筒中筒结构布置.ppt

1 多 高 层房屋钢结构的结构体系选用多 高 层房屋钢结构的结构布置 如何选用结构体系 荷载及抗震设防等级 房屋尺寸和体型 房屋材料 工程造价 施工条件 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 2 国家级精品课程 钢结构设计 荷载及抗震设防等级的影响 考虑抗侧刚度的要求 对于层数不多 设防等级不高的房屋 应优先采用框架体系 设防等级较高时 宜优先考虑框架 支撑体系 5 6层以下的 可采用纯框架体系或框架 支撑体系 6层以上的可采用框架 支撑体系或框架 混凝土剪力墙 核心筒 体系 房屋的尺寸和体型的影响 考虑抗侧刚度的要求 建筑平面简单规则时 可采用纯框架体系或框架 支撑体系 建筑立面有突变或结构存在薄弱层时 常采用钢框架 混凝土剪力墙体系 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 3 国家级精品课程 钢结构设计 房屋材料的影响 采用轻质维护体系材料时 需要的抗侧刚度也较低 工程造价的影响 在地质条件较差的地区 应优先选用纯钢结构体系 如纯框架体系 框架 支撑体系或框架 支撑芯筒体系 以降低基础造价 施工条件的影响 当施工工期要求较短时 宜采用纯钢结构体系 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 4 国家级精品课程 钢结构设计 钢结构高层建筑的适用高度 m GB50011 2010 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 5 国家级精品课程 钢结构设计 1931 帝国大厦 102层 381m 框架结构 用钢量206kg m2 1974 Sears大厦 108层 442m 束筒结构 用钢量161kg m2 若改用框架结构 用钢量290 338kg m2 1961 纽约蔡斯曼哈顿广场大楼 60层 248m 框架结构 用钢量270kg m2 1973 IDS中心 57层 235m 框架 支撑结构 用钢87 5kg m2 选择合理的结构体系的重要性 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 6 国家级精品课程 钢结构设计 结构平面布置应规则地布置柱网 避免零乱 将抗侧力构件沿房屋纵 横主轴方向布置 尽可能做到 分散 均匀 对称 使结构各层的抗侧力构件中心 刚心 与水平作用力合力的中心 质心 重合或接近 以避免或减小扭转振动 处于抗震设防地区的多层钢结构 宜采用由刚接框架和支撑结构共同抵抗地震作用的双重抗侧力体系 遵循高层钢结构平面布置的一般原则 第12讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 7 国家级精品课程 钢结构设计 结构平面布置 一般原则 应首选由光滑曲线构成的平面形式 以减少风压作用 圆形 椭圆形等流线型平面 与矩形平面比较 风荷载体型系数大约减少30 尽可能地采用中心对称或双轴对称的平面形式 以减小或避免在风荷载作用下的扭转振动 常用截面形式 方形 圆形 椭圆形 矩形 正多边形 需抗震设防时平面尺寸关系应符合表5 2的要求 进行平面设计时 应尽量避免以下平面不规则结构 扭转不规则 凹凸不规则 楼面不连续或刚度突变 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 8 国家级精品课程 钢结构设计 需抗震设防时平面尺寸关系 结构平面布置 一般原则 续 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 9 国家级精品课程 钢结构设计 结构平面布置 一般原则 续 1 扭转不规则结构 任一层的偏心率大于0 15 楼层最大弹性层间位移大于该楼层两端弹性层间位移平均值的1 2倍 但不超过1 5倍 平面不规则结构 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 10 国家级精品课程 钢结构设计 结构平面布置 一般原则 续 平面不规则结构 1 扭转不规则结构 X向偏心率 Y向偏心率 X向抗扭弹性半径 Y向抗扭弹性半径 楼层抗扭刚度 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 11 国家级精品课程 钢结构设计 结构平面布置 一般原则 续 2 凹凸不规则结构 平面不规则结构 结构平面形状有凹角 凹角的伸出部分在一个方向的尺度 超过该方向建筑总尺寸的30 应采取相应的构造措施 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 12 国家级精品课程 钢结构设计 结构平面布置 一般原则 续 3 楼面不连续或刚度突变 平面不规则结构 包括开洞面积超过该层总面积的30 应采取相应的计算模型合理确定薄弱部位以及复杂传力途径中各构件的内力 也包括较大错层 4 斜交抗水平力构件 既不平行又不对称于抗侧力体系的两个互相垂直的主轴 应计算结构的扭转影响 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 13 国家级精品课程 钢结构设计 结构竖向布置 建筑立面和竖向剖面宜规则 结构的侧向刚度和承载力宜上下相同 避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变 更应避免下柔上刚 在抗震设防地区 框架柱宜上下贯通并落地 避免出现悬空处和高度不一致的错层 若必须抽柱而无法贯通落地 应合理设置转换构件 支撑和剪力墙等抗侧力结构更应上下贯通并落地 结构在两个主轴方向的动力特性宜相近 多层房屋设地下室的时候 钢结构宜延伸至地下室 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 14 国家级精品课程 钢结构设计 结构平面布置 一般原则 应首选由光滑曲线构成的平面形式 以减少风压作用 圆形 椭圆形等流线型平面 与矩形平面比较 风荷载体型系数大约减少30 尽可能地采用中心对称或双轴对称的平面形式 以减小或避免在风荷载作用下的扭转振动 常用截面形式 方形 圆形 椭圆形 矩形 正多边形 需抗震设防时平面尺寸关系应符合表5 2的要求 进行平面设计时 应尽量避免以下平面不规则结构 扭转不规则 凹凸不规则 楼面不连续或刚度突变 框筒结构采用矩形平面形式时 应控制其平面长度比小于1 5 因风荷载平行于矩形平面的短边时会产生严重的剪切滞后现象 不能充分发挥框筒作为立体构件的空间作用 不满足时 宜采用束筒结构 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 15 国家级精品课程 钢结构设计 结构竖向布置 一般原则 使结构各层的抗侧力刚度中心与水平合力中心接近重合 各层的刚度中心应接近在同一竖直线上 要强调建筑开间 进深的尽量统一 多高层房屋的横向刚度 风振加速度还和其高宽比有关 其限值为 高宽比对结构的整体稳定性和人在建筑的舒适感有重要影响 尽量避免出现竖向不规则结构 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 16 国家级精品课程 钢结构设计 结构竖向布置竖向不规则结构 1 楼层刚度小于其相邻上层刚度的70 且连续三层总的刚度降低超过50 侧向刚度ki的突变 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 17 国家级精品课程 钢结构设计 结构竖向布置竖向不规则结构 2 相邻楼层质量之比超过1 5 3 立面收进尺寸的比例为L1 L 0 75 竖向剖面及立面收进的竖向不规则 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 18 国家级精品课程 钢结构设计 结构竖向布置竖向不规则结构 4 竖向抗侧力构件不连续 5 任一楼层抗侧力构件按实际截面和材料强度标准值计算所得的的总受剪承载力小于其相邻上层受剪承载力的80 竖向抗侧力构件不连续示例 竖向抗侧力结构受剪承载力非均匀化 有薄弱层 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 19 国家级精品课程 钢结构设计 框筒结构布置 框筒结构高宽比不宜小于3 更好地发挥框筒的立体作用 框筒平面宜接近正方形 圆形或正三角形 框筒的平面边长不宜大于45m 否则剪力滞后现象会较严重 框筒柱距一般为1 0 3 0m 且不宜超过4 5m和层高 角柱应采用方箱形柱 控制角柱截面积为非角柱的1 5倍左右 框筒为方形 矩形平面时 宜将其作成切角方形 矩形 以减少角柱受力和剪力滞后现象 外筒布置同框筒的前两项 内外筒之间的进深一般控制在10 16m之间 内筒的边长不宜小于相应外框筒边长的1 3 内筒高宽比大约在12左右 不宜超过15 内筒亦为框筒时 其柱距宜与外框筒柱距相同 且在每层楼盖处都设置钢梁将相应内外柱相连接 筒中筒结构布置 第13讲多 高 层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布置 20 国家级精品课程 钢结构设计 为了提高内外筒的整体性能以及缓解剪力滞后 可设置帽桁架和腰桁架 腰桁架一般布置于设备层 帽桁架和腰桁架一般是由相互正交的两组桁架构成 等距满布于建筑物的横 纵 向 筒中筒结构布置 敷设地下室 补偿基础 增大结构抗侧倾能力 有抗震设防时 高层结构部分的基础埋深宜一致 不宜采用局部地下室 基础埋深 从室外地坪或通长采光井底面到承台底部或基础底部的深度 1