多高层建筑结构认识实习PPT课件

1 多高层建筑结构认识实习讲座 2 高层建筑的定义 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 2002 中定义 10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑 高层建筑高度一般指室外地面至主要屋面的距离 不包括局部突出屋面的电梯机房 水箱 构架等高度 我国高层建筑的发展我国高层建筑在解放前很少 50 60年代陆续建成一些 如1959年的北京民族饭店 高47 4m 12层 1964年的北京民航大楼 15层 高60 8m 1968年的广州宾馆 27层 高88m 是60年代我国建成的最高建筑 70年代开始我国高层建筑有了较大发展 主要用于住宅 旅馆和办公楼 层数一般在20 30层 3 哈利法塔 BurjKhalifaTower 原名迪拜塔 BurjDubai 又称迪拜大厦或比斯迪拜塔 是位于阿拉伯联合酋长国迪拜的一栋已经建成的摩天大楼 有160层 总高828米 比台北101高出320米 迪拜塔由韩国三星公司负责营造 2004年9月21日开始动工 2010年1月4日竣工启用 同时正式更名哈利法塔 4 台北101大厦 台北101大楼含塔尖建筑高度为509米 主体工程于1999年7月开工 并于2004年底正式启用 5 上海环球金融中心结构示意图 2008年竣工的上海环球金融中心目前排名世界第3 环球金融中心于1997年开工 耗资81 7亿人民币建造 落成高度达到492米 地上部分101层 6 7 南京的绿地广场紫峰大厦 共有楼层89层 高度达450米 是世界第7高摩天楼 8 432米高的广州国际金融中心 又称广州西塔 是世界第9高摩天大楼 于2009年落成完工 广州西塔项目总投资约60亿元人民币 楼高103层 9 主塔楼为钢筋混凝土核心筒和钢结构外框筒组成的筒中筒结构 钢结构外框筒为巨型斜交网格体系 10 1998年建成的上海金茂大厦位于黄浦江畔的陆家嘴金融区 楼高421米 是世界第10高楼 11 高层建筑设计的特点 水平荷载和地震作用成为高层建筑的控制因素 高层结构设计不仅需要较大的承载能力 还需要较大的刚度控制水平荷载作用下结构的侧向位移 12 控制侧向位移的原因 1 过大的侧向变形会使人不舒服 影响使用 2 过大的侧向变形会使填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏 也会使电梯轨道变形 3 过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝甚至损坏 4 过大的侧向变形会使结构产生附加内力甚至倒塌 13 高层建筑的结构类型 按材料分 按照承重结构材料类型可分为钢结构与钢筋混凝土结构两种 高层钢结构具有强度高 自重轻 抗震性能好 施工方便快捷等优点 但缺点是造价高 耐火性能差 大量防火涂料的使用也影响工期与造价 钢筋混凝土结构具有造价低 耐火性能好 侧向刚度大 截面形式多样等优点 缺点是构件尺寸较大 自重大 使用空间受限 14 目前大多数高层建筑采用混合结构 即钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体所组成的混合结构体系 框架柱多采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱 框架梁多采用型钢混凝土梁或钢梁 为加强结构承载力与抗侧刚度 混合结构中还经常采用加强层 巨型支撑 伸臂桁架等结构形式 15 高层建筑结构体系 主要结构体系有 框架结构 剪力墙结构 框架 剪力墙结构 筒体结构 束筒及巨型框架 框架结构主要承重构件由梁 柱组成的结构 优点 建筑平面布置灵活 能提供较大的室内空间 易于满足多功能的使用要求 在结构受力方面 框架结构自振周期长 地震反应小 经合理设计后可具有良好的延性 缺点 抗侧移刚度小 地震作用下侧向位移大 易使填充墙开裂 并引起非结构构件的破坏 建筑高度不能过高 一般在15层以下 16 17 剪力墙结构 利用钢筋混凝土墙体作为承受竖向 水平荷载的结构 墙体本身也可作为维护和房间分隔构件 该结构形式主要应用于高层住宅和旅馆 优点 整体性好 刚度大 承载力高 水平荷载下的侧向变形小 缺点 墙体间距不能过大 平面布置不灵活 结构自重大 材料强度无法充分发挥 不能满足公共建筑使用要求 当剪力墙的高宽比较大时 可视为一个受弯为主的悬臂构件 其侧向变形是弯曲型 18 19 底部大空间剪力墙 部分框支剪力墙 结构 20 框架 剪力墙结构 框架 剪力墙是指由框架和剪力墙共同承受荷载的结构体系 即保留了框架结构布置灵活 使用方便的特点 又具有剪力墙结构抗侧刚度大 抗震性能好的优点 在该结构体系中 剪力墙承担绝大部分的水平荷载 是主要抗侧力体系 框架则主要承担竖向荷载 以及少量的水平作用 框架本身在水平荷载作用下呈剪切型变形 而剪力墙则呈弯曲型变形 当二者通过楼盖协同工作时 变形必须协调 侧向变形将呈弯剪型 根据以上分析的受力特点 框架 剪力墙结构无论是承载力还是侧向变形都较纯框架有较大的提高 21 板柱 剪力墙结构 板柱结构 由钢筋混凝土无梁楼板和柱组成 优点 施工方便 使用空间大 布置灵活 缺点 节点抗震性能差 整体刚度小 通过设置剪力墙 或将楼 电梯间做成钢筋混凝土筒体 即形成板柱 剪力墙结构 该结构适用于抗震设防烈度不超过8度且高度有限制的建筑中 22 框架 支撑 抗震墙板 结构 支撑框架 框架中设置支撑斜杆 多用于钢结构 框架 支撑结构 框架 支撑框架 受力特点 支撑框架侧向刚度大 承担水平荷载多 其作用类似于剪力墙 支撑框架的类型 中心支撑框架和偏心支撑框架 中心支撑框架 支撑斜杆的轴线交汇于框架梁柱轴线的交点 基本形式有单斜杆支撑 人字形支撑 V形支撑 K形支撑和交叉支撑 注意 抗震结构不采用K形支撑 23 24 偏心支撑 支撑连接位置偏离梁柱节点 每根斜杆应至少一端与框架梁相连 在梁端或梁跨中形成消能梁段 基本形式有 单斜杆 人字形和V形等 地震作用下 消能梁段腹板剪切屈服 通过腹板塑性变形耗散地震能量 支撑斜杆 框架柱和消能梁段以外的梁均保持弹性 其抗震性能明显优于中心支撑框架 25 筒体结构 由单个或多个筒体承受荷载的结构体系 筒体可分为实腹筒 框筒和桁架筒 前面提到的剪力墙围成的筒体称为实腹筒 在实腹筒的墙体上开出许多规则排列的窗洞所形成的开孔筒体称为框筒 它实际上是由密排柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体 如果筒体的四壁是由竖杆和斜杆形成的桁架组成 则称为桁架筒 26 束筒或多筒体系 两个以上框筒 或其它筒体 排列在一起形成的束状结构称为成束筒 例如美国西尔斯大厦就是9个框筒组成的正方形筒体 成束筒结构的刚度和承载能力比筒中筒又有提高 27 28 巨型框架 利用筒体作为柱子 在各筒体之间每隔数层用巨型框架连接 筒体与巨型梁之间即形成巨型框架 由于巨型框架的梁 柱截面很大 抗弯刚度和承载能力也很大 因此它的抗侧刚度比一般框架大很多 29 30 31 高层建筑结构布置原则 32 33 钢 混凝土混合结构房屋适用的最大高度及高宽比限值 34 35 防震缝1 抗震设计时高层建筑宜调整平面形状和结构布置 避免结构不规则 不设防震缝 2 钢筋混凝土框架房屋防震缝宽度 当高度不超过15m时为70mm 超过15m 6 7 8 9度分别每增加5m 4m 3m 2m 加宽20mm 框剪和剪力墙结构房屋的防震缝宽度 课分别采用框架结构防震缝宽度的70 和50 但都不小于70mm 防震缝两侧结构类型不同时 按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽 3 防震缝应沿房屋全高设置 地下室 基础可不设防震缝 但在防震缝处应加强构造和连接 36 伸缩缝混凝土在硬化过程中会产生收缩 同时已建成的结构在温度变化时也会有热胀冷缩 这种变形受到约束时就在结构内部产生应力 甚至造成开裂 温度应力的危害在房屋的底部和顶部最明显 底部楼层的变形受基础的约束显著 而顶部楼层由于日照的直接作用 温度变化剧烈 温度应力较大 解决办法常用的有设置后浇带 宽度可采用700 1000mm 两侧留出钢筋头 待气温较低 收缩变形完成一定程度时采用搭接或焊接的方式连接 再浇注微膨胀混凝土 高层建筑结构伸缩缝的最大间距宜符合下表规定 37 工程中避免设伸缩缝的措施1 顶层 底层 山墙和纵墙端开间等温度变化较大的部位提高配筋率 2 顶层采用隔热措施 外墙设置外保温层 3 高层建筑在顶部设置双墙或双柱 做局部伸缩缝 4 采用收缩小的水泥 减小水泥用量 加入外加剂 5 提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力 38 后浇带 后浇带宜设置在受力和变形较小的部位 间距宜为30 60m 宽度宜为700 1000mm 后浇带可做成平直缝 主筋不宜在后浇带中断开 如必须断开 则主筋搭接长度需满足45d 并按设计要求附加钢筋 39 沉降缝高层建筑中常在主体结构周围设置数层的裙房 它们与主体结构高度 重量相差悬殊 会产生较大的沉降差 过去常采用设置沉降缝将结构从顶到基础整个断开 但此举的不利在于使地下室结构复杂 缝部位的防水不好处理 两侧结构在地震