高层建筑结构设计.ppt

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1、 2.1 结构体系结构体系2.2 结构总体布置结构总体布置 2.3 高层建筑的楼盖结构及基础高层建筑的楼盖结构及基础 问题：问题：高层建筑主要有几种结构体系高层建筑主要有几种结构体系 ？ 高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、框剪、筒体等，由它们可以组成高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、框剪、筒体等，由它们可以组成多种结构体系。多种结构体系。框架结构框架结构剪力墙结构剪力墙结构筒体结构筒体结构带加强层的高层建筑结构带加强层的高层建筑结构 框架框架- -核心筒结构核心筒结构 框架框架- -剪力墙结构剪力墙结构 2.1.1 框架结构体系框架结构体系 1、定义：、定义：房屋结构均由梁、柱构件

2、通过节点连接而构成。房屋结构均由梁、柱构件通过节点连接而构成。横向主梁柱纵向连系梁 注：由形、形、形或十字形截面柱构成的注：由形、形、形或十字形截面柱构成的异形柱框架结构异形柱框架结构，截面各肢的肢高，截面各肢的肢高肢后比不大于肢后比不大于4。 2、分类：、分类： 按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。在地震区，按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。在地震区，多采用梁、柱、板全现浇或梁柱现浇、板预制的方案；在非地震区，有时可采用梁、柱、多采用梁、柱、板全现浇或梁柱现浇、板预制的方案；在非地震区，有时可采用梁、柱、板均预制的方案。板均预制的方案。

3、3、受力变形特点：、受力变形特点： 框架结构的侧移一般由两部分组成：框架结构的侧移一般由两部分组成： 1）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形切变形Us； 2）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩）形成框架结构的整体弯曲变形缩）形成框架结构的整体弯曲变形Ub； 3）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切

4、变形，整体弯曲变形的影响很小。形的影响很小。 注：框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。注：框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。 4、优缺点：、优缺点： 1）优点：）优点：建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商场、餐厅等）也可按建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商场、餐厅等）也可按需要隔成小房间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度需要隔成小房间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低。范围内造价较低。 2）缺点：）缺点：侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大，有时会影响正常使用；如果侧向刚度较小

5、，水平荷载作用下侧移较大，有时会影响正常使用；如果框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用也框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用也较大。因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。较大。因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。（以（以1520层以下为宜）层以下为宜） 2.1.2 剪力墙结构体系剪力墙结构体系 1、定义：、定义：房屋竖向承重结构全部由剪力墙组成。房屋竖向承重结构全部由剪力墙组成。 剪力墙结构平面图剪力墙结构平面图 2、受力变形特点：、受力变形特点：在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱；在竖向荷载作用下，剪力墙是受压

6、的薄壁柱；在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端自由的悬臂柱。在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端自由的悬臂柱。注：注：1）剪力墙结构属于刚性结构，对于高宽比较大的剪力墙，侧向变形呈弯曲型。）剪力墙结构属于刚性结构，对于高宽比较大的剪力墙，侧向变形呈弯曲型。 2）剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小。）剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小。 3、优缺点：、优缺点： 1）优点：剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小；房间墙面及）优点：剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小；房间墙面及天花板平整，层高较小，特别适用于住宅、宾馆等建筑。（

7、结构高度：几十米天花板平整，层高较小，特别适用于住宅、宾馆等建筑。（结构高度：几十米 100多多米）米） 2）缺点：结构自重较大；建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间（一般）缺点：结构自重较大；建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间（一般剪力墙间距剪力墙间距38m）。）。 4、框支剪力墙结构：、框支剪力墙结构： 1）框支剪力墙结构框支剪力墙结构将剪力墙结构房屋的底层或底部几层做成框架，这种结构亦称将剪力墙结构房屋的底层或底部几层做成框架，这种结构亦称为带转换层高层建筑结构。为带转换层高层建筑结构。 2）破坏特点：带转换层高层建筑结构在其转换层）破坏特点：带转换层高层建筑结构在其转换层

8、上、下层间侧向刚度发生突变，形上、下层间侧向刚度发生突变，形成柔性底层或底部，成柔性底层或底部，在地震作用下易遭破坏甚至倒塌。在地震作用下易遭破坏甚至倒塌。 3）布置原则：在底部大空间剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布置在两端或中部，）布置原则：在底部大空间剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布置在两端或中部，并将纵、横向墙围成筒体；另外，还应采取增大墙体厚度、提高混凝土强度等措施加大并将纵、横向墙围成筒体；另外，还应采取增大墙体厚度、提高混凝土强度等措施加大落地墙体的侧向刚度，使上、下部侧向刚度差别尽量小。落地墙体的侧向刚度，使上、下部侧向刚度差别尽量小。（上部可采用短肢剪力墙）（上部可采用短肢

9、剪力墙） 5、短肢剪力墙结构、短肢剪力墙结构 ： 这种结构体系一般是在电梯、楼梯部位布置剪力墙形成筒体，其他部位则根据需这种结构体系一般是在电梯、楼梯部位布置剪力墙形成筒体，其他部位则根据需要，在纵横墙交接处设置截面高度为要，在纵横墙交接处设置截面高度为左右的、十、形截面短肢剪力墙，墙肢之左右的、十、形截面短肢剪力墙，墙肢之间在楼面处用梁连接，并用轻质材料填充，形成使用功能及受力均较合理的短肢剪力墙间在楼面处用梁连接，并用轻质材料填充，形成使用功能及受力均较合理的短肢剪力墙结构体系。结构体系。（在小高层中应用很广）（在小高层中应用很广） 2.1.3 框架框架-剪力墙结构体系剪力墙结构体系 1、

10、定义：、定义： 为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特点，当建筑物需为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特点，当建筑物需要有较大空间，且高度超过了框架结构的合理高度时，可采用要有较大空间，且高度超过了框架结构的合理高度时，可采用框架和剪力墙共同工作框架和剪力墙共同工作的的结构体系。结构体系。 剪力墙剪力墙剪力墙剪力墙框架梁框架梁框架梁框架梁框架梁框架梁剪力墙剪力墙剪力墙剪力墙 2、受力变形特点：、受力变形特点： 框架框架-剪力墙结构体系以框架为主，并布置一定数量的剪力墙，通过水平刚度很大剪力墙结构体系以框架为主，并布置一定数量的剪力墙，通过水平刚度很大的

11、楼盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载。其中剪力墙承担大部分水平荷载，框架只的楼盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载。其中剪力墙承担大部分水平荷载，框架只承担较小的一部分。承担较小的一部分。 注：在水平荷载作用下，注：在水平荷载作用下，框架的侧向变形属剪切型框架的侧向变形属剪切型，层间侧移自上而下逐层增大；，层间侧移自上而下逐层增大；剪力墙的剪力墙的侧向变形一般是弯曲型侧向变形一般是弯曲型，其层间侧移自上而下逐层减小。当框架与剪力墙通过，其层间侧移自上而下逐层减小。当框架与剪力墙通过楼盖形成框架楼盖形成框架-剪力墙结构时，各层楼盖因其巨大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协剪力墙结构时，各层楼盖因其巨

12、大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致，其侧向变形介于剪切型与弯曲型之间，调一致，其侧向变形介于剪切型与弯曲型之间，一般属于弯剪型一般属于弯剪型。 3、优点：、优点： 兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高，兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于比剪力墙结构布置灵活，可应用于 1020 层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。4、框架、框架-剪力墙结构中剪力墙的数量和布置：剪力墙结构中剪力墙的数量和布置： 1）剪力墙的数量：不宜过多，以满足位移限值为宜。）剪力墙

13、的数量：不宜过多，以满足位移限值为宜。 2）剪力墙的布置：不宜过长；不宜少于）剪力墙的布置：不宜过长；不宜少于3道，最好作成筒体；对称布置；在纵横向道，最好作成筒体；对称布置；在纵横向数量接近；应贯通全高，上下刚度连贯而均匀。数量接近；应贯通全高，上下刚度连贯而均匀。 2.1.4 筒体结构体系筒体结构体系 1、定义：、定义：是指由一个或几个筒体作为竖向承重结构的高层建筑结构体系是指由一个或几个筒体作为竖向承重结构的高层建筑结构体系筒体结构平面图筒体结构平面图 2、分类：、分类：实腹筒、框筒和桁架筒。实腹筒、框筒和桁架筒。 1）实腹筒：钢筋混凝土剪力墙围成的筒体。）实腹筒：钢筋混凝土剪力墙围成的

14、筒体。 2）框筒：布置在房屋四周、由密排柱和高跨比很大的窗裙梁形成的密柱深梁框）框筒：布置在房屋四周、由密排柱和高跨比很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。架围成的筒体。 3）桁架筒：将）桁架筒：将 筒体的筒体的 四壁四壁 做成桁做成桁 架，就形成架，就形成 桁架筒。桁架筒。 3、受力变形特点：、受力变形特点： 筒体最主要的受力特点是它的空间性能，在水平荷载作用下，筒体可视为下端固定、筒体最主要的受力特点是它的空间性能，在水平荷载作用下，筒体可视为下端固定、顶端自由的悬臂构件。顶端自由的悬臂构件。注：注：1）空间性能：按材料力学计算其应力分布特点。）空间性能：按材料力学计算其应力分布特点。

15、 2）剪力滞后现象：剪力滞后现象：对于框筒结构，在翼缘框架中，远离腹板框架的各柱轴力愈来对于框筒结构，在翼缘框架中，远离腹板框架的各柱轴力愈来愈小；在腹板框架中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律递减的要快。上愈小；在腹板框架中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律递减的要快。上述现象称为述现象称为剪力滞后剪力滞后。 实际应力分布实际应力分布翼缘框架翼缘框架腹腹板板框框架架腹腹板板框框架架翼缘框架翼缘框架荷载作用方向荷载作用方向材料力学解答材料力学解答实际应力分布实际应力分布材料力学解答材料力学解答角柱处应力较角柱处应力较大大中部应力较小中部应力较小 3）产生剪力滞后现象的原因：

16、框筒中各柱之间存在剪力，剪力使联系柱子的）产生剪力滞后现象的原因：框筒中各柱之间存在剪力，剪力使联系柱子的窗裙梁产生剪切变形，从而使柱之间的轴力传递减弱。窗裙梁产生剪切变形，从而使柱之间的轴力传递减弱。 4）框筒中剪力滞后现象愈严重，参与受力的翼缘框架柱愈少，空间受力性能）框筒中剪力滞后现象愈严重，参与受力的翼缘框架柱愈少，空间受力性能愈弱。愈弱。 5）如何减少剪力滞后：）如何减少剪力滞后： （1）要求设计密柱深梁；（）要求设计密柱深梁；（2）建筑平面应接近方形；）建筑平面应接近方形； （3）结构高宽比宜大于）结构高宽比宜大于3，高度不小于，高度不小于60m；（；（4）楼板的整体性好。）楼板的整体性好。4、优缺点：、优缺点： 筒体结构具有很大的侧向刚度及水平承载力，并具有很好的抗扭刚度。筒体结构具有很大的侧向刚度及水平承载力，并具有很好的抗扭刚度。 5、应用：、应用： 1）筒中筒结构）筒中筒结构 一般用实腹筒做内筒，框筒或桁架筒做外筒。内筒可集中布置电梯、楼梯、竖一般用实腹筒做内筒，框筒或桁架筒做外筒。内筒可集中布置电梯、楼梯、竖向管道等。框筒的侧向变形以剪切变形为主，内筒一般以弯曲变