多层钢筋混凝土结构第一讲

第八章多层与高层钢筋混凝土结构

第

一讲11.概述.高层建筑的定义定义指标：高度和层数各国不统一,经济条件、电梯设备、消防装置等因素有关

我国《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定，规定10层及10层以上或房屋高度超过27米的混凝土结构高层民用建筑物称为高层建筑。

常规的高度称为A级高度的高层建筑，超过A级高度限值的高层建筑称为B级高度的高层建筑。2

A级高度高层建筑适用最大高度3建筑高度一般是指从室外地面至主要屋面的距离,不包括突出的水箱、电梯间、地下室等部分的高度。1972年国际高层建筑会议，第一类：9～16层(最高50米);第二类：17～25米（最高到75米）第三类：26～40层（最高到100米)第四类:40层以上(或高度在100米以上)42高层建筑的发展史1883年美国芝加哥保险公司大楼11层框架结构

1905年美国纽约50层

1931年美国纽约帝国大厦102层高381米

目前：

马来西亚吉隆坡石油大厦，88层，450米，钢－混凝土结构

美国芝加哥西尔斯大厦，110层，442米，钢结构

朝鲜平壤的柳京饭店，105层319.8米,钢筋混凝土结构

美国休斯敦的贝壳广场大厦,60层,226米,轻骨料混凝土

我国:

上海金茂大厦，88层，365米，混凝土核心筒－巨型钢骨架深圳地王大厦，81层，325米，混凝土核心筒－外框钢结构广州中天广场，80层，322米，钢筋混凝土北京京广大厦，53层，208米，钢结构51.台北101大楼被“世界第一高楼”，楼高508米2.3马来西亚吉隆坡的双子星大楼 452米4.美国西尔斯大楼，442米5.上海金茂大厦，420米 (世界贸易中心大厦1、2号大厦，高度417米)6.香港国际金融中心，415米7.广州中信广场，391米8.深圳的信兴广场，384米9.美国纽约帝国大厦，381米10.香港中环广场，374米6台北101大楼囊括了高度项目中3个第一，包括“世界最高建筑物”、“世界最高使用楼层”、“世界最高屋顶高度”，美国芝加哥的席尔斯大楼（SearsTower）仅保有“世界最高天线高度”的最高纪录。7佩重纳斯大厦——国家石油公司双峰塔摩天大楼（称为历史世界最高）国油双峰塔楼高452米、95层位于马来西亚首都吉隆坡市中心钢与混凝土混合结构8世界最高的建筑(左起)：台北101大楼、芝加哥席尔斯大楼、吉隆坡双子星大楼、上海金茂大厦、香港国际金融中心、纽约帝国大厦9帝国大厦381米国际金融大厦(二期)420米10金茂大厦420.5米双子星座大厦,451.9米11台北101大楼高508米西尔斯大厦，443米，芝加哥12信兴广场大厦，384米中信广场大厦，391米中央广场大厦，374米13高层建筑结构的受力特点多层建筑：竖向力起控制作用，水平力影响不大高层建筑：侧向力称为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素。14高层建筑的优缺点优点：提高土地利用，节省土地买价，增加绿化面积，改善城市环境。减少建筑物的管理费用；节省市政建设投资（水、点、煤气等），随单体造价高，但从城市总体规划的角度来看，却是经济的。缺点：造价昂贵，管理复杂，施工周期长，能量消耗大，难以充分利用自然采光、通风等自然环境，是人与自然的联系减少。刮风时建筑物摆动会使人感觉眩晕，电梯损坏时上下楼梯困难。高层建筑的阴影、对无线电波屏障。高层建筑的防火问题，抗震问题等15高层建筑结构的特点

1、水平力是设计主要因素2、侧移成为控制指标——过大的位移对结构的影响3、抗震设计要求更高4、概念设计与理论计算同等重要5、减轻高层建筑自重比多层建筑更重要6、轴向变形不容忽略16概念设计概念设计:以功能优越、造型美观、技术先进的总体方案为目标的设计阶段。是指一些难以作出精确力学分析或在规范中难以具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，作出判断，以便采取相应措施。例如结构破坏机理的概念、力学概念以及由震害和试验现象等总结提供的各种宏观的和具体的经验，也包括一些教训，以及建筑要求和造价、施工要求等。17高层建筑结构的发展目前我国高层建筑的发展特点：层数不断增多，高度不断加大高层建筑向多用途、多功能方向发展平面布置和立面体型日益复杂化结构体系日趋多样化高强材料和新技术的应用玻璃幕墙的广泛应用计算机应用水平迅速提高设计规程的不断完善1821世纪高层建筑的高新技术预测1．高层建筑复杂大系统2．高性能建筑材料3．计算机仿真4．专家系统5．参数控制与决策准则[软设计理论]6．结构控制与控制结构7．结构可靠性识辩和检测治理8．超高层建筑的先进消防系统9．智能性服务系统10．节能环保技术与太阳能利用19未来10年高层建筑的若干研究领域1、高层建筑技术研究2、超高层建筑结构新体系研究3．巨型结构体系研究与应用4．超高层建筑地震与反应控制5．深基础设计与施工技术6．高性能混凝土应用技术7．超高层建筑成套设备开发8。钢管混凝土结构应用技术201.框架2.剪力墙3.框架－剪力墙（支撑）4.筒体5.巨型结构抗侧力结构与布置21抗侧力结构：框架剪力墙筒22特点：传力途径更简捷，可有效增加净空高度。缺陷：节点处受到柱集中力作用，对板抗剪不利。板柱节点适用范围：仓库，停车场，层高受到限制的场合。框架结构23剪力墙结构24优点：抗侧刚度大，强度高，整体性好， 抗震性能优越。缺点：墙体间距小，平面布置不灵活， 自重大。适用范围：10～30层高层公寓式住宅、旅馆。剪力墙结构体系25框架－剪力墙26优点：受力合理，各层层间变形均匀，可形成较大使用空间。框架--剪力墙结构体系

适用范围：10~25层各类公共建筑。框架-筒体可到30—40层27筒体结构体系优点缺点应用范围实例将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体——竖向的悬臂封闭箱空间抗刚度,抗扭性很好适用30层以上长/宽<2，截面尺寸接近正方形、圆形、正多边形较好28高层建筑结构体系框架体系（含板柱体系）框架－剪力墙体系（含框架－筒体体系）框架——支撑剪力墙体系全落地剪力墙体系部分框支剪力墙体系筒体体系框筒体系筒中筒体系多筒体系29第二节框架结构2.1框架结构的组成与布置2.2框架结构分析2.3框架结构构件设计（略）30框架结构是多层房屋的主要结构形式，也是高层建筑的基本结构单元。312.1.1框架结构种类按所用材料：混凝土框架结构钢框架结构组合框架结构（钢骨混凝土、钢管混凝土）按施工方法：整体式框架（混凝土框架而言）装配式框架装配整体式框架（混凝土框架而言）32装配式混凝土框架预制长柱预制主梁预制槽形板预制卡板装配整体式混凝土框架预制短柱迭合梁装配整体式混凝土框架装配整体式混凝土框架预制长柱33框架结构由梁、柱连结而成。梁柱一般为刚接，有时为了方便施工也有做成铰接或半铰接（半刚接的）。2.1.2框架结构组成34柱截面实腹式（矩形、箱形、圆形、I形、H形、L形、T形、十字形等）格构式（对钢结构而言）梁截面实腹式（矩形、箱形、T形、倒L形、I形、H形、花篮梁等）格构式（对钢结构而言）35矩形梁箱形梁倒L形梁T形梁花篮梁混凝土梁形式362.1.3框架结构布置一、柱网布置典型的柱网有内廊式、等跨式和不等跨式。内廊式等跨式满足建筑功能的要求原则37结构受力合理（均匀、对称、对直、贯通，尽量避免缺梁抽柱）38方便施工39二、承重（竖向荷载）框架的布置横向框架承重方案纵向布置连系梁。横向抗侧刚度大。有利采光和通风。纵向框架承重方案横向布置连系梁。横向抗侧刚度小。有利获得较高净空。40纵横向框架承重方案两个方向均有较好的抗侧刚度。框架承重方案与楼盖布置有关单向板楼盖双向板楼盖41等效梁等效梁无梁楼盖密肋楼盖板柱结构42有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影向。尽量采用对有抗震和抗风有利的平面形式，

三、建筑平面和结构布置43结构的平面形状

LBl/B<6(非抗震\6\7度)l/B<5(8度)好一些截面形式长度过大，水平方向变形增大，长度方向变形不一致44在地震区，近可能采用对抗震有利的结构布置形式

1、选择有利于抗震的结构平面45不对称突出部分过长L/B过长突出部分过长46建筑立面和结构沿高度布置1、选择有利于抗震的竖向布置刚度均匀而连续，避免刚度突变47竖向布置当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍。下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍,且水平外挑尺寸a不宜大于4m。结构竖向收进和外挑示意图48四、变形缝的设置沉降缝、抗震缝、温度变形缝温度变形缝抗震缝沉降缝高度重量相差较大平面不规则4950五、高层建筑的高宽比51控制结构高宽比H/B

52控制结构高宽比H/B

A级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比53控制结构高宽比H/B

B级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比54梁柱截面尺寸的估算混凝土柱根据柱的负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力混凝土梁梁高h取；梁宽取取按轴压构件估算截面积抗震设计时，取要求满足：（抗震等级三级）（抗震等级二级）（抗震等级一级）55截面尺寸估算（根据变形限制要求）会使非结构构件破损会使人感觉不适竖向荷载会产生较大的附加弯矩56框架结构设计（内力和位移计算和配筋计算）

体系确定——荷载确定——内力、位移确定——配筋计算——施工图分层法、反弯点法、D值法

1、平面抗侧力结构假定2、刚性楼板假定575859竖向荷载作用下框架内力分析竖向荷载按面积分配1竖向荷载作用下的近似计算——分层计算法6061在竖向荷载作用下，不考虑框架的侧移每层梁上的荷载对其它层梁的影响可忽略不计上、下柱的远端是固定在计算中，除实际的固定端(如底层柱端)外，其他各层柱的线刚度均乘以折减系数0.9同时柱端的弯矩传递系数也相应地从原来的1／2改为1／3。分层计算法的基本假定：62多层框架在水平荷载作用下内力近似计算——反弯点方法y=2h/3y=h/2yhhh反弯点yy=h/2PPP假定（1）不考虑柱子的轴向变形，同层节点水平位移相等，节点转角为0（2）假定上层柱子的反弯点在中点（3）底层柱子的反弯点在距底端2h/3解决的问题：1。反弯点的位置2。该点的剪力63反弯点法——步骤

1层剪力2柱子刚度3各柱子的