高层建筑结构体系与布置

1、第二章 高层建筑结构体系与布置 2.1 框架结构框架结构的特点是,建筑平面布置灵活,可做成较大空间的会议室、餐厅、办公室及试 验室等,加隔墙后,也可做成小房间;如果采用轻质隔墙,则可减轻建筑物重量;住宅中较 少使用框架结构,主要原因是柱截面较大,以致突出墙面,影响家具放置;框架结构侧向刚度小,属柔性结构,因而对其建造高度应予控制;在多层建筑中,框架 结构是一种常用的结构体系。2.2 剪力墙结构利用建筑物的钢筋混凝土墙体,作为竖向承重和抵抗侧力的结构,该结构即为剪力墙结 构体系, 通常, 楼盖内无次梁, 楼板直接支承在墙上, 墙体同时也是维护和分隔房间的构件; 剪力墙的间距受到楼板构件跨度的限制

2、,一般为 38m,房间墙面及天花板平整,无需 吊顶,层高较小,因而剪力墙结构适合于具有小房间的住宅、旅馆等建筑,无论在地震区或 非地震区,它都得到广泛的应用;上图是一种常用的剪力墙结构的平面,广州宾馆(27层, 87m ,广州白天鹅宾馆(30层,102m ,北京西苑饭店(27层,92m ,均属剪力墙结构。2.3 框架-剪力墙结构框架-剪力墙结构是把框架和剪力墙结合在一起,共同抵抗竖向和水平荷载的一种体 系,它利用剪力墙的高抗侧力刚度和承载力,弥补框架结构柔性大、侧移大的弱点;同时由 于它只在部分位置上有剪力墙, 又保持了框架结构具有大空间、 立面易于变化等优点, 因此, 框架-剪力墙结构是一种

3、较好的结构体系, 虽然其出现较晚, 但在多高层公共建筑及办公楼 建筑中得到了广泛的应用,例如上海宾馆(27层,91.5m 、北京饭店新楼(18层,80m , 上图为常见的框架-剪力墙结构平面。2.4 板柱-剪力墙结构板柱结构是指钢筋混凝土无梁楼板和柱组成的结构。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,灵活布置隔断墙等。但板柱连接节点的抗震性能差, 不如粱柱连接节点; 地震作用产生的柱端弯矩由板柱连接节点传递, 在柱周边板内产生较大 的附加剪力,加上竖向荷载的剪力,有可能产生冲切破坏,楼板脱落。板柱结构在地震中严 重破坏、 倒塌的震害说明, 板柱结构的刚度小、 抗震性能

4、差, 不宜作为高层建筑的抗震结构。 在板柱结构中设置剪力墙,或将楼、电梯间做成钢筋混凝土井筒,即成为板柱一剪力墙 结构。 板柱一剪力墙结构可以用于抗震设防烈度不超过 8度且高度有限制的房屋建筑。 板柱 一剪力墙结构房屋的周边应布置有梁框架,楼、电梯洞口周边应布置粱。2.5 框架-支撑 (抗震墙板 结构在框架中设置支撑斜杆,即为支撑框架,一般用于钢结构。由框架和支撑框架共同承担 竖向荷载和水平荷载的结构,称为框架.支撑结构。2.6 筒体结构筒体结构包括框筒、筒中筒、束筒以及框架一核心筒、框架一核心筒一伸臂结构等 , 其 中框架一核心筒 、框架一核心筒一伸臂结构虽然都有筒体,但是它们与框筒、筒中筒

5、、 束筒结构 的组成和传力体系有很大区别,需要了解它们的异同,掌握不同的设计概念和要 求。框筒 、筒中筒和束筒的设计概念¾由密排柱和跨高比较小的裙梁构成密柱深梁框架, 布置在建筑物周围形成框筒, 框 筒与实腹筒组成筒中筒, 多个框筒排列组成束筒。 在水平力作用下 , 框筒 中除了腹板框架 抵抗部分倾覆力矩外, 翼缘框架柱承受拉、 压力, 可以抵抗水平荷载产生 的部分倾覆力矩。 ¾框筒结构具有很大的抗侧移和抗扭刚度又可增大 内部空间 的使用灵活性, 对于高 层建筑,框筒、筒中筒、束筒都是高效的抗侧力结构体系。1、概述将建筑物的外围钢筋混凝土墙体做成一个大筒体,它具有很大的抗侧

6、刚度,由于需要开 窗,在墙体上开洞而形成了“梁”和“柱”,它的外形与框架类似,但梁的高度大(即窗裙 梁 ,柱的间距小,形成密柱深梁组成的空腹筒结构,称之为框筒。2、框筒的剪力滞后¾由于梁的变形, 使翼缘框架各柱压缩变形向中心逐渐递减, 轴力也逐渐减小, 这就 是剪力滞后现象;同理,受拉的翼缘框架也产生轴向拉力的剪力滞后现象。¾ 由于翼缘框架各柱和裙梁内力是由角柱传来 ,其内力和变形都在翼缘框架平面 内,腹板框架的内力和变形也在它的平面内,这是框筒在水平荷载作用下 内力分布形成 “筒”的空间特性。3、影响剪力滞后的因素影响剪力滞后的因素很多,影响较大的有:柱距与裙梁高度。角柱

7、面积。框筒结构高度。框筒平面形状。用稀柱、浅梁和支撑斜杆组成桁架,布置在建筑物的周边,就形成了桁架筒结构。 钢桁架简结构的柱距大,支撑斜杆跨越建筑的一个面的边长,沿竖向跨越数个接层。形 成巨型桁架,4片桁架围成桁架筒,两个相邻立面的支撑斜杆相交在角柱上.保证了从一个 立面到另一个立面支撑的传力路线连续, 形成整体悬臂结构。 水平力通过支撑斜杆的轴力传 至柱和基础。 钢桁架筒结构的刚度大, 比框筒结构更能充分利用建筑材料, 适用于更高的建 筑。筒中筒结构是由两个筒体,作为竖向承重和抗侧力结构的高层结构体系,是框筒结构和 核心筒的结合;一般而言,内部核心筒是利用电梯间、楼梯间和设备间等墙体构成;采

8、用筒 中筒结构的有广东国际大厦、深圳国际贸易中心、上海电讯大楼(20层,125m 、北京中央 彩电中心(26层,107m。在建筑平面内设置多个 RC 筒体时,即为多筒结构,例如有三重筒体甚至四重筒体;日 本东京新宿住友大厦即为三重筒体结构的 52层高层建筑、香港合和中心即属采用四重筒体 结构的 65层圆形高层建筑2.7 框架-核心筒结构1、简述框架-核心筒结构与框架-剪力墙结构并无本质上的区别, 框架-核心筒结构实际上就 是在框架内的一定位置上,设置剪力墙内筒,外周为一般框架,其平面形状较为自由、灵活 多样; 但是, 为了尽可能较少在水平力作用下的扭转, 还是应尽可能采用具有对称轴的简单、 规

9、则平面,如上海联谊大厦(28层,101.15m 、南京金陵饭店(37层,110m均是框架-筒体结构。2、核心筒结构¾核心筒可作为独立的高层建筑承重结构,同时承受竖向荷载和侧向力的作用。 ¾核心筒独立工作时,建筑物四周的柱子一般不着地,仅由核心筒将上部荷载传至基 础。3、核心筒结构优点¾占地面积小,可在地面留出较大的空间以满足绿化、交通、保护既有建筑物等规划 要求。¾上大下小的独特造型新颖美观,具有很好的艺术效果。¾四周柱子仅承受若干层的楼面竖向荷载,其截面尺寸较小,便于建筑上开窗采光。4、核心筒受力性能¾核心筒结构具有较大的抗侧刚度,

10、受力明确;¾核心筒本身是一个典型的竖向悬臂结构,在竖向荷载和侧向力作用下,可按偏心受 压构件进行筒身截面配筋设计。5、核心筒结构在地震区的受力性能在地震区,核心筒结构受力性能不理想:(1实腹的筒体结构易于出现脆性的破坏形态;(2作为悬臂结构的实腹核心筒为静定结构,没多余约束,缺乏第二道防线;(3当核心筒底部在水平力作用下形成塑性铰时,整个结构即成为机构而倒塌;(4水塔状的建筑外形和质量分布及刚性的结构形式,使核心筒结构具有较大的地震 反应。6、核心筒结构在地震区的布置措施(1在筒壁四周适当地布置一些结构洞。(2根据结构抗震的要求对筒壁上的门窗洞口进行适当的调整,使筒壁成为联肢剪力 墙

11、的结构形式, 利用连系梁梁端的塑性铰耗散地震能量, 使之出现“强肢弱梁”型的破坏形 式2.8 新结构体系 表 A 级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度 (m抗震设防烈度结构体系 非抗震设计6度 7度 8度 9度框架 70 60 55 45 25框架-剪力墙 140 130 120 100 50全部落地剪力墙 150 140 120 100 60剪力墙部分框支剪力墙 130 120 100 80 不应适用框架-核心筒 160 150 130 100 70筒体筒中筒 200 180 150 120 80板柱剪力墙 70 40 35 30 不应采用 注:1、表中框架不含异形柱框架结构;2、平面和竖

12、向均不规则的结构或IV类场地上的结构,最大适用高度应适当降低;3、 甲类建筑,6、 7、 8度时宜按本地区抗震设防烈度提高一度后符合本表的要求, 9度时应专门考虑;4、9度抗震设防、房屋高度超过本表数值时,结构设计应有可靠依据,并采取有效措施。表 B 级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度 (m抗震设防烈度结构体系 非抗震设计6度7度8度框架-剪力墙 170 160 140120全部落地剪力墙 180 170 150130剪力墙部分框支剪力墙 150 140 120100框架-核心筒 220 210 180140筒体筒中筒 300 280 230170注:1、平面和竖向均不规则的建筑或位于IV

13、类场地的建筑,表中数值应适当降低;2、 甲类建筑, 6、 7度时宜按本地区抗震设防烈度提高一度后符合本表的要求, 8度时应专门研究;3、当房屋高度超过表中数值时,结构设计应有可靠依据,并采取有效措施。2、适用的最大高宽比房屋的高宽比愈大,水平荷载作用下的侧移愈大,抗倾覆作用的能力愈小。因此,应控 制房屋的高宽比,避免设计高宽比很大的建筑物。 高层规程对混凝土高层建筑结构适用 的最大高宽比做了规定, 见下表这是对高层建筑结构的侧向刚度、 整体稳定性、 承载能力和 经济合理性的宏观控制。表 A 级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比抗震设防烈度结构体系 非抗震设计6度、7度 8度 9度框架、

14、板柱-剪力墙 5 4 3 2框架-剪力墙 5 5 4 3剪力墙 6 6 5 42.12 基础形式及埋置深度 高层建筑的基础必须具有足够的刚度和稳定性，能对上部结构构成可靠的嵌固作用， 避免由于基础沉降和转动使上部结构受力复杂化， 防止在巨大的水平力作用下建筑物发生倾 覆和滑移。 因此，高层建筑应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调 节不均匀沉降的基础形式。 一般宜采用整体性好和刚度大的筏形基础， 必要时可采用箱形基 础。当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁或其他 形式基础。当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可采用桩基或复合地基。国内在高层 建筑中采用复合地基已有比较成熟的经验， 可根据需要将地基承载力提高到300500kPa， 能 满足一般高层建筑的需要。 高层建筑的基础应有一定的埋置深度，埋置深度可从室外地坪算至基础底面。