多层与高层建筑结构课件

1、多层与高层建筑结构15.1 多层及高层房屋结构体系1、多高层的划分划分依据消防车供水能力设置电梯标准划分界限多层：29层，且28m的建筑物高层：10层，或 28m的建筑物22、高层建筑结构特点占地面积小、获得建筑面积多：对城市造成热岛效应 或影响周边采光，玻璃幕墙可能造成光污染现象。可提供更多空闲场地：可用作绿化，提供充足的日照、采光和通风效果。结构设计中水平荷载起控制作用（风荷载和地震作用）侧向位移须限制：层间位移过大，将导致承重构件或非承重构件损坏；工程造价较高：竖向交通和防火要求导致。5.1 多层及高层房屋结构体系3世界十大高层：第一（台北101大楼 ）被称为“台北新地标”的101大楼于

2、 1998年1月动工，主体工程于2003年10月完工。有世界最大且最重的“风阻尼器”，还有两台世界最高速的电梯，从一楼到89楼，只要39秒的时间。在世界高楼协会颁发的证书里，台北101大楼拿下了“世界高楼”四项指标中的三项世界之最，即“最高建筑物”（508m）“最高使用楼层”(438m)和“最高屋顶高度”(448m)。 4世界十大高层：第二（国家石油公司双塔大楼）国家石油公司双塔大楼位于吉隆坡市中心美芝律，高88层，是当今世界名冠的超级建筑。巍峨壮观，气势雄壮，是马来西亚的骄傲。它曾以米的高度打破了美国芝加哥希尔斯大楼保持了22年的最高记录。这个工程于1993年12月27日动工，1996年2月

3、13日正式封顶，1997年建成使用。登上双塔大楼，整个吉隆坡市秀丽风光尽收眼底，夜间城内万灯齐放，景色尤为壮美。 5世界十大高层：第三（西尔斯大厦 ）西尔斯大厦是位于美国伊利诺州芝加哥的一幢摩天大楼，楼高442m，共地上108层，由建筑师密斯凡德勒所设计。美国伊利诺伊州的芝加哥市堪称摩天大楼的发源地。它是为西尔斯-娄巴克公司建造的，于1973年竣工。西尔斯大厦由9座塔楼组成。它们的钢结构框架焊接在一起，这样也助于减少因其高度所造成的在风中摇动。所有的塔楼宽度相同，但高度不一。大厦外面的黑色环带巧妙地遮盖了服务性设施区。西尔斯大厦有110层，一度是世界上最高的办公楼。每天约的万人到这里上班。在第

4、103层有一个供观光者俯瞰全市用的观望台。它距地面412m，天气晴朗时可以看到美国的4个州。6世界十大高层：第四（上海金茂大厦 ）金茂大厦具有中国传统风格的超高层建筑，是上海迈向21世纪的标志性建筑之一，由美国SOM设计事务所主设计。1998年8月建成。占地236万平方米，建筑面积 万平方米。高，88层。金茂大厦主楼152层为办公用房，5387层为五星级宾馆，88层为观光层。大厦充分体现了中国传统的文化与现代高新科技相融合的特点，既是中国古老塔式建筑的延伸和发展，又是海派建筑风格在浦东的再现。75.1 多层及高层房屋结构体系4、多高层建筑设计一般原则结构布置原则平面布置简单、规则、对称、减少偏

5、心；平面长度、突出部分的控制：凹角处加强避免出现薄弱部位：角部重叠或细腰部。竖向布置规则、均匀：避免结构错层和局部夹层；刚度均匀连续：由下而上渐小，不突变。控制高宽比保证必要的抗侧移刚度，表设变形缝伸缩缝、沉降缝、防震缝8钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度9 度框架、板柱-剪力墙5542框架-剪力墙5543剪力墙6654筒中筒 框架-核心筒665495.1 多层及高层房屋结构体系5、多高层建筑结构的荷载分类及其特点竖向荷载恒荷载：结构构件和非结构构件的自重楼面活荷载：按荷载规范选用 屋面荷载；均布活载、雪荷载、积灰荷载、 施工检修荷载10水平荷载

6、风荷载：水平集中力地震作用：各楼层处的水平集中力作用位置：楼屋面节点处作用方向：迎风面一侧 可能有左风、右风两种可能5.1 多层及高层房屋结构体系5、多高层建筑结构的荷载分类及其特点 地震作用与荷载的区别在于：荷载是对结构的直接作用，而地震作用是对结构的间接作用。 115.1 多层及高层房屋结构体系5、多高层建筑结构的荷载分类及其特点荷载特点 随高度H增加，水平荷载产生的效应快速增加，水平荷载将成为控制结构设计的主要因素。竖向荷载下：结构中仅轴力N随H呈线性关系， M、V并不增加；水平荷载下：M、V均随H增加而呈快速增长， 侧移也增加更快。低层民用建筑：竖向荷载起控制作用多层建筑：水平荷载与竖

7、向荷载共同起控制作用高层建筑：水平荷载起控制作用.125.1 多层及高层房屋结构体系3、多高层结构常用结构体系框架结构筒体结构框架-剪力墙结构剪力墙结构常用结构体系13组成：纵、横梁和立柱组成特点：平面布局灵活，易于设置大房间的需要，承受竖向荷载很合理。 框架的抗侧刚度小， 抵抗水平荷载能力较差。应用： 非地震区：1520层 地震区： 10层以下框架结构5.1 多层及高层房屋结构体系145.1 多层及高层房屋结构体系组成：由钢筋混凝土的墙体，组成房屋的结构体系。特点：钢筋混凝土墙体承受竖向荷载和水平荷载，有很大的抗侧刚度。但房屋被剪力墙分割成较小空间，不适用于需大空间的建筑物。应用：15-50

8、层，用于高层住宅、旅馆、写字楼等。剪力墙结构15组成：由若干框架和局部剪力墙组成。特点：竖向荷载主要由框架承担，水平荷载主要由剪力墙承担。兼有框架体系和剪力墙体系的优点。应用：15-30层的办公楼、公寓、旅馆等。 北京东华金座，位于北京市宣武区，总建筑面积约10万平方米，建筑高度米，地上20层、地下3层。集商业、娱乐、居住功能为一体，地下室为人防工程及车库，裙房12层为商场、餐厅，裙房3层为会所。4层以上主体建筑分为三部分：18层的北楼为住宅，20层的东西塔楼为酒店式公寓。结构形式为框架剪力墙结构。 框架-剪力墙结构（框剪结构）5.1 多层及高层房屋结构体系16175.1 多层及高层房屋结构体

9、系筒体结构组成：由钢筋混凝土墙或框架柱（框筒）组成。特点：将剪力墙集中到房屋内部或外围，形成空间封闭筒体，使结构既有极大的抗侧刚度，同时又能获得较大的空间。应用：一般用于45层左右甚至更高的建筑。美国西尔斯大厦为成束筒结构。位于芝加哥市。由9个米见方的正方形组成。大厦平面随层数增加而分段收缩，在51层以上切去两个对角正方形，67层以上切去另外两个对角正方形，91层以上又切去三个正方形，只剩下两个正方形到顶。 18成束筒结构常用几种筒体结构：5.1 多层及高层房屋结构体系筒中筒结构框架核心筒结构195.2 框架结构1、框架结构的组成和分类组成梁基础柱刚性节点固定连接205.2 框架结构框架结构类

10、型现浇整体式装配式装配整体式 全部构件现场浇注优点：整体性好、抗震性好、刚度大、 预埋铁少、平面布置灵活缺点：耗模板量大、工期长、现场湿作业量大、冬施需防冻全部构件预制，现场装配连接优点：省模板、工期短、构件可标准定型化缺点：预埋件多、整体性差、抗震性差、用钢量大、预制构件，现场安装就位，在连接处现浇混凝土形成整体。优点：省模板、预埋件少、工期短、用钢量少、抗震整体性好缺点：施工复杂、增加了现场混凝土二次浇注工作量215.2 框架结构2、框架结构的布置结构布置原则开间、进深尽可能统一：构件类型规格尽可能少平面应简单、规则、对称：尽可能使受力合理刚度沿高度分布均匀：避免突变、错层、局部夹层控制房

11、屋高宽比H/B4：保证必要的抗侧移刚度 设置必要的变形缝22柱网布置生产工艺要求建筑平面布置要求结构受力合理 方便施工布置方式：内廊式、跨度组合式5.2 框架结构柱网应与建筑分隔墙体布置相协调使竖载下结构内力均匀分布合理易施工：进度快、造价低、保质量235.2 框架结构 承 重 框架 布 置横向框架承重：横向刚度大、有利于抵抗横向水平 荷载，纵向连系梁较小，利于房屋 采光、通风。纵向框架承重：横向连系梁较小，利于设备管线 穿行，开间布置灵活，但横向刚 度差。 纵横向混合承重：纵横向梁截面均较大(刚度大)， 整体性能好，采用较多。24 横向框架承重 纵向框架承重 纵横向混合承重（预制板、现浇板）

12、 纵横向混合承重（井式楼盖）253、框架结构受力特点5.2 框架结构 框架结构（空间体系）纵向平面框架横向平面框架横向平面框架纵向平面框架计算简图杆件用轴线表示节点刚接节点层高底层柱：基础顶面到一层梁顶其它层柱：各层梁顶之间距离跨度柱轴线间距265.2 框架结构内力近似计算方法分层法弯矩二次分配法框架在荷载作用下的内力竖向荷载作用下的内力计算简图27M图N图V图5.2 框架结构框架在荷载作用下的内力285.2 框架结构框架在荷载作用下的内力水平荷载下内力特点M图V图N图+295.2 框架结构框架在荷载作用下的内力控制截面及内力组合框架梁跨中纵筋跨中纵筋支座负筋跨中可能负筋支座箍筋305.2 框

13、架结构框架在荷载作用下的内力控制截面及内力组合框架柱端部截面柱上端纵筋柱下端纵筋箍筋315.2 框架结构框架结构的侧移侧移组成总体剪切变形总体弯曲变形 随着H/B的增大，弯曲变形所占比例增大，总体呈现剪切变形。32框架结构的侧移5.2 框架结构特点：愈往上层间侧移愈小原因：梁、柱弯曲变形引起特点：愈往上层间侧移愈大原因：柱轴向变形不一致引起侧移组成总体剪切变形总体弯曲变形层间侧移控制控制原因侧移过大，影响电梯正常运行；填充墙出现裂缝，内部装修层剥落；竖向荷载作用下附加弯矩大。侧移控制i/hi1/55033框架梁、柱应分别满足一般梁、柱的有关构造要求。框架梁跨中上部钢筋212与支座负弯矩钢筋搭接

14、，ll150mm; 梁支座负筋伸出柱边长度ln/4，箍筋沿全长均匀设置。框架柱宜采用对称配筋，dmin12mm，max5%， min0.4%。四、非抗震设计现浇框架的构造要求1、一般构造要求砼强度等级：不应低于C20 大荷载砼柱强度宜高钢筋级别 纵筋：HRB400或HRB500 箍筋：HRB400或HPB300节点区砼：柱砼等级34纵筋的接头1、一般构造要求连接方式：绑扎搭接连接、机械连接或焊接连接 接头位置：受力较小区域，相邻纵筋接头应相互错开接头面积百分率 绑扎搭接和机械连接：不宜大于50% 焊接连接：不应大于50%。接头间隔 机械连接、焊接连接：35d，焊接500mm 绑扎搭接：600m

15、m，搭接长度ll1.2 la当纵筋d28mm时，不宜采用绑扎搭接接头。351、一般构造要求框架柱纵筋绑扎连接构造362、节点构造373、填充墙构造要求 采用砌体填充墙，必须与框架牢固连接与框架梁底须用块材“塞紧”；与框架柱间应紧密接触，沿高度每隔若干皮砖 用2 6钢筋与柱拉结。38五、现浇框架抗震构造措施1、结构抗震等级划分依据：设防烈度、结构类型和房屋高度。划分等级：一、二、三、四级，其中一级抗震要求最高。6度：H 30 m 四级，H 30 m 三级7度：H 30 m 三级，H 30 m 二级8度：H 30 m 二级，H 30 m 一级9度：H 25 m 一级划分界限 39混凝土结构抗震等级

16、表 结构体系类型设 防 烈 度6789框架结构高 度（m）30303030303025框 架四三三二二一一剧场、体育馆等大跨度公共建筑三二一一框架-剪力墙结构高 度（m）60606060606050框 架四三三二二一一剪力墙三二一一剪力墙高 度（m）80808080808060剪力墙四三三二二一一部分框支剪力墙结构框支层框架二二一一不应采用不应采用剪力墙结构三二二一一筒 体框架-核心筒框 架三二一一核心筒二二一一筒中筒内 筒三二一一外 筒三二一一402、一般构造要求一级框架梁、柱和节点核芯区C30, 其他各类构件C20； 9度时C60，8度时C70。 纵筋宜用HRB400级、HRB500级钢筋

17、；箍筋宜用HRB335、HRB400和HPB300级钢筋。混凝土强度等级 钢筋种类要求： 一、二级抗震等级框架，其纵筋抗拉强度实测值与屈服强度实测值比值，屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值。 注意：施工中，不宜采用较高强度等级钢筋代替原设计中的纵筋。41纵筋最小锚固长度按laE 取用 钢筋锚固laE确定原则一、二级抗震等级 ： laE la 三级抗震等级： laE la四级抗震等级 ： laE la425.3 剪力墙结构利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构。43按施工工艺分大模现浇剪力墙结构件系滑模现浇剪力墙结构体系全装配大板结构休系内浇外挂剪力墙结构体系在我国

18、目前已建成的高层剪力墙建筑中，高层住宅占绝大多数，上述4种施工工艺中，大模现绕剪力墙结构体系的施工工艺及机械设备相对较简单，又有较好的技术经济指标，比较适合我国国情有很好的发展前景。据统计，北京、上海、天津的高层剪力墙住宅中，大模体系已经占据主导地位，北京对内浇外挂体系应用比较多。44按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分实体剪力墙当剪力墙未开洞或开洞较小时，剪力墙的整体工作性能较好，整个剪力墙犹如一个竖向放置的悬臂杆，剪力墙截面内的正应力分布在整个剪力墙截面高度范围内呈线性分布或接近线性分布。45(2）双肢剪力墙(3)联肢剪力墙46（4）壁式框架剪力墙开洞面积很大，连系梁和墙肢的刚度均比较小，整

19、个剪力墙的受力与变形接近于框架，几乎每层墙肢均有一个反弯点，这类剪力墙称为壁式框架。47(5)框支剪力墙(6)错洞剪力墙48剪力墙结构体系的优点：结构整体性强抗侧刚度大，侧向变形小，在承载力方面的要求易得到满足，适于建造较高的建筑。集承重、抗风、抗震、围护与分隔为一体，经济合理地利用了结构材料；抗震性能好，具有承受强烈地层裂而不倒的良好性能；用钢量较省；与框架结构体系相比施工相对简便与快速。49剪力培结构体系的缺点：墙体较密，使建筑平面布置和空间利用受到限制，较难满足大空间建筑功能的要求结构自重较大，加上抗侧刚度较大，结构自振周期较短，导致较大的地震作用。剪力墙结构体系的适应范围：剪力墙结构对

20、于需要很多隔墙的高层住宅公寓及高层旅馆的标准层十分适用。为了适应下部设置大空间公共设施的高层住宅、公寓和旅馆建筑的需要，可以使用框支剪力墙体系，即在底层或l一3层把部分剪力墙改换为框架，其余剪力墙仍落至基础，使其相接的层次刚度不发生突变。框支剪力墙结构对抗震要求较高的房屋，宜经过专门的试验研究后采用。50剪力墙的布置原则(1)剪力墙在平面上应沿建筑物主轴方向布置 当建筑物为矩形、T形和L形平面时，剪力墙应沿两个主轴方向布置；建筑物为形、Y形、十字形平面时，剪力墙应沿三个或四个主轴方向布置，形平面，则沿径向布置成辐射状51（2)剪力墙片应尽量对直拉通，否则不能视为整体墙片。但当两道墙错开距离d3

21、bw(bw为墙厚度）时；或当墙体在平面上为转折形状，其转角a15度时才可近似当作整体平面剪力墙对待。52(3)剪力墙结构的平面形状力求简单、规则对称，墙体布置力求均匀，使质量中心与刚度中心尽量接近。(4)剪力墙结构应尽量避免竖向刚度突变，墙体沿竖向宜贯通全高，墙厚度沿坚向宜逐渐减薄，在同结构单元内宜避免错层及局部夹层。 (5)全剪力墙体系从剪力墙布置均衡来考虑，在民用建筑中，一般横墙短而数量多，纵墙长而数量少因此，纵横向剪力墙的布置需适应这个特点。横向剪力墙的问距，从经济考虑，不宜太密， 一般不小于68m纵向剪力墙 一般设为二道、二道半、三道或四道53对抗震要求的建筑，应避免抗震性能不良的鱼骨

22、式的平面布置当建筑平面形状任意时，在受力复杂处，剪力墙应适当加密鱼骨式剪力墙平面布置图在受力复杂处加密剪力墙54（8）剪力墙宜设于建筑物两端、楼梯间、电梯间及平面刚度有变化处，同时以能纵横向相互连在一起为有利，这样，对增大剪力墙刚度很有好处。(9)剪力地的平面布置有两种力案 横墙承重方案：横墙间距即为楼板的跨度通常剪力墙的间距为68m较为经济。 纵横墙共同承重方案：楼板支承在进深大梁和横向剪力墙上，而大梁又捆置在纵墙上，形成纵横墙共同承重方案。 在实际工程中以横墙承重方案居多数，有时也采用纵横墙共同承重的结构方案。55(10)当建筑使用功能要求有底层大空间时，可以使用框支剪力墙，但一般均应有落

23、地剪力墙协同工作。(11)框支剪力墙与落地剪力墙协同工作体系中，以最常见的矩形建筑平面为例，落地横向剪力墙数量占全部横向剪力墙数量之百分比率：非抗震设计时不少于30，抗震设计时不少于50。 (12)落地剪力墙的间距L应满足的条件 非抗震设计时：L3B，L36m(B为楼面觅度) 抗震设计时：L2BL24m(底部为12层框支层时)56 (13)上下剪力墙的刚度比r宜尽量接近于1。非抗震设计时，r不应大于3，抗震设汁时，r不应大于2。 (14)框支剪力墙托梁上方的一层墙体不宜设置边门洞，旦不得在中柱上方设门洞。落地剪力墙尽量少开窗洞，若必需开洞时立布置在墙体的中部.（15）转换层楼板混凝土强度等级不

24、宜低于C30，并应采用双向上下层配筋。楼板开洞位置尽可能远离外侧边，大空间部分的楼板不宜开洞，与转换层相邻的楼板也应适当加强。(16)框支梁、柱截面尺寸框支梁宽度不宜小于上层墙体厚度的2倍，且小于400mm。框支梁高度：当进行抗震设计时不应小于跨度的16；进行非抗震设计时小应小于跨度的18，也可采用加腋梁。框支柱的截面宽度宜与粱宽相等，也可比梁宽度大50；非抗震设计时框支柱的截面宽度不宜小于400mm，框支柱截面高度不宜小于梁跨度的1/15；进行抗震设计时框支柱的截面宽度不宜小于450mm，框支柱截面高度不宜小于梁跨度的112，柱净高与截面长边尺寸之比宜大457(17) 框支梁、柱的混凝土等级

25、均不应低于C30。(18)对于底层大空间，上层鱼骨式剪力墙结构，当建筑总高度不超过50m，抗震烈度为78度时，纵横方向的落地剪力墙与框支剪力墙宜采用图所示的平面布置方式。图(a)表示在一个结构单元(般不宜超过60m)中落地剪力墙纵横向集中为筒体，布置在结构单元的两端；图(b)表示当结构单元较长时，可在中部加一道落地剪力墙如结构单元再加长时，如图所示那样在中间设一个落地筒体。585.4 框架剪力墙结构框架剪力墙结构体系是在框架体系的基础上增设一定数量是横向和纵向剪力墙构成双向受力体系。框架剪力墙结构体系特点：将框架体系和剪力墙体系结合起来，既可使建筑平面灵活布置，得到自由的使用空间，又可使整个结

26、构抗侧移刚度适当，具有良好的抗震性能。59结构的变形特点60在侧向力作用下受力特点框架类似于竖向悬臂剪切梁，其变形曲线属于剪切型，即层间位移角自上而下逐层增大。剪力墙是竖向悬臂弯曲结构，其变形曲线属于弯曲型的，楼层越高水平位移增长越大。613 结构的受力特点框架-剪力墙结构是由框架和剪力墙两类抗侧力单元组成，这两类抗侧力单元的变形和受力特点不同。剪力墙的变形以弯曲型为主，框架的变形以剪切型为主。在框-剪结构中，框架和剪力墙由楼盖连接起来而共同变形。剪力墙负担大部分水平力；另外，框架和剪力墙分担水平力的比例，房屋上部、下部是变化的。 62在房屋下部，由于剪力墙变形增大，框架变形减小，使得下部剪力

27、墙担负更多剪力，而框架下部担负的剪力较少。在上部，情况恰好相反，剪力墙担负外载减小，而框架担负剪力增大。这样，就使框架上部和下部所受剪力均匀化。从协同变形曲线可以看出，框架结构的层间变形在下部小于纯框架，在上部小于纯剪力墙，因此各层的层间变形也将趋于均匀化。 6364一、一般要求和截面尺寸要求结构形式非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度现浇13013012010050装配整体式1001009070不宜采用框架剪力墙结构适用的最大高度框架剪力墙结构高厚比限制非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度5554465剪力墙是框架剪力墙结构中重要的抗侧移构件，应沿两个方向同时布置，并使两个方向的自震周期比较接近。在非抗震设计条件下，也允许只设横向剪力墙而不设纵向剪力墙，由框架承担全部的纵向水平荷载。剪力墙的布置原则：均匀、对称、分散、周边均匀、分散要求剪力墙的片数多，且每片的刚度不要太大，在楼层平面内均匀布开。对称、周边是高层建筑抵抗扭转的要求。二、结构布置原则66应县木塔 建于1056年 比萨斜塔 建于11731370年早期建筑的特点：高度低， 跨度小，承载能力低，材料为砖石和木材。早期筒体结构建筑67吉隆坡双塔大厦高度：452米材料：钢筋混凝土现代筒体结构建筑681 筒体结构的布置一、核心筒结构只有中部核心筒部