第3章 复杂高层建筑结构体系

第3章复杂高层建筑结构体系,2,现代高层建筑往往具有体型复杂、功能综合的特征。这一方面为人们提供了良好的生活环境和工作条件，体现了建筑设计的人性化理念；另一方面也使建筑结构受力复杂、抗震性能变差、结构分析和设计方法复杂化。,建筑方面和结构方面对比一下！,3,因此，从结构受力和抗震性能方面来说，工程设计中不宜采用复杂建筑结构，但实际工程中往往会遇到这些复杂结构，如（1）带转换层的结构、（2）带加强层的结构、（3）错层结构、（4）连体结构和（5）多塔楼结构等。,五类复杂的结构体系,一、带转换层的高层建筑结构在同一幢高层建筑中，沿房屋高度方向建筑功能有时会发生变化。如下部楼层用作商业、文化娱乐，需要尽可能大的室内空间，要求柱网大、墙体少；,中间楼层为办公用房，可以在柱网中布置一定数量的墙体；上部楼层作为宾馆、住宅等用房，需要采用小柱网或布置较多的墙体。,5,为了满足上述使用功能要求，结构设计时，上部楼层可采用室内空间较小的剪力墙结构，中部楼层可采用框架-剪力墙结构，下部楼层则可布置为框架结构。,为了实现这种结构布置，必须在两种结构体系转换的楼层设置水平转换构件，即形成带转换层的结构。,6,一般地，当建筑下部楼层与上部楼层在竖向结构体系形式上差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，就必须在结构体系或形式改变的楼层设置结构转换层。,7,1、上、下部结构类型的转换剪力墙结构的缺点是结构自重较大，建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间，为了扩大剪力墙结构的应用范围，当拟在底部设置商用房或其他需要较大空间的公用房间时。,8,例如为满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共房间，以及在住宅底层布置商店和公共设施的要求，可将剪力墙结构底层或底部几层的部分剪力墙取消，用框架来代替。,9,即将全部剪力墙或部分剪力墙通过转换层变为框架结构，形成底部大空间剪力墙结构，这种用下部框架柱支承上部剪力墙的结构，亦称为框支剪力墙结构，如图所示。,10,这种结构体系，由于底层柱的刚度小，上部剪力墙的刚度大，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大的内力及塑性变形，致使结构破坏较重。,11,为了改善这种结构的抗震性能，底层或底部几层须采用部分框支剪力墙、部分落地剪力墙，形成部分框支剪力墙结构。,12,在部分框支剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布置在两端或中部，并将纵、横向墙围成筒体；,13,另外，还应采取增大墙体厚度、提高混凝土强度等措施加大落地墙体的侧向刚度，上部采用开间较大的剪力墙布置方案，使整个结构的上、下部侧向刚度差别减小。,14,2、上、下部柱网和轴线的改变在筒中筒结构中，外框筒为密柱深梁，无法为建筑物提供较大的出入口，此时可沿外框筒周边柱列设置转换层使下部柱的柱距扩大，形成大柱网，以满足设置较大出入口的需要，但转换层上、下部的结构类型并没有改变。,15,3、上、下部结构类型和轴网均改变在框支剪力墙结构中，上部楼层一般为住宅建筑，采用适合于住宅平面组合轴线布置的剪力墙结构体系，而下部楼层一般为商用房，可能采用大空间轴线布置的框架结构体系。这种结构体系不仅上、下部结构类型不同，而且上、下部的轴线也不一定对齐，需要设置转换层来实现力的传递。,16,二、带加强层的高层建筑结构（框架核心筒伸臂结构）与筒中筒结构相比，框架-核心筒结构的侧向刚度比较小。,为了提高其侧向刚度，减小水平荷载作用下核心筒的弯矩和侧移，可沿框架-核心筒结构房屋的高度方向，每隔20层左右，由核心筒伸出纵、横向伸臂与结构的外围框架柱相连，并沿外围框架设置一层楼高的带状水平梁或桁架。,这种结构称为带加强层的高层建筑结构，亦称框架核心筒伸臂结构体系（也称为伸臂核心筒结构）。,18,与框架核心筒结构相比，伸臂-核心筒结构具有更大的侧向刚度和水平承载力，从而适用于更多层数的高层建筑。,19,在框架-核心筒结构中，框架与筒体通过楼板使它们在水平荷载作用下保持侧移一致，楼板相当于铰接连杆。,下面我们对框架核心筒结构和框架核心筒伸臂结构做比较分析！,20,这时框架只承担很小一部分水平荷载，筒体承担大部分水平荷载，故筒体所承受的倾覆力矩很大。但筒体抗力偶矩的力臂较小，因此结构抵抗倾覆力矩的能力不大。,21,而在伸臂核心筒结构中，通过设置伸臂将所有外围框架柱与筒体连为一体，形成一个整体结构来抵抗倾覆力矩，提高了结构的侧向刚度和承载力，减小了侧向位移。,22,由于伸臂加强层的刚度（包括平面内刚度和侧向刚度）比其他楼层的刚度大很多，所以带加强层的建筑结构属竖向不规则结构。在水平地震作用下，这种结构的变形和破坏容易集中在加强层附近，即形成薄弱层；,23,因此，加强层的整体刚度应适当，以减小对结构抗震的不利影响。,设置伸臂的优缺点优点减小内筒弯矩。增加刚度、减小侧移。缺点内力沿高度发生突变，不利于抗震伸臂层柱子内力突变大小与伸臂刚度有关，伸臂刚度愈大，内力突变愈大。,利弊评述非地震区，设置伸臂利大于弊。地震区，需要慎重设计，否则会弊大于利。,25,三、错层结构从结构受力和抗震性能来看，错层结构属竖向不规则结构，对结构抗震不利。首先，由于楼板分成数块，且相互错置，削弱了楼板协同结构整体受力的能力；其次，由于楼板错层，在一些部位形成短柱，使应力集中，对结构抗震不利。,因此，应尽量不采用错层结构，特别是位于地震区的建筑应尽量避免采用错层结构，9度抗震设计时不应采用错层结构。,26,设计中如遇到错层结构，其最大适用高度应符合下列要求：7度和8度抗震设计时，错层剪力墙结构的房屋高度分别不宜大于80和60m；错层框架-剪力墙结构的房屋高度分别不应大于80m和60m。,四、连体结构,上部连廊掉落砸到下面连廊,连廊掉落对策：连廊与主体结构要么牢固连接，要么彻底分离。可以两面对挑；用滑动支座；隔震垫等。,钢连廊与墙体连接处墙体破坏,某机械厂第一总装车间二层钢连廊与墙体连接处墙体破坏。建议连廊与主建筑脱开，用柱子单独承重。,32,震害经验表明，地震区的连体高层建筑破坏严重，主要表现为连廊塌落，主体结构与连接体的连接部位破坏严重。两个主体结构之间设多个连廊的，高处的连廊首先破坏并塌落，底部的连廊也有部分塌落；两个主体结构高度不相等或体型、面积和刚度不同时，连体破坏尤为严重。,33,因此，连体高层建筑是一种抗震性能较差的复杂结构形式。抗震设计时，B级高度高层建筑不宜采用连体结构，7度、8度抗震设计时，层数和刚度相差悬殊的建筑不宜采用连体结构。,34,为提高整体结构的抗震性能，连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面布置和刚度分布。,35,五、多塔结构底部几层布置为大底盘，上部采用两个或两个以上的塔楼作为主体结构，下图所示为一大底盘多塔楼结构示意图。,这种多塔楼结构的主要特点是在多个塔楼的底部有一个连成整体的大裙房，形成大底盘。,36,1、结构布置大底盘多塔楼高层建筑结构在大底盘上一层突然收进，使其侧向刚度和质量突然变化，故这种结构属竖向不规则结构。,由于大底盘上有两个或多个塔楼，结构振型复杂，并会产生复杂的扭转振动，引起结构局部应力集中，对结构抗震不利。如果结构布置不当，则竖向刚度突变、扭转振动反应将会加剧。,37,因此，多塔楼结构的结构布置应满足下列要求。（1）多塔楼建筑结构各塔楼的层数、平面和刚度宜接近。,计算结果表明，当各塔楼的质量和侧向刚度分布不均匀时，结构的扭转振动反应加剧。,所以，为了减轻扭转振动反应对结构的不利影响，位于同一裙房上各塔楼的层数、平面形状和侧向刚度宜接近；如果各多塔楼的层数、刚度相差较大时，宜用防震缝将裙房分开。,38,（2）塔楼对底盘宜对称布置，塔楼结构的综合质心与底盘结构质心距离不宜大于底盘相应边长的20%。,试验研究和计算分析结果表明，当塔楼结构与底盘结构质心偏心较大时，会加剧结构的扭转振动反应。所以，结构布置时应注意尽量减小塔楼与底盘的偏心。,（3）抗震设计时，转换层不宜设置在底盘屋面的上层塔楼内。,把转换层设置在大底盘屋面的上层塔楼内，则结构的侧向刚度沿竖向突变与结构内力传递途径改变同时出现，使结构受力更加复杂，不利于结构抗震，转换层与大底盘屋面之间的楼层更容易形成薄弱部位，加剧了结构破坏。,40,2、加强措施大底盘多塔楼结构是通过下部裙房将上部各塔楼连接在一起的，与无裙房的单塔楼结构相比，其受力最不利部位是各塔楼之间的裙房连接体。,（1）为保证多