第二章高層建筑結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置課件

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第二章高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)1可編輯課件PPT第一節(jié)高層建筑結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系為結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的構(gòu)件組成方式框架結(jié)構(gòu)體系剪力墻結(jié)構(gòu)體系框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系筒體結(jié)構(gòu)體系巨型結(jié)構(gòu)體系2可編輯課件PPT框架結(jié)構(gòu)體系框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)體系是由梁、柱構(gòu)件通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)成。優(yōu)點(diǎn)：平面布置靈活，可以取得較大的使用空間。缺點(diǎn)：整體側(cè)向剛度小，側(cè)向變形大。3可編輯課件PPT4可編輯課件PPT框架結(jié)構(gòu)5可編輯課件PPT在水平力作用下，框架的側(cè)移變形有兩部分組成：１．梁柱彎曲變形使框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移，一般情況下，梁、柱都有反彎點(diǎn)，側(cè)移曲線表現(xiàn)為剪切型，下部層間變形大，上部變形??；２．柱的軸向變形也使框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移，為彎曲形，上部層間變形大。兩側(cè)移以前者為主，因而框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線表現(xiàn)為剪切型。6可編輯課件PPT剪力墻結(jié)構(gòu)體系利用建筑物墻體承受豎向荷載、抵抗水平荷載，并作為建筑物的圍護(hù)及房間分隔構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。優(yōu)點(diǎn)：整體性好、剛度大，抵抗側(cè)向變形能力強(qiáng)；缺點(diǎn)：自重大；受樓板跨度的限制（一般為3～8m），剪力墻間距不能太大，建筑平面布置不夠靈活。7可編輯課件PPT360040008000800066000300036000300066000800080004000360070000785078502300廣州白云賓館：33層，112.45米，剪力墻結(jié)構(gòu)，1976年建成，國(guó)內(nèi)首棟百米高層。8可編輯課件PPT剪力墻結(jié)構(gòu)9可編輯課件PPT在水平力作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)以彎曲變形為主，側(cè)移曲線表現(xiàn)為彎曲型，即曲線向內(nèi)凸，層間位移底部小，頂部大，由底部向頂部有逐漸增大的趨勢(shì)。10可編輯課件PPT框架－剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻所組成的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系具備了純框架結(jié)構(gòu)和純剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了純框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度小和純剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置不夠靈活的缺點(diǎn)，是一般高層建筑優(yōu)先選擇的體系。框架－筒體結(jié)構(gòu)與框架－剪力墻結(jié)構(gòu)并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別，框架－筒體結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是在框架內(nèi)的一定位置上，設(shè)置剪力墻內(nèi)筒。11可編輯課件PPT框架剪力墻結(jié)構(gòu)12可編輯課件PPT13可編輯課件PPT框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)向位移曲線呈剪切形，而剪力墻結(jié)構(gòu)體系呈彎曲形。框剪結(jié)構(gòu)由于梁和板的約束作用將兩者結(jié)合在一起，協(xié)同工作，使得結(jié)構(gòu)在底部層間位移大的框架將得到剪力墻的支持；而在頂部，層間位移小框架將給予剪力墻予支持。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的變形曲線一般呈彎剪型。

14可編輯課件PPT15可編輯課件PPT筒中筒結(jié)構(gòu)筒中筒結(jié)構(gòu)體系是由內(nèi)筒和外筒兩個(gè)筒體組成的結(jié)構(gòu)體系。內(nèi)筒通常是由剪力墻圍成的實(shí)腹筒，而外筒一般采用框筒或桁架筒。其中框筒是指由密柱深梁框架?chē)傻耐搀w，桁架筒則是筒體的四壁采用桁架做成。筒體最主要的特點(diǎn)是它的空間受力性能。無(wú)論那一種筒體，在水平力的作用下都可以看成是固定于基礎(chǔ)上的懸臂結(jié)構(gòu)，比單片平面結(jié)構(gòu)具有更大的抗側(cè)移剛度和承載能力，因而適宜建造高度更高的超高層建筑。同時(shí)，由于筒體的對(duì)稱性，筒體結(jié)構(gòu)具有很好的抗扭剛度。

16可編輯課件PPT（a）實(shí)腹筒（b）框筒（c）桁架筒（d）筒中筒

筒體結(jié)構(gòu)類(lèi)型

17可編輯課件PPT其它結(jié)構(gòu)體系西爾斯（Sears）大樓筒體變化圖多筒結(jié)構(gòu)18可編輯課件PPT懸掛結(jié)構(gòu)巨形框架結(jié)構(gòu)巨形桁架結(jié)構(gòu)剛性橫梁或剛性桁架結(jié)構(gòu)19可編輯課件PPT20可編輯課件PPT21可編輯課件PPT22可編輯課件PPT23可編輯課件PPT24可編輯課件PPT25可編輯課件PPT26可編輯課件PPT27可編輯課件PPT28可編輯課件PPT29可編輯課件PPT30可編輯課件PPT31可編輯課件PPT32可編輯課件PPT33可編輯課件PPT第二節(jié)高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是運(yùn)用理論知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用人的思維和判斷力，正確和全面地把握結(jié)構(gòu)的整體性能。主要用于方案階段及初步設(shè)計(jì)階段，從宏觀上、總體上和原則上去決策和確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些最基本、最本質(zhì)也是最關(guān)鍵的問(wèn)題，如確定結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)造措施、電算結(jié)果的判斷等。

34可編輯課件PPT§2-1結(jié)構(gòu)選型

有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。這就要求結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成超靜定體系，即使在某些部位破壞也不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的失效應(yīng)具備必要的抗震能力、良好的變形能力和消耗地震能量的能力對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。結(jié)構(gòu)的薄弱部位一般出現(xiàn)在剛度突變，如轉(zhuǎn)換層、豎向有過(guò)大的內(nèi)收或外突、材料強(qiáng)度發(fā)生突變等部位，這些部位都要采取措施進(jìn)行加強(qiáng)。35可編輯課件PPT§2-2最大適用高度和高寬比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(jí)和B級(jí)。超過(guò)A級(jí)高度的為B級(jí)，B級(jí)的高度和高寬比大，但抗震等級(jí)、計(jì)算和構(gòu)造措施嚴(yán)。不宜超過(guò)B級(jí)。超過(guò)B級(jí)時(shí)，需專(zhuān)門(mén)審查，補(bǔ)充多方面計(jì)算分析，必要時(shí)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，采取專(zhuān)門(mén)的加強(qiáng)構(gòu)造措施。36可編輯課件PPTA級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度(m)結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6度7度8度9度框架7060554525框架-剪力墻14013012010050剪力墻全部落地剪力墻15014012010060部分框支剪力應(yīng)采用筒體框架-核心筒16015013010070筒中筒20018015012080板柱-剪力墻70403530不應(yīng)采用37可編輯課件PPTB級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度(m)結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6度7度8度框架-剪力墻170160140120剪力墻全部落地剪力墻180170150130部分框支剪力墻150140120100筒體框架-核心筒220210180140筒中筒30028023017038可編輯課件PPT房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的電梯機(jī)房、水箱、構(gòu)架等高度?！纠?】請(qǐng)確定房屋計(jì)算高度。條件：某高層建筑入右圖所示，屋面上皮標(biāo)高為+120m，屋面上有一高32m的尖塔和高10m的局部建筑，室內(nèi)外高差1.2m。39可編輯課件PPT【例2】請(qǐng)確定房屋計(jì)算高度。條件：一高層建筑入右圖所示，共9層，首層層高4.2m，其他各層層高3.6m，首層樓面比室外地坪高出0.6m，屋面有局部突出的電梯機(jī)房層高3m。40可編輯課件PPT高寬比是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制。A級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑的最大高寬比結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6度、7度8度9度框架、板柱-剪力墻5432框架-剪力墻5543剪力墻6654筒中筒、框架-核心筒665441可編輯課件PPT在復(fù)雜體型的高層建筑中，如何計(jì)算高寬比是比較難以確定問(wèn)題。一般場(chǎng)合，可按所考慮方向的最小投影寬度計(jì)算高度比，但對(duì)突出建筑物平面很小的局部結(jié)構(gòu)（如樓梯間、電梯間等），一般不應(yīng)包含在計(jì)算寬度內(nèi)；對(duì)于不宜采用最小投影寬度計(jì)算高寬比的情況，應(yīng)由設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況確定合理的計(jì)算方法；對(duì)帶有裙房的高層建筑，當(dāng)裙房的面積和剛度相對(duì)于其上部塔樓的面積和剛度較大時(shí)，計(jì)算高寬比的房屋高度和寬度可按裙房以上部分考慮。42可編輯課件PPT§2-3平面布置平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱；剛度和承載力分布均勻；不應(yīng)用嚴(yán)重不規(guī)則的平面形狀建筑宜選用風(fēng)作用效應(yīng)較小的平面形狀。43可編輯課件PPT1、平面“簡(jiǎn)單”,指平面圖內(nèi)任意兩點(diǎn)的連線不與邊界相交。這種結(jié)構(gòu)沒(méi)有需做加強(qiáng)處理的凹角。44可編輯課件PPT2、防止凹凸不規(guī)則的要求平面長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，突出部分長(zhǎng)度ｌ不宜過(guò)大；L、ｌ等值宜滿足規(guī)范的要求；不宜采用角部重疊的平面圖形或細(xì)腰形平面圖形。45可編輯課件PPT3、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則層間位移大于樓層兩端水平位移平均值1.2倍。對(duì)以風(fēng)荷載為主的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，宜使結(jié)構(gòu)的抗側(cè)中心盡可能地與風(fēng)荷載的合力中心相接近；對(duì)以地震為主的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，宜將結(jié)構(gòu)的剛度中心盡量地與房屋的質(zhì)量中心相重合。46可編輯課件PPT結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響：在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A級(jí)高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍；B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。47可編輯課件PPT4、樓板平面的不連續(xù)規(guī)則的平面，其樓面凹入或開(kāi)洞尺寸不大于典型樓面寬度的50％，開(kāi)洞面積不大于該層樓面面積的30％，洞口兩側(cè)的板寬不小于2m。洞兩側(cè)板寬之和不小于5m，以及不存在錯(cuò)層。48可編輯課件PPT49可編輯課件PPT

50可編輯課件PPT艸字形、井字形等外伸長(zhǎng)度較大的建筑，當(dāng)中央部分樓、電梯間使樓板有較大削弱時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)樓板以及連接部位墻體的構(gòu)造措施，必要時(shí)還可在外伸段凹槽處設(shè)置連接梁或連接板。樓板開(kāi)大洞削弱后，宜采取以下構(gòu)造措施予以加強(qiáng)：１)加厚洞口附近樓板，提高樓板的配筋率；采用雙層雙向配筋，或加配斜向鋼筋；

２)洞口邊緣設(shè)置邊梁、暗梁；３)在樓板洞口角部集中配置斜向鋼筋51可編輯課件PPT抗震設(shè)計(jì)的B級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑，其平面布置應(yīng)簡(jiǎn)單、規(guī)則，減少偏心。以風(fēng)荷載為控制荷載的高層建筑，平面布置宜簡(jiǎn)單、對(duì)稱、規(guī)則，并以選擇風(fēng)壓較小的凸平面如圓形、橢圓形、正多邊形、鼓形等為宜。52可編輯課件PPT§2-4豎向布置高層建筑的豎向體型，宜規(guī)則、均勻，避免有過(guò)大的外挑和內(nèi)收，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小逐漸均勻變化，不應(yīng)采用豎向布置嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。53可編輯課件PPT抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70％或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80％54可編輯課件PPT

A級(jí)高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80％，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的65％;B級(jí)高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的75％?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通。結(jié)構(gòu)頂層取消部分墻、柱形成空曠房間時(shí)，應(yīng)進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析計(jì)算并采取有效構(gòu)造措施高層建筑宜設(shè)地下室；同一結(jié)構(gòu)單元不宜采用部分地下室，且地下室應(yīng)有相同的埋深；55可編輯課件PPT抗震設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)結(jié)構(gòu)上部樓層收進(jìn)部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時(shí)，應(yīng)滿足下列要求：56可編輯課件PPT§2-4

防震縫、伸縮縫和沉降縫結(jié)構(gòu)變形縫57可編輯課件PPT防震縫設(shè)置原則當(dāng)建筑物平面形狀復(fù)雜而又無(wú)法調(diào)整其平面形狀和結(jié)構(gòu)布置，使之成為較規(guī)則的結(jié)構(gòu)時(shí)，宜設(shè)置防震縫將其劃分為較簡(jiǎn)單的幾個(gè)結(jié)構(gòu)單元。防震縫最小寬度應(yīng)符合要求。防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時(shí)防震縫寬度應(yīng)按不利的結(jié)構(gòu)類(lèi)型確定防震縫兩側(cè)的房屋高度不同時(shí)防震縫寬度應(yīng)按較低的房屋高度確定。58可編輯課件PPT當(dāng)相鄰結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)存在較大沉降差時(shí),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(duì)應(yīng)處應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造和連接結(jié)構(gòu)單元之間或主樓與裙房之間如無(wú)可靠措施不應(yīng)采用牛腿托梁的做法設(shè)置防震縫。59可編輯課件PPT牛腿托梁防震縫60可編輯課件PPT伸縮縫的設(shè)置原則：建筑平面尺寸較大的房屋，為了避免溫度和收縮產(chǎn)生的危害，每隔一定距離設(shè)置一道伸縮縫，將房屋基礎(chǔ)以上部分分成相互獨(dú)立的單元。當(dāng)采用下列構(gòu)造措施和施工措施減少溫度和混凝土收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，可適當(dāng)放寬伸縮縫的間距.61可編輯課件PPT1.頂層、底層、山墻和縱墻端開(kāi)間等溫度變化影響較大的部位提高配筋率2.頂層加強(qiáng)保溫隔熱措施，外墻設(shè)置外保溫層3.施工中留有后澆帶，施工過(guò)程中混凝土可自由收縮，每30~40m間距留出施工后澆帶,帶寬800~1000mm,鋼筋采用搭接接頭,后澆帶混凝土宜在兩個(gè)月后澆灌62可編輯課件PPT4.頂部樓層改用剛度較小的結(jié)構(gòu)形式或頂部設(shè)局部溫度縫將結(jié)構(gòu)劃分為長(zhǎng)度較短的區(qū)段5.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6.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)63可編輯課件PPT沉降縫設(shè)置原則高度差異或荷載差異較大處；不同結(jié)構(gòu)體系或類(lèi)型交界處；地基土性能差異較大處；基礎(chǔ)底面標(biāo)高差異或基礎(chǔ)類(lèi)型不一致處。解決不均勻沉降問(wèn)題的其它措施采用端承樁或剛度很大的基礎(chǔ)——抗；在設(shè)計(jì)和施工中采取措施，調(diào)整各部分沉降，減少其差異——調(diào)（通過(guò)采用不同基礎(chǔ)形式調(diào)整土壓力；調(diào)整施工順序；采用不同的基底標(biāo)高）。64可編輯課件PPT§2-4水平位移限值和舒適度要求樓層層間最大位移與層高h(yuǎn)之比的限值65可編輯課件PPT樓層層間位移示意66可編輯課件PPT高層建筑結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形驗(yàn)算

層間彈塑性位移67可編輯課件PPT§2-4溫度作