高层建筑结构2高层建筑结构体系与结构布置.ppt

第2章 高层建筑结构体系与结构布置,2.1 概述 2.2 结构体系 2.3 房屋适用高度和高宽比 2.4 基础的布置 2.5 结构布置实例,1,只有登上山顶，才能看到那边的风光。 普通人成功并非靠天赋，而是靠把寻常的天资发挥到不寻常的高度。,2.1 概述,2,推荐参考书目,3,推荐参考书目,4,5,结构体系的发展离不开工程经验和科研,6,2.1.1 框架结构体系,7,2.1.1 框架结构体系,8,2.1.1 框架结构体系,9,2.1.1 框架结构体系,问题：地震力以什么方式作用于结构？,10,2.1.1 框架结构体系,地震力是以惯性力的方式作用于结构上，所以结构的质量对受力有影响,这就要求，框架结构的填充墙要采用轻质材料。不宜采用砌体墙，砌体墙自重大、刚度大，增大了结构重量和结构刚度，从而增大地震作用；而且砌体墙的强度低。地震中容易破坏和倒塌！,墙体有自重和刚度，所以要对称布置，防止产生偏心和扭转；墙体布置时也要上下对齐。不能采用砌体和框架混合结构，两种结构受力机理不同。,楼梯间：楼梯构件与主体框架相连，考虑地震作用,11,2.1.2 剪力墙结构体系,12,2.1.2 剪力墙结构体系,剪力墙的水平位移曲线呈弯曲型，即层间位移由下至上逐渐增大,13,2.1.2 剪力墙结构体系,剪力墙要在结构平面的两个主轴方向双向布置，分别抵抗各自的水平力。端墙与计算方向垂直的剪力墙，可以作为计算方向剪力墙的翼缘参与抵抗水平力，不但增大计算方向剪力墙的刚度、正截面受弯承载力，而且增大其弹塑性变形能力。 剪力墙宜贯通房屋全高，沿高度方向连续布置，避免刚度突变。剪力墙经常需要开洞作为门窗，洞口宜上下对齐，成列布置，形成具有规则洞口的联肢剪力墙，避免出现洞口不规则布置的错洞墙,14,2.1.2 剪力墙结构体系,15,2.1.2 剪力墙结构体系,框支剪力墙为满足使用要求，底部的剪力墙不落地。 由剪力墙转换为框架，结构刚度变小，受剪承载力变小，形成薄弱层和软弱层，在地震作用下，转换层及以下结构的层间变形大，框架柱破坏严重。地震区不允许采用。,16,2.1.2 剪力墙结构体系,17,2.1.2 剪力墙结构体系,1. 框架-剪力墙结构体系是把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系。 2. 特点 剪力墙布置比较灵活，剪力墙端部可以有框架柱也可以没有框架柱，剪力墙可以围成井筒。当有端柱时，墙体应在楼盖位置设置暗梁。 剪力墙（核心筒）承担大部分水平作用(8090)，是主要的抗侧力构件，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，又有较大的刚度和较强的抗震能力，适用于公共建筑和旅馆建筑。,18,2.1.3 框架-剪力墙结构体系,19,2.1.3 框架-剪力墙结构体系,3. 框架-剪力墙结构体系是双重抗侧力结构，剪力墙刚度大，承担大部分剪力；框架承担小部分剪力。地震作用时，连梁先屈服，使剪力墙刚度降低，一部分内力转移到框架结构上。这时对框架要求比较高！ 4. 框架-剪力墙的变形曲线分别呈剪切型和弯曲型！楼板作用使得框架和墙体变形协调。,20,2.1.3 框架-剪力墙结构体系,21,2.1.3 框架-剪力墙结构体系,7. 剪力墙的布置可以灵活，但满足下列要求： （1）剪力墙的布置宜使各个主轴方向上的刚度相接近； （2）对称布置，或者使结构平面上的刚度均匀，减小扭转； （3）沿建筑物全高布置，侧向刚度均匀，避免突变，洞口对齐； （4）在建筑物周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及竖向荷载较大的部位均匀布置剪力墙； （5）平面形状凸凹较大时，宜在凸出部分的端部布置剪力墙； （6）两个方向的剪力墙最好相连；使一个方向成为另一个方向上的翼墙； （7）剪力墙的间距不宜过大，楼板可能产生弯曲变形。 （8）房屋较长时，刚度较大的剪力墙不宜布置在房屋的端开间，避免由于端部剪力墙的约束作用造成楼盖梁板开裂。,22,2.1.3 框架-剪力墙结构体系,1. 筒体结构体系 将剪力墙平面内围合成箱形，形成一个竖向布置的空间刚度很大的薄壁筒体；也可由密柱框架或壁式框架围合，形成空间整体受力的框筒等，从而形成具有很好的抗风和抗震性能的筒体结构体系。 2. 根据筒的布置、组成和数量等可分为： (1)框架-筒体结构体系 (2)筒中筒结构体系 (3)成束筒结构体系,23,2.1.4 筒体结构体系,板柱结构是指钢筋混凝土无梁楼盖和柱组成的结构。板柱结构施工方便，楼板高度小，可以减小层高，能提供大的使用空间，灵活布置隔断墙。 缺点：抗震性能差，地震作用产生的不平衡弯矩由板-柱节点传递。（附加剪力、冲切破坏等） 板柱结构+剪力墙=板柱-剪力墙，应用在设防烈度不大于8度的高层。 房屋高度12m时，剪力墙承担所有地震作用。各层板柱和框架承担不小于本层地震剪力的20%。 楼、电梯间洞口周边设置边框梁。,24,2.1.4 板柱-剪力墙结构,在钢框架中设置钢支撑斜杆，即成为支撑框架；由钢框架和支撑框架共同承担竖向荷载和水平荷载的结构，称为钢框架-支撑结构。 支撑框架如同竖向桁架，在水平力作用下所有杆件承受轴力，支撑框架的侧移主要由杆件的轴向拉压引起，其侧移曲线类似于剪力墙侧移曲线，呈弯曲型。 钢框架-支撑结构类似于框架-剪力墙结构，整体位移曲线呈弯剪型。 双重抗侧力体系！,25,2.1.5 钢框架-支撑结构,26,2.1.5 钢框架-支撑结构,27,2.1.5 钢框架-支撑结构,屈曲约束支撑 延性墙板,28,2.1.4 筒体结构体系,筒体结构,29,2.1.4 筒体结构体系,30,2.1.4 筒体结构体系,31,2.1.4 筒体结构体系,矩形平面两个方向的长度比不大于2 角柱截面可以为中柱截面的1.5倍左右,32,2.1.4 筒体结构体系,水平力作用下，框筒结构腹板的侧移曲线呈剪切型，翼缘框架主要抵抗倾覆力矩，其侧移曲线呈弯曲型。两者协调，框筒结构的侧移曲线以剪切型为主。,33,2.1.4 筒体结构体系,34,2.1.4 筒体结构体系,35,2.1.4 筒体结构体系,框架核心筒周边稀疏框架，平面中心内筒,设置水平伸臂构件 周边环带构件,加强层,侧移曲线和倾覆力矩,由两级结构组成 一级为：跨越若干楼层的巨梁、巨柱（超级框架）或巨型桁架，提供较大的抗侧刚度和承载力承受水平作用和竖向荷载； 二级：其他楼层梁柱，承受竖向荷载并将荷载产生的内力传递到一级结构上 。,36,2.1.5 巨型结构体系,巨型结构,37,2.1.5 巨型结构体系,巨型空间桁架结构,38,2.1.6 带转换层的结构体系,建筑的多功能、综合用途与结构竖向构件的正常布置之间的矛盾。 设置转换构件的楼层转换层；设置转换层的建筑带转换层的结构。,39,2.1.6 带转换层的结构体系,40,2.1.6 带转换层的结构体系,对于剪力墙结构，不允许全部剪力墙为托墙转换的框支剪力墙，必须有部分剪力墙从基础到屋顶连续、贯通，形成部分框支剪力墙结构。地面以上设置转换层的位置不宜过高。 为避免转换层成为薄弱层或软弱层，转换层与上一层的刚度比不宜过小。,i=1、2,i=1、2,G1、G2-转换层和转换层以上一层的混凝土剪变模量； A1、A2-转换层和转换层以上一层的折算抗剪截面面积； Awi-剪力墙在计算方向的有效截面面积； Aci，j-第i层、第j根柱的截面面积； hi-第i层层高； hci，j-第j根柱沿计算方向的截面高度； Ci，j-第i层，第j根柱截面面积折算系数，大于1时，取1。,41,2.1.6 带转换层的结构体系,当转换层设置在第2层以上时，按下式计算的转换层（第i层）与其相邻上一层（第i+1层）的侧向刚度比不应小于0.6。,1楼层侧向刚度比； Vi、Vi+1第i层与第i+1层的地震剪力标准值（KN）； i、i+1第i层和第i+1层在地震剪力标准值作用下的层间位移（m）,当转换层设置在第2层以上时，还需按下式计算的转换层及其下部结构（第1层）与转换层上部结构（第2层）的侧向刚度比，宜接近1，非抗震时不应小于0.5。,e2楼层侧向刚度比； H1、H2转换层下部结构和上部结构的高度，H2应接近H1。； 1、2顶点水平位移。,42,2.1.6 带转换层的结构体系,43,为了使高层建筑满足抗震设防要求，应考虑下述抗震设计基本原则： (1)选择有利的场地，避开不利的场地，采取措施保证地基的稳定性。 (2)保证地基基础的承载力、刚度，以及足够的抗滑移、抗倾覆能力，使整个高层建筑形成稳定的结构体系，防止在外荷载作用下产生过大的不均匀沉降、倾覆和局部开裂等。 (3)合理设置防震缝。 (4)应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。 (5)多道抗震设防能力，避免因局部结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力。 (6)合理选择结构体系。,44,2.2.1 抗震设防结构布置原则,(7)结构应有足够的刚度，且具有均匀的刚度分布控制结构顶点总位移和层间位移。避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。 (8)结构应有足够的结构承载力，具有较均匀的刚度和承载力分布。 (9)节点的承载力应大于构件的承载力。 (10)结构应有足够的变形能力及耗能能力，应防止构件脆性破坏，保证构件有足够的延性。 (11)突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承受鞭梢效应影响。 (12)减轻结构自重，最大限度降低地震的作用，积极采用轻质高强材料。 (13)应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失承载能力。,45,2.2.1 抗震设防结构布置原则,钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比应分为A级和B级。,46,2.2.2 房屋适用的高度和高宽比,A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）,B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度 （m）,47,2.2.2 房屋适用的高度和高宽比,A级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比,48,2.2.2 房屋适用的高度和高宽比,B级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比,1. 伸缩缝也称为温度缝 （1） 作用：可以释放建筑平面尺寸较大的房屋因温度变化和混凝土干缩产生的结构内力。 高层建筑结构伸缩缝的最大间距,49,2.2.3 设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则,（2） 采取以下构造措施和施工措施减少温度和收缩应力时，可适当增大伸缩缝的间距： 在温度变化影响较大的部位提高配筋率。 顶层加强保温隔热措施，或设置架空通风屋面，避免屋面结构温度梯度过大。 顶层可以局部改变为刚度较小的形式，或顶层设温度缝，将结构划分为长度较短的区段。 施工中留后浇带。 采用收缩小的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加入适宜的外加剂。 提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。,50,2.2.3 设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则,2 . 沉降缝 （1） 作用：防止基础产生不均匀沉降时引起结构构件内产生较大的内力和变形。（设置时基础与上部结构均断开） （2） 高层建筑在下述平面位置处，应考虑设置沉降缝： 高度差异或荷载差异较大处； 上部不同结构体系或结构类型的相邻交界处； 地基土的压缩性有显著差异处； 基础底面标高相差较大，或基础类型 不一致处。,51,2.2.3 设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则,（3） 建筑物各部分不均匀沉降差大体上有三种方法来处理： 放设沉降缝，让各部分自由沉降，互不影响，避免出现由于不均匀沉降时产生的内力。 抗采用端承桩或利用刚度很大的基础。前者由坚硬的基岩或砂卵石层来尽可能避免显著的沉降差；后者则用基础本身的刚度来抵抗沉降差。 调在设计与施工中采取措施，调整各部分沉降，减少其差异，降低由沉降差产生的内力。 （4） 通常有以下 “调”的方法不设永久性沉降缝： 调整地基土压力 调整施工顺序 预留沉降差,52,2.2.3 设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则,3 . 抗震缝 （1） 当建筑的平面、层数、质量、刚度差异较大，或错层时抗震设防的建筑物需设抗震缝。 （2） 抗震设防的高层建筑在下列情况不宜设防震缝： 平面长度和突出部分尺寸超过了下表的限值，而又没有采取加强措施时。 各部分结构刚度、荷载或质量相差悬殊，而又没有采取有效措施时。 房屋有较大错层时。,53,2.2.3 设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则,（3） 设置防震缝时，应符合下列规定： 防震缝最小宽度应符合下列要求： a框架结构房屋，高度不超过15m的部分可取70mm；超过15m的部分，6度、7度、8度和9度相应每增高5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm； b框架-剪力墙结构房屋可按第a条数值的70采用，剪力墙结构房屋可按第a条数值的50采用，但二者均不宜小于70mm。 防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度应按不利的结构类型确定；防震缝两侧的房屋高度不同时，防震缝宽度应按较低的房屋高度确定。,54,2.2.3 设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则, 当相邻结构的基础存在较大沉降差时，宜增大防震缝的宽度。 防震缝宜沿房屋全高设置；地下室、基础可不设防震缝，但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接。 结构单元之间或主楼与裙房之间如无可靠措施，不应采用牛腿托梁的做法设置防震缝。,2.2.3 设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则,56,2.3.1 基础类型 (1) 钢筋混凝土筏形基础 (2) 箱形基础 (3) 桩基 2.3.2 基础选型原则 (1) 当地基土质均匀、承载力高而沉降量小时，可以采用天然地基和竖向刚度较小的基础；反之，则应采用人工地基或竖向刚度较大的整体式基础。 (2) 当