框架結構：梁、柱，通過結點的剛性連接組69第5頁/共57頁第5頁/共57頁70縱梁、柱彎曲變形構成剪切型變形縱梁、柱的結點角變形導致側移第6頁/共57頁縱梁、柱彎曲變形構成剪切型變形縱梁、柱的結點角變形導致側移第71

剪切變形＋彎曲變形＝總變形當H/B4,框架側移以剪切變形為主第7頁/共57頁剪切變形＋彎曲變形＝總變形當72高層建筑結構設計的基本要求

高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結構體系，基本要求是

1)具有必要的承載力、剛度、變形能力（延性）；

2)避免結構整體扭轉，避免質量與剛度在水平、豎向的局部突變；

3)多道設防，多層次保障結構安全。

以上要求均應運用概念設計理念指導結構選型與布置；

4)對結構進行整體分析，對可能出現(xiàn)的薄弱部位做出合理判斷與設計；

5)避免局部破壞導致整體破壞；這兩點應在結構整體計算后，通過對可能出現(xiàn)的薄弱部位，進行局部附加計算，并在結構構造設計中有落實措施；

完整的結構設計步驟：

結構選型;結構計算；結構整體及構件的設計。

高層建筑結構設計的基本原則是：合理選址，注重概念設計，重視結構選型與平、立面布置的規(guī)則性，優(yōu)選有利于抗風、抗震的結構體系，加強結構構造設計。第8頁/共57頁高層建筑結構設計的基本要求高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的73

抗震概念設計

——建筑、結構設計師們用抗震設計原則和思想，總體控制建筑結構的總體和局部設計。做到：前期合理選型，并確定計算模型和構造方案；中期合理計算；后期構造處理力求完善模型的缺陷以及目前人所未能知的可能缺陷。

抗震概念設計的目標是：控制結構的延性，以結構的變形耗能盡量消化地震能，避免地震能對結構局部的首先擊潰。隨建造層數(shù)加多，結構材料用量也將有很大增加，但只要結構工程師和建筑師合作恰當，優(yōu)化總體設計方案，那么結構的合理性、、材料用量、造價是完全可以合理控制的?？拐鹪O計，尤其是高層建筑結構的抗震設計，應選擇有利地段，避免不利地段（表4-1），尤其是避免在發(fā)震帶上建設。選址錯誤會導致所有相關建設成果變負！2010《高規(guī)》指出：“本規(guī)程不適用于建造在發(fā)震斷裂最小避讓距離內的高層建筑結構?！钡?頁/共57頁抗震概念設計抗震概念設計的目標是：控制結構的延性74表2.1（地段劃分）有利、一般、不利和危險地段地段類別

地質、地形、地貌有利地段穩(wěn)定基巖，堅硬土，開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等一般地段不屬于有利、不利和危險地段不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，陡坡，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（含故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黃土，地表存在結構性裂縫等危險地段地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯位的部位第10頁/共57頁表2.1（地段劃分）有利、一般、不利和危險地段地段類別75概念設計在結構總體設計時的具體原則1、平面：宜簡單、規(guī)則、盡量對稱——避免過度凹凸；3、力求剛度中心和荷載中心重合——避免不規(guī)則引起的扭轉；4、加強結點設計——避免因點及面的破壞；5、合理設置變形縫——避免復雜結構間的碰撞等次應力6、力求上部結構與基礎的協(xié)同工作——避免不均勻沉降及地基的過度變形。7、盡量降低結構中心——有利于減小水平地震作用的影響，增強結構自穩(wěn)定能力。2、豎向：宜剛度和承載力分布均勻——避免結構剛度突變；

高層建筑在立項時，就應根據(jù)既有資料合理選址，并對場地進行初勘或在城市規(guī)劃部門調閱，在可建設條件下，應遵循以下設計原則。第11頁/共57頁概念設計在結構總體設計時的具體原則1、平面：宜簡單、規(guī)則、盡762.2高層建筑的結構選型2.2.1高層建筑結構選型的主要內容主要內容

1）選擇合適的豎向承重結構（墻、柱及其組合）；

2）選擇合適的水平承重結構（梁、板及其構成）；

3）選擇合適的基礎結構（最具設計藝術的問題）。

結構選型的主要依據(jù)：

1)房屋高度；2)總高寬比；3)地區(qū)抗震設防烈度；

4)房屋的抗震設防類別；5)場地類別；

6）結構體系形式；7)結構主體的施工方式；

結構選型的主要要求

1）滿足使用要求；2）盡可能實現(xiàn)建筑意圖；

3）平、立面形式宜規(guī)則，滿足承載、剛度、延性要求；

4）施工可行便捷；5）經濟合理。第12頁/共57頁2.2高層建筑的結構選型2.2.1高層建筑結構選型的主772.2.2高層建筑豎向承重結構的選型1.高層建筑的結構體系分類：1)框架結構(含板柱結構)；

2)剪力墻結構(含部分框支—剪力墻結構)；

3)框架—剪力墻結構；

4)筒體結構(含框架—核心筒結構、筒中筒結構）；

5)復雜高層結構(含帶加強層或剛臂結構、錯層結構、連體結構、多塔樓結構等)；

6)混合結構(由多種材料的構件混在一起的結構，如鋼筋混凝土構件、鋼構件、組合結構構件構成的結構)。第13頁/共57頁2.2.2高層建筑豎向承重結構的選型1.高層建筑的結構體781）框架結構(含板柱結構)框架結構：梁、柱，通過結點的剛性連接組成的，共同承受豎向和水平作用的整體結構；優(yōu)點：柱網布置靈活，延性較好。缺點：結構的橫向側移剛度較小，側移較大；結構變形曲線以剪切型為主；適用于空間大、層數(shù)不太多、房屋高度不太高的建筑，如商場、車站、展覽館、停車庫、賓館的門廳、餐廳等。框架應當縱橫雙向布置，形成雙向抗側力體系?？蚣芙Y構中的填充墻有一定的抗側力作用，合理設計填充墻，有效抗震。第14頁/共57頁1）框架結構(含板柱結構)框架結構：梁、柱，通過結點的剛性連79板柱框架結構（板柱－剪力墻結構）板柱框架（－剪力墻）結構——由樓板直接與框架柱（剪力墻）形成的結構體系，樓板為無梁樓板。該結構體系便于使用滑摸施工法施工，施工方便，工期短，層高較??；抗側力能力差，抗震性能較差。第15頁/共57頁板柱框架結構（板柱－剪力墻結構）板柱框架（－剪力墻）結構80異形柱、異形柱框架結構異形柱——由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形或十字形截面柱構成框架結構柱，其截面厚度基本同填充的墻厚，其截面形式與剪力墻截面形似，但截面各肢的肢高厚比不大于4，不足以構成剪力墻。異形柱框架結構的特點：優(yōu)點：框架柱基本不占非墻面積，使用空間大，經濟；缺點：框架柱的整體性、穩(wěn)定性弱，柱與樓蓋的連接節(jié)點復雜，施工難度大；抗震性能不足；適用性：適用于墻多層，跨度不大的框架體系住宅，不適用于高烈度設防。異形柱框架結構——由異形柱作為框架柱形成的結構體系。第16頁/共57頁異形柱、異形柱框架結構異形柱——由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形812）剪力結構體系剪力墻:鋼筋混凝土墻抵抗自身平面內的水平剪力、彎矩的能力突出，是高層建筑中的主要抗測力結構。墻肢截面形式主要有T形、+形，『

形。

剪力墻結構的缺點：空間布置受限，結構重，延性較差，剛度大，適用于空間較小、層數(shù)較高、房屋的高度較高高的建筑，如住宅、賓館、單身宿舍。

剪力墻結構的優(yōu)點：整體性好，水平抗側剛度大，適合建造高度較高、層數(shù)較多的建筑。

剪力墻結構:以剪力墻為主要承受豎向和水平作用于結構。結構中墻應縱橫雙向均衡設置，形成穩(wěn)定的平面。結構變形曲線以彎曲型為主。第17頁/共57頁2）剪力結構體系剪力墻:鋼筋混凝土墻抵抗自身平82短肢剪力墻結構體系，一般是在小高層的電梯、樓梯部位布置剪力墻形成筒體，其他部位則根據(jù)需要，在縱橫墻交接處設置Ｔ、十、Ｌ形截面短肢剪力墻，墻肢之間在樓面處用梁連接。短肢剪力墻：按墻肢的水平截面高厚比hw/bw劃分：1）hw/bw≤4時，構件剛度較小，稱柱；

2）hw/bw>8時,構件剛度較大，稱普通剪力墻；3）4<hw/bw≤8時，構件剛度偏強但還弱，稱短肢剪力墻；短肢剪力墻結構的延性較差，不易在大震條件下進行內力重分布，抗震性能差，高層建筑不應采用全部為短肢剪力墻的結構。第18頁/共57頁短肢剪力墻結構體系，一般是在小高層的電梯、樓梯部位布置剪力墻83第19頁/共57頁第19頁/共57頁84剪力墻結構的平面及側移

結構變形曲線以彎曲型為主；第20頁/共57頁剪力墻結構的平面及側移結構變形曲線以彎曲型為主；第20頁/85第21頁/共57頁第21頁/共57頁86第22頁/共57頁第22頁/共57頁87第23頁/共57頁第23頁/共57頁881)部分框支剪力墻結構中，直接支撐剪力墻的樓層稱為框支層。

2)框支層中，結構易于發(fā)生剛度突變，從而形成薄弱層(柱鉸導致)，所以框支層樓面應有較大剛度。

3)框支層樓面剛度很大時，可以完成荷載的有效傳遞，結構型式的有效轉換，有時稱該層為轉換層。4)有時，為完成上下部結構型式的轉變、荷載的傳遞，特別設置一些剛度很大的構件，也稱轉換結構，如轉換梁、轉換桁架、轉換板等.

部分框支剪力墻結構

框支剪力墻結構

——底部一層或兩三層為框架結構，上部為剪力墻的結構。

部分框支剪力墻結構

——有目的地在框支剪力墻結構底部，一定間距范圍內，增設剛度較大的落地剪力墻，以增強結構底部以及結構的整體剛度。第24頁/共57頁1)部分框支剪力墻結構中，直接支撐剪力墻的樓層稱為框支層。89第25頁/共57頁第25頁/共57頁90落地剪力墻轉換層框支層部分框支剪力墻結構部分框支剪力墻結構薄弱層第26頁/共57頁落地剪力墻轉換層框支層部分框支剪力墻結構部分框支剪力墻結構薄91第27頁/共57頁第27頁/共57頁923）框架－剪力墻結構

框架－剪力墻結構——由框架和剪力墻共同承受豎向和水平作用的結構。

變形曲線為彎剪型。地震區(qū)建筑，宜設兩道及以上的抗震防線，即多重設防。

優(yōu)點：既能布置大空間房屋，又具有較大的側向剛度，以適應較復雜的建筑功能要求；缺點：剪力墻布置往往受限，剛心與質心難以重合或接近；側向剛度依然偏小，房屋建造高度受限。

框架—剪力墻結構的特點：第28頁/共57頁3）框架－剪力墻結構框架－剪力墻結構優(yōu)點：既93第29頁/共57頁第29頁/共57頁94第30頁/共57頁第30頁/共57頁95典型框架-剪力墻結構：非典型框架-剪力墻結構：

剪力墻(或核心筒)通常承擔大部分水平力(80％～90％)，是主要的抗側力構件；框架主要承擔豎向荷載，提供較大的靈活布置空間。這類結構適用于公共建筑和旅館建筑。

剪力墻承擔的底部傾覆力矩低于50%，主要在框架中起提高結構抗側剛度的作用。這類結構中，框架的設計應按純框架結構設計。第31頁/共57頁典型框架-剪力墻結構：非典型框架-剪力墻結構：剪力墻96第32頁/共57頁第32頁/共57頁97變形曲線為彎剪型第33頁/共57頁變形曲線為彎剪型第33頁/共57頁984）筒體結構

筒體結構:豎向受力結構封閉圍合形成的高層建筑結構體系。分由剪力墻圍成的實腹薄壁筒、由密柱深梁圍成的框筒兩大類?？蚣堋诵耐步Y構：由剛性樓面梁或厚板將內側實腹核心筒和筒外框架連成完整的結構。桁架筒結構：稀柱、淺梁、支撐斜桿組成桁架，布置于建筑物外邊，形成桁架筒結構。(外)框筒結構:由密排柱及深梁形成封閉的外筒。筒中筒結構：由實體的內筒與空腹的外框筒組成。筒中筒結構體系具有更大的整體性與側向剛度，因此適用于高度很大的建筑。束筒結構：筒體組合成成組筒結構體系，則側向剛度更大，可適用于特別高的超高層建筑。第34頁/共57頁4）筒體結構筒體結構:豎向受力結構封閉圍合形成的高層建筑結99

框架—核心筒結構

由核心筒與外圍的稀柱框架組成的高層建筑結構稱框架—核心筒結構。

樓電梯間及一些服務用房做內核心筒；大空間房布置在外，做外框架。核心筒的整體性好，抗側剛度很大，故框架—核心筒結構體系適用于高度較高，功能較多的建筑。第35頁/共57頁框架—核心筒結構由核心筒與外圍的稀柱框架組成的高層100

芝加哥的約翰漢考克大廈，100層，用鋼量1.45kN/m2

香港中國銀行，鋼斜撐、鋼梁、鋼骨組合混凝土柱的空間桁架體系.桁架筒結構第36頁/共57頁芝加哥的約翰漢考克大廈，100層，用鋼量1.4101桁架筒結構上海金貿大廈——內筒為八角形鋼筋混凝土核心筒，外筒由八根復合巨型柱、8根鋼柱，用鋼量0.7kN/m2。（芝加哥的約翰漢考克大廈，100層，用鋼量1.45kN/m2

）第37頁/共57頁桁架筒結構上海金貿大廈——內筒為八角形鋼筋混凝土核心筒，外筒102第38頁/共57頁第38頁/共57頁103筒中筒結構

廣東國際大廈，63層，200m，鋼筋混凝土內筒體，外筒由鋼骨混凝土和鋼柱組成.

薄壁內筒和密柱外框筒（桁架筒）組成，抗風、抗震能力好.第39頁/共57頁筒中筒結構廣東國際大廈，63層，200m，鋼筋混凝104筒體結構(空間受力體系)（1）框筒結構：內筒承受豎向荷載，外筒承受水平荷載，柱距一般在3m以內，框筒梁比較高，開洞面積在60%以下1931年102層帝國大廈：鋼框架－剪力墻體系，用鋼量2.06kN/m21972年110層世界貿易中心：筒中筒結構體系，用鋼量1.81kN/m21974年110層西爾斯大樓：鋼成束筒結構體系，用鋼量1.61kN/m2第40頁/共57頁筒體結構(空間受力體系)（1）框筒結構：內筒承受豎向荷載，105第41頁/共57頁第41頁/共57頁106第42頁/共57頁第42頁/共57頁1072.2.3高層建筑水平承重結構的選型2.2.4高層建筑下部結構的選型

第43頁/共57頁2.2.3高層建筑水平承重結構的選型第43頁/共57頁108第44頁/共57頁第44頁/共57頁109混合結構：由鋼框架或型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土筒體(或剪力墻)所組成的共同承受豎向和水平作用的高層建筑結構.帶轉換層的結構；錯層結構：樓板高度使樓層產生錯層。錯層結構對抗震設計不利，錯層兩側宜采用結構布置和側向剛度相近的結構體系，不歸并為一層計算。多塔樓結構：兩個或兩個以上塔樓用裙房(底盤)相連組成多塔樓結構。此結構體型復雜，計算難，應重視其平面及豎向布置，應加強構造措施。帶加強層高層建筑結構：利用建筑避難層、設備層空間，設置適宜剛度的水平伸臂構件（斜腹桿桁架、實體梁、整層或跨若干個層高的箱形梁、空腹桁架），構成帶加強層的結構。巨型框架結構：體系由兩級結構組成，一級巨梁、巨柱或巨型桁架框架；二級小框架或支撐或懸掛在一級矩形框架梁上?？蚣?支撐(抗震墻板)結構：框架中含支撐桿件。多為綱結構用。5）其他結構

第45頁/共57頁混合結構：由鋼框架或型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土筒體(或剪力墻110加強層——設置連接內筒與外圍結構的水平外伸臂(梁或桁架)結構的樓層(1~3層),水平外伸臂構件必須貫通核心筒并在核心筒轉角處布置，形成井字形。必要時還可沿該樓層外圍結構周邊設置帶狀水平或桁梁.

加強層的合理位置和數(shù)量：1個加強層時，可設在0.6H附近；兩個加強層時，可在頂層和0.5H附近分別設置；多個加強層時，宜沿豎向從頂層向下均勻布置。第46頁/共57頁加強層——設置連接內筒與外圍結構的水平外伸臂(梁或桁架)111第47頁/共57頁第47頁/共57頁112體系由兩級結構組成：一級為：跨越若干樓層的巨型梁（或巨型桁架梁）、巨型桁架柱（或實腹筒體柱），提供很大的抗側剛度和抗彎承載力；二級：位于巨型框架單元內的輔助框架（只承受豎向荷載），也將荷載產生的內力傳遞到一級結構上。這種結構是具有兩道抗震防線的抗震結構，具有良好的抗震性能。巨型框架結構第48頁/共57頁體系由兩級結構組成：巨型框架結構第48頁/共57頁113上海證券交易所第49頁/共57頁上海證券交易所第49頁/共57頁114第50頁/共57頁第50頁/共57頁115

結構優(yōu)化設計的結果：改每6層辦公樓加插一個3層樓凈高空中花園每8層辦公樓加插一個4層樓凈高的空中花園第51頁/共57頁結構優(yōu)化設計的結果：第51頁/共57頁116鋼骨鋼筋混凝