高层建筑结构设计课件.ppt

1、高层建筑结构设计：台北101大楼为最高建筑，高508米，在建迪拜大厦高688米，纽约帝国大厦高381米，吉隆坡双塔高452米，上海金茂大厦高420米。一、多高层建筑的定义及高层建筑的结构类型1。高层民用建筑定义建筑高度大于24米的公共建筑中高层建筑混凝土结构技术规范(JGJ 3-2002)是指10层及以上或高度大于28米(2)的高层民用建筑。钢结构具有重量轻、强度高、抗震性能好、施工方便的特点。钢筋混凝土成本低，材料来源丰富，易制成各种形状，结构刚度高，耐火性能好，缺点是自身严重。图1-1二。高层建筑的发展第一座高层建筑芝加哥家庭保险大厦出现于1885年，框架结构，10层，55M。到1989年

2、，世界上超过3亿米的10座高层建筑中，美国有9座。在英国和法国，高层建筑约占城市建筑的40%。根据国外相关数据，9-10层建筑比5层建筑少占23.28%的土地，1617层建筑比5层建筑多节约32.49%的土地。由于高层建筑的受力和变形状态非常复杂，其设计和施工中需要考虑的因素很多，涉及到多个学科和部门，并且随着层数和高度的逐渐增加，其建造难度也越来越大。高层建筑的高度竞争是整个建筑科技和人才的竞争，它不仅反映了一个国家的科技水平，也反映了一个国家的精神文明、物质文明和经济发展水平。同时，高层建筑的高度竞争将不断推动整个建筑科学、建筑材料和设备的发展，改变传统的设计理念、计算理论和施工方法，使现

3、代高层建筑日益完善，适应世界城市化的发展，满足人们的需求。现在，发展高层建筑已经成为历史的必然和时代的潮流。图1-2，世界超高层建筑排名第一。佩托纳斯大厦(1号和2号楼)，高452米，位于吉隆坡；第二，西尔斯大厦，443米高，位于芝加哥；3.金茂大厦，420米高，位于上海；4.世界贸易中心大楼(1号楼和2号楼)，高417米，位于纽约；(在911恐怖袭击中倒塌)5。帝国大厦位于纽约，高381米；6.中环广场大厦位于香港，高374米；7.中国银行大厦，高369米，位于香港；8.高374米的技术中心大楼位于高雄；9.位于芝加哥的阿莫科大厦，高346米；约翰汉考克大厦位于芝加哥，高344米。1、国内高

4、层的特点是，层数增加，高度增加。2.结构体系日益多样化。悬臂结构、巨型框架结构。3.平面布局和垂直形状更加复杂。非对称和曲线平面是常用的(城市规划和建筑功能的要求，以及计算机的广泛应用)。在竖向布局上，一方面，竖向形状趋于多变，梯形内收，上部楼层外伸，突出建筑数量增多；另一方面，不同的组合被广泛使用。4.将酒店和公寓布置到多功能和综合开发的上层；中间是一座中小空间的办公楼；底层大空间的公共设施，如商店、银行和娱乐场所；地下部分是商业街和地铁站。5.应用高强轻质材料C60混凝土、高强钢管混凝土、陶粒混凝土和火山渣混凝土。6.高层钢结构施工；3.高层建筑出现的原因；1.18世纪末的工业革命带来了生

5、产力的发展和经济的繁荣。大型工业的兴起集中体现在2.它可以缩短道路和各种管道设施的长度，从而节省大量的城市建设总投资，具有经济优势。3.增加人们的聚集密度，缩短相互联系的距离，将水平运输与垂直运输相结合，使人们在地面和地面上的分布空间化，节省时间，提高效率。4.在建筑面积与基地面积比例相同的情况下，高层建筑可以在地面上提供更多的自由空间，可以作为绿色休息场所或公共服务设施，有利于美化城市环境。5.近几十年来，科学技术的飞跃使高层建筑的实现满足了必要的条件，提供了各种轻质和高强度的建筑材料、新的结构模式、现代设施，如热水、电梯、空调、供电、自动控制、先进的建筑技术和机械设备，特别是计算机。本课程

6、的教学目的和任务主要介绍三种常规高层结构体系的概念设计和相应的分析设计方法。应满足以下基本要求：1 .掌握三大系统的合理使用范围和相应的结构系统布局原则；2.能够掌握高层结构设计的一般规则，包括基本假设、抗风设计、抗震设计原则和相应荷载(及其影响)的计算方法；3.掌握三种结构体系的受力特点和性能，借助相应表格的手工计算分析方法，熟练设计三种常规结构体系。5.学习方法：第一章：高层建筑的结构体系和布置、受力特点、内力和位移。随着建筑高度的增加，水平荷载在结构中的作用越来越大。结构的内力明显增加，结构的侧向运动增加较快。随着建筑高度的增加，水平荷载在结构中的作用越来越大。结构的内力明显增加，结构的

7、侧向运动增加较快。多层和高层建筑应能抵抗水平和垂直力。在高层建筑中，应使用更多的材料来抵抗水平力，抗侧力已成为高层建筑结构设计的主要问题。多层建筑可以用砖石和钢筋混凝土建造。高层建筑可以由钢筋混凝土和钢制成。1.框架结构体系(适用于公共建筑)当由梁和柱组成的结构体系作为建筑物的竖向承重结构同时承受水平荷载时，称为框架结构体系。这种结构体系的优点是建筑布局灵活，既可以作为需要大空间的建筑使用，也可以在增加隔墙后作为小房间使用。建筑的正面易于操作，构件易于标准化。缺点是框架结构的侧向刚度小，水平位移大。因此，框架结构适用于多层和低层建筑，一般高度不应超过60M。根据使用要求和建筑布局确定的柱网和层

8、高布置梁柱。在高层建筑中，梁柱必须做成刚性节点，梁柱布置要整齐有序。2.剪力墙结构体系(适用于公寓、住宅和酒店)利用建筑物的墙体作为竖向承重和抗侧力结构，称为剪力墙结构体系。该结构体系的优点是整体性好、刚度高、水平力作用下的侧向变形小、易于满足承载力要求。缺点是剪力墙间距太小，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求，结构自重大。适用于1050层的高层建筑。当墙的底层做成框架柱时，称为框架支撑剪力墙。这种结构不允许在地震地区单独使用。图1-5，为了满足地震地区居住建筑的需要，需要在商店或酒店的中、底层设置大型公共房间，它框支剪力墙承受的大部分剪力应通过楼板传递给落地剪力墙，落地剪力墙之间的距

9、离应设定(极限墙距离与楼板宽度之比不应超过3，抗震设计不应超过225)。同时，应加强转换层的整体性和刚度，采用较大厚度的现浇钢筋混凝土板。图1-6，图1-7，图1-8，3。框架-剪力墙和框架-筒体结构体系(适用于公共建筑)在框架结构中设置一些剪力墙，使框架和剪力墙能够相互结合，取长补短，共同抵抗水平荷载，从而形成框架-剪力墙结构体系。如果剪力墙布置成圆筒形，也可以称为框架-圆筒结构体系。框架-剪力墙结构的优点是既能使平面布置灵活，又能抵抗一定的侧向力。与单剪力墙相比，筒体的承载力、侧向刚度和抗扭强度都有很大提高。在建筑布局中，圆筒常被用作电梯室、楼梯间和垂直管道的通道。框剪(框筒)结构平面布置

10、应注意以下两个方面：1 .剪力墙数量过多，不仅增加了建筑布置的难度，而且在地震作用下刚度较大时会增加侧向力，因此通常建议确保结构的侧向变形不超过规范规定的限值。2.剪力墙的布置和间距见图1-9、图1-1112和图1-10。剪力墙的布置应结合建筑使用的要求。根据建筑高度和刚度的要求，可采用整体式、L形、半开式、工字形或圆柱形。b在非地震地区，剪力墙的数量在垂直和水平方向上可能不同。在地震区，沿垂直和水平方向布置的剪力墙数量应尽可能接近。c、剪力墙布置应对称，以减少结构的扭转效应。d、当框架布置在两个剪力墙之间时，楼板必须有足够的平面刚度。剪力墙布置在结构的外围，可以加强结构的扭转作用。f、剪力墙

11、应贯穿整个高度，使结构的刚度上下连贯一致。4.筒中筒结构体系中的筒体有三种基本形式：实心腹管、框架管和桁架管。被剪力墙包围的圆柱体称为实心腹圆柱体。由密柱和窗裙梁组成的密柱深梁框架所包围的圆柱体称为框架圆柱体。如果圆柱体的四个壁由垂直杆和对角杆组成的桁架组成，它们就成为桁架圆柱体。管中管结构是上述管单元的组合，通常由作为内芯管的实心腹板管和作为外管的框架管或桁架管组成，两个管共同抵抗水平力。圆柱体的主要特点是其空间受力性能，可视为在水平力作用下固定在基础上的箱形悬臂构件。与整体平面结构相比，它具有更大的侧向刚度和承载能力，并具有良好的抗扭刚度。这种结构体系的布置原则是最大限度地减小剪力滞，充分

12、发挥材料的作用。1.要求设计带密柱的深梁。2.建筑平面应接近正方形，高宽比不应大于2。3.建筑物的高宽比不应小于3，以充分发挥空间的作用。4.选择合适的地板系统，降低地板高度，尽可能避免角柱的张力。5.在底层，有必要减少柱的数量，增加柱的间距，以便设置入口。在细柱和密柱之间设有转换层。图1-1314，v .多管系统管束管和巨型框架结构当多个管一起用于抵抗侧向力时，形成多管结构，可以通过两种方式形成。2.巨型框架，用圆柱体作为柱子，每隔几层就用巨型梁连接圆柱体，圆柱体和巨型梁形成一个巨型框架。图1-15，图1-16，图1-1718，第2节，hi的选择由于剪力墙住宅没有外露的梁柱，便于室内布置，欢

13、迎用户使用。50M以下的酒店建筑可采用剪力墙或框架-剪力墙结构，两者各有优缺点。剪力墙结构适用于客房楼层，但底层往往需要取消一些剪力墙，代之以框架，以形成大空间，从而安排休息室、餐厅、会议室等大房间。框架-剪力墙结构的底层是柔性的，但客房中的梁柱是外露的，这在建筑中是很难处理的。对于50M以上的酒店建筑，也可采用筒形结构。此外，大楼的电梯室和服务室布置在中心管内，客房布置在中心管周围。50M以下的公共建筑通常采用框架-剪力墙结构，以满足不同用途和房间划分的要求。50M以上的公共建筑一般采用筒形结构，形成大面积的无障碍房间，可灵活分割使用，可满足通信、电力、广播建筑对大面积房间的要求。2.地板系

14、统1的选择。扁体系扁体系采用单向板或双向板，常用于剪力墙结构或筒体结构。它的优点是平底、无天花板、低结构高度和低地板高度。2.无梁楼盖最好采用现浇柱帽，以增强板柱连接的可靠性。当场地有限，施工不方便时，可采用升板法施工。1、2层普通楼板在6M以内，预应力混凝土楼板可达9 m.跨度不得超过12M。3.密肋楼盖常用于跨度大、梁高有限的情况，在筒形结构的转角部位也常用。一般跨度不超过9M，预应力跨度不超过12M。第三节是结构和变形缝的总平面布置。一、高宽比控制的概念设计(HB 56)一些难以进行准确的力学分析或规范中难以规定的问题，必须由工程师运用这一概念进行分析判断，以便采取相应的措施。这些概念和

15、经验应贯穿于方案确定和结构布置的过程中，也应在计算图表或计算结果的处理中得到体现。它们还应该在确定薄弱部位和加强结构加固方面发挥作用。概念设计是经验性的，涉及很多内容和方面。事实证明这是一种有效的方法。倾覆力矩随着长宽比的增加而增加。2.结构平面形状一般建筑分为两类：板式和塔式。板式是指宽度小但长度大的建筑；塔是一种平面长度和宽度相近的建筑。它应尽可能设计成规则、对称和简单的平面形状，以尽量减小复杂应力和扭转应力。3.在地震区，尽可能采用有利于抗震的结构布置。1.有利于选择有利于抗震的结构平面布置，简单、规则、对称，更重要的是刚度均匀、对称。图1-19，2。选择有利于抗震的竖向布置。注意刚度的

16、均匀性和连续性，尽量避免刚度的突然变化或结构的不连续性。第四，设置抗震缝的一般规则。如果你想设置接缝，你必须彻底弄清楚；在没有接缝的地方，连接应牢固，结构单元不应设计成不可分离、断开或断开，否则在地震中很容易损坏。图1-2021，当建筑平面复杂不对称或建筑各部分的刚度、高度和重量相差很大时，薄弱部分在地震作用下容易造成震害。可以采取两种截然相反的措施来解决这个问题。首先，设置抗震节点，将房屋分成简单和规则的形状，使每个部分成为一个独立的抗震单元。二是加强各部分的连接，使整个结构的整体性非常强。抗震接缝的宽度应足以防止接缝两侧的单元相互碰撞。大多数工程设计倾向于采用这种方法在高层建筑中使用塔平面可以避免温度收缩应力带来的危害。当长度超过规范中规定的温度段长度时，可采取以下措施。图1-2021。1.设置后浇带。2.对屋面采取有效的保温措施，减少温度变化对屋面结构的影响。3.在局部制作伸缩接头。4.在温度应力大的地方或温度应力敏感的地方增加钢筋。顶层、底层、山墙和内部纵向墙被分成隔间。6.基础形式和沉降缝的处理。当基础形式和埋深有