第11章_多高层建筑的体型与结构布置

1、建筑结构选型Architecture Configuration土木工程学院第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.1 建筑体型11.1.1建筑体型的形成n 从结合学的概念来分类，建筑平面与立面形状一可分为凸从结合学的概念来分类，建筑平面与立面形状一可分为凸形（简单图形）与凹形（复杂图形）两大类。形（简单图形）与凹形（复杂图形）两大类。 图图11-1-1 11-1-1 几何图形的分类几何图形的分类 (a)(a)简单图形简单图形;(b);(b)复杂图形复杂图形第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.1 建筑体型11.1.1建筑体型的形成n 在建筑设计中常用的建筑平面可分成简单建筑平面与复杂在

2、建筑设计中常用的建筑平面可分成简单建筑平面与复杂建筑平面。建筑平面。 图图11-1-2 建筑平面的形式建筑平面的形式(a)简单建筑平面简单建筑平面; (b)复杂建筑平面复杂建筑平面第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.1 建筑体型11.1.1建筑体型的形成n 建筑立面可如图分成简单建筑立面与复杂建筑立面。建筑立面可如图分成简单建筑立面与复杂建筑立面。n 外凸外凸n 内凹内凹图图11-1-3 建筑立面的形式建筑立面的形式(a)简单建筑立面简单建筑立面;(b)复杂建筑立面复杂建筑立面第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.1 建筑体型11.1.1建筑体型的形成n 从二维转为三维，任何一个建筑

3、体型可归纳为平面上的两从二维转为三维，任何一个建筑体型可归纳为平面上的两个基本类型与立面上的两个基本类型的组合，即一共有四个基本类型与立面上的两个基本类型的组合，即一共有四个基本组合，如图所示。个基本组合，如图所示。 图图11-1 -4 建筑休型的组合建筑休型的组合 (a)简单平而与简单立面的组合简单平而与简单立面的组合;(b)复杂平面与简单立面的组合复杂平面与简单立面的组合; (c)简单平面与复杂立面的组合简单平面与复杂立面的组合;(d)复杂平面与复杂立面的组合复杂平面与复杂立面的组合第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.1 建筑体型11.1.2 建筑体型的变化n 1）简单平面与简单立面

4、的组合）简单平面与简单立面的组合图图11-1-5建筑质心与结构的抗侧稳定性建筑质心与结构的抗侧稳定性第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.1 建筑体型11.1.2建筑体型的变化n 2）复杂平面与简单平面的组合）复杂平面与简单平面的组合图图 11-1-6 L形平面和形平面和U形平面的体型变化形平面的体型变化(a) L形平面形平面;(b) U形平面形平面第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.1 建筑体型11.1.2建筑体型的变化图图11-1-7 复杂平面转化成简单平面复杂平面转化成简单平面(a)设悬挑设悬挑;(b)设变形缝设变形缝;(c)设连接梁设连接梁第11章 多高层建筑的体型与结构布置

5、11.1 建筑体型11.1.2建筑体型的变化n 3）简单平面与复杂立而的组合）简单平面与复杂立而的组合图图11-1-8 简单平面与复杂立面的组合简单平面与复杂立面的组合(a)两邻边收进两邻边收进;(b)四边收进四边收进第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.1 建筑体型11.1.2建筑体型的变化n在地震作用下，在地震作用下，小塔楼由于鞭稍效小塔楼由于鞭稍效应产生较大的惯性应产生较大的惯性力，会造成塔楼根力，会造成塔楼根部的破坏甚至塔楼部的破坏甚至塔楼的倒塌。设计中一的倒塌。设计中一般是控制般是控制b/hb/h值，值，即小塔楼不能突然即小塔楼不能突然内收很多，避免刚内收很多，避免刚度发生突变。

6、度发生突变。图图11-1-9 建筑立面的收进建筑立面的收进第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.1 建筑体型11.1.2建筑体型的变化n 4）复杂平面与复杂立面的组合）复杂平面与复杂立面的组合n 建筑体型可以是建筑体型可以是无限的变化；无限的变化；n 具有明显个性，结具有明显个性，结构布置困难；构布置困难；n 布置限制：限制局布置限制：限制局部尺寸、限制内收、部尺寸、限制内收、限制小塔楼高度、设限制小塔楼高度、设置刚性基础、刚性层置刚性基础、刚性层图图11-1-10 复杂平面与复杂立面的组合复杂平面与复杂立面的组合第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.2 结构布置11.2.1 对称性n

7、 最佳的方案是使建筑平面形心、质量中心、结构抗侧刚度最佳的方案是使建筑平面形心、质量中心、结构抗侧刚度中心在平面上位于同点上，而在竖向则位于同一铅锤线上，中心在平面上位于同点上，而在竖向则位于同一铅锤线上，简称简称“三心重合三心重合”。 图图11-211 建筑平面的对称性建筑平面的对称性(a)双轴对称双轴对称;(b)单轴对称单轴对称;(c)无轴对称无轴对称第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.2 结构布置11.2.1 对称性n 1）建筑平面的对称性）建筑平面的对称性 建筑平面形状最好是双轴对称的，不对称的建筑平面对建筑平面形状最好是双轴对称的，不对称的建筑平面对结构来说有三个问题：结构来说

8、有三个问题：a)外荷载作用不均匀，中心产生扭矩；外荷载作用不均匀，中心产生扭矩；b)在凹角处产生应力集中；在凹角处产生应力集中；c)不对称的平面很难使不对称的平面很难使“三心重合三心重合”。 对于单轴对称和无轴对称的建筑平面，结构布置要谨慎，对于单轴对称和无轴对称的建筑平面，结构布置要谨慎，应从各个方向反复计算，还应考虑结构的空间作用。应从各个方向反复计算，还应考虑结构的空间作用。第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.2 结构布置11.2.1 对称性n 2)质量布置的对称性：质量布置的对称性： 若建筑物质量分布有较大偏心，当遇到地震作用时，地若建筑物质量分布有较大偏心，当遇到地震作用时，地

9、震惯性力的合力将会对结构抗侧刚度中心产生扭矩，这时也震惯性力的合力将会对结构抗侧刚度中心产生扭矩，这时也会引起建筑物的扭转及破坏。会引起建筑物的扭转及破坏。n 3)结构抗侧刚度的对称性：结构抗侧刚度的对称性： 抗侧力构件的布置对结构受力有十分重要的影响。常常抗侧力构件的布置对结构受力有十分重要的影响。常常会遇到这样的情况，即在对称的建筑外形中进行了不对称的会遇到这样的情况，即在对称的建筑外形中进行了不对称的建筑平面布置，从而导致了结构刚度的不对称布置。其危害建筑平面布置，从而导致了结构刚度的不对称布置。其危害也会使建筑物产生扭转而造成破坏。也会使建筑物产生扭转而造成破坏。第11章 多高层建筑的

10、体型与结构布置11.2 结构布置11.2.1 对称性图图11-2-2 抗侧墙体的抗侧墙体的不均匀布置之一不均匀布置之一图图11-2-3 抗侧墙体的抗侧墙体的不均匀布置之二不均匀布置之二第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.2 结构布置11.2.1 对称性n 在矩形的建筑平面中，一侧集中布置了实心填充外墙及两在矩形的建筑平面中，一侧集中布置了实心填充外墙及两个核心筒，而另三边则采用了空旷的密柱框架，楼盖结构个核心筒，而另三边则采用了空旷的密柱框架，楼盖结构为单向密肋板。结构的抗侧刚度中心明显地与建筑质量中为单向密肋板。结构的抗侧刚度中心明显地与建筑质量中心偏离，该建筑己在一次地震中倒塌。心偏

11、离，该建筑己在一次地震中倒塌。图图11-2-4 马拿瓜国家银行结构平面马拿瓜国家银行结构平面第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.2 结构布置11.2.1 对称性n 布置楼梯间、电梯间四周的墙体所形成的核心井筒往往能布置楼梯间、电梯间四周的墙体所形成的核心井筒往往能提供较大的抗侧刚度，因此核心井筒的位置对结构受力有提供较大的抗侧刚度，因此核心井筒的位置对结构受力有较大的影响。较大的影响。图图11-2-5 核心井筒的布置核心井筒的布置第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.2 结构布置11.2.2 连续性n 连续性是结构布置中的重要方面，而又常常与建筑布置相连续性是结构布置中的重要方面，而

12、又常常与建筑布置相矛盾。建筑师往往希望从平面到立面都丰富多变，而合理矛盾。建筑师往往希望从平面到立面都丰富多变，而合理的结构布置却应该是连续的、均匀的，不应该过度发生突的结构布置却应该是连续的、均匀的，不应该过度发生突变。变。危害：抗侧危害：抗侧刚度突变，形成刚度突变，形成形成薄弱层形成薄弱层图图11-2-6 框架结构的薄弱层框架结构的薄弱层第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.2 结构布置11.2.2 连续性图图11-2-7 剪力墙的不连续布置剪力墙的不连续布置第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.2 结构布置11.2.3 周边作用n 由于墙体具有较大抗侧刚度，因此墙体位置的变化对整

13、个由于墙体具有较大抗侧刚度，因此墙体位置的变化对整个结构的抗倾覆和抗扭转能力有明显的影响。结构的抗倾覆和抗扭转能力有明显的影响。图图11-2-8 抗侧力墙体的布置抗侧力墙体的布置第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.2 结构布置11.2.4 角部构件 角部构件往往受到较大的荷载或复杂的内力，应适当加强。角部构件往往受到较大的荷载或复杂的内力，应适当加强。图图11-2-9 在筒体结构四角布置角筒在筒体结构四角布置角筒第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.2 结构布置11.2.5 多道防御n 多道防御的设计概念对抵抗未能预测的灾害有重要意义。多道防御的设计概念对抵抗未能预测的灾害有重要意义

14、。n 下图的下图的a、b为强梁弱柱形，柱铰破坏机制，为强梁弱柱形，柱铰破坏机制，c强柱弱梁，强柱弱梁，梁铰破坏机制，梁为第一道防线、柱为第二道防线梁铰破坏机制，梁为第一道防线、柱为第二道防线图图11-2-10 框架结构的破坏形式框架结构的破坏形式第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.2 结构布置11.2.5 多道防御n 18层，框筒结构，内部四筒对称，梁连接为整体。震后仅层，框筒结构，内部四筒对称，梁连接为整体。震后仅317层核层核心筒的连梁上由轻微裂缝，无非结构破坏。核心筒按刚架工作，连梁心筒的连梁上由轻微裂缝，无非结构破坏。核心筒按刚架工作，连梁为第一道防线，轻微破坏，剪力墙为第二道防

15、线、外筒可认为第三道为第一道防线，轻微破坏，剪力墙为第二道防线、外筒可认为第三道防线防线图图11-2-11 美洲银行结构布置图美洲银行结构布置图第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.3 结构构造11.3.1 温差及混凝土收缩对结构布置的要求n 解决方案：设置伸缩缝；设置后浇带；加强构造措施。n 伸缩缝间距要求：现浇框架55m、剪力墙45m、框剪50m。图图11-3-1 后浇带构造后浇带构造(a)钢筋搭接钢筋搭接;(b)钢筋加弯钢筋加弯第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.3 结构构造11.3.2 沉降的要求 为减少不均匀沉降缝而设置的结构缝。为减少不均匀沉降缝而设置的结构缝。 设置原则

16、：建筑物两部分荷载相差悬殊；设置原则：建筑物两部分荷载相差悬殊； 建筑物两部分高低相差悬殊；建筑物两部分高低相差悬殊； 新建建筑与原有建筑之间；新建建筑与原有建筑之间； 地基条件相差悬殊的情况。地基条件相差悬殊的情况。 沉降缝的宽度房屋层数沉降缝宽度23层508045层801205层以上120第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.3 结构构造11.3.2 沉降的要求n 设置方式：简支板、简支梁、悬挑板、悬挑梁图图11-3-2 沉降缝两侧结构的连接沉降缝两侧结构的连接第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.3 结构构造11.3.2 沉降的要求n 北京昆仑饭店：28层，剪力墙结构，二层地下室

17、。主楼与裙房间设置沉降缝和后浇带结合方式。主楼完成后沉降完成50%左右。图图11-3-3 北京昆仑饭店基础处理方案北京昆仑饭店基础处理方案第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.3 结构构造11.3.3 防震的要求图图11-3-4 建筑平面建筑平面设防烈度L/Bmax l/Bmaxl/b6度和7度6.00.352.08度和9度5.00.301.5抗震设计一般原则：平立面宜规则、抗震设计一般原则：平立面宜规则、对称，质量分布宜均匀，避免过大对称，质量分布宜均匀，避免过大的外挑和内收，竖向刚度均匀变化，的外挑和内收，竖向刚度均匀变化，不宜错层，构件截面由下至上逐渐不宜错层，构件截面由下至上逐渐变化，结构布置宜对称，局部薄弱变化，结构布置宜对称，局部薄弱部位采取加强措施，控制局部尺寸。部位采取加强措施，控制局部尺寸。第11章 多高层建筑的体型与结构布置11.3 结构构造11.3.3 防震的要求调整建筑形状，尽量不设缝。调整建筑形状，尽量不设缝。设缝要求：设缝要求：框架结构：框架结构：15m，取，取100mm,6、7、8、9度，增加度，增加5、4、3、2m，加宽，加宽20mm；框架剪力墙：框架的框架剪力墙：框架的70%；剪力墙结构：框架的剪力墙结构：框架的50%。基础可不断开。基础可不断开。图图11-3-5 防震缝的设