函授高层第二章体系与结构布置-12本科.ppt

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1、第二章 高层建筑结构体系与结构布置,2.1 概述 2.2 结构布置原则 2.3 楼盖结构布置 2.4 基础结构布置 2.5 水平位移限值和舒适度要求 2.6 结构布置实例,2.1 概述 结构形式：指建筑结构受力骨架的材料构成。一般区 分为砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构 和钢-混凝土组合结构。 结构体系：指建筑结构受力骨架的构件形式和空间构 成形式。一般区分为：框架结构、剪力墙 结构、框架-剪力墙结构、筒体结构和巨型 结构等。不同的结构体系适用于不同高度 、不同的楼层数和不同的建筑功能。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,（1）高层建筑的受力特点：随着高度的增加，水平荷载在结构中所产生的效应

2、（内力和变形），在总效应中所占的比重越来越大，超过一定高度后，会起到控制的作用。 delta =qH4 /8EI M=qH2 /2,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,（2）对结构体系的基本要求： 强度：能承受水平荷载和竖向荷载的作用，满足强度要求。 刚度：在水平荷载作用下，顶点位移和层间位移要满足要求，这必然要求结构体系要有足够的抗侧刚度 。抗侧刚度越大，建筑就能建得越高，如：巨型结构体系和筒体结构体系，能适用于较高的建筑结构。 抗倾覆：抗倾覆力矩要大于倾覆力矩！,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.1.1 框架结构体系 （1）构成 由梁和柱通过刚节点

3、连接而成。有钢筋混凝土框架和钢框架两类。 （2）分类 现浇、半装配式、装配式 （3）优缺点 建筑空间灵活布置。 在水平荷载作用下，侧向刚度较小，侧向位移较大，适用的高度受到限制。 节点受力集中，为薄弱环节。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,（4）侧向位移特点 框架在水平荷载作用下的侧向位移由梁和柱的弯曲和剪切变形引起。位移曲线呈剪切形，即曲线向内凹，层间位移底部大，顶部小，由底部向顶部有逐渐减少的趋势。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.1.2 剪力墙结构体系 （1）构成 全部由剪力墙组成。剪力墙以榀为单位，沿横向布置的剪力墙，称为横向剪力墙；沿纵

4、向布置的剪力墙称为纵向剪力墙。 （2）分类 现浇、半装配式（内墙现浇、外墙预制装配）、装配式 （3）优缺点 侧向刚度较大，在水平荷载作用下，侧向位移较小，适用的高度较框架结构和框架-剪力墙结构的高，抗震性能较好。适用于横墙间距较小的旅馆建筑。 建筑空间布置不够灵活。建筑使用上往往受到限制。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,（4）侧向位移分布的特点 剪力墙在水平荷载作用下的侧向位移由墙体的弯曲变形和剪切变形引起。位移曲线呈弯曲形，即曲线向内凸，层间位移底部小，顶部大，由底部向顶部有逐渐增大的趋势。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,实例：白天鹅宾馆,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,白天

5、鹅宾馆,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.1.3 框架-剪力墙结构体系 （1）构成 部分由框架、部分由剪力墙共同组成。框架和剪力墙通过楼板和连梁连接在一起，共同承受水平荷载，共同位移，称为共同工作或协同工作，因此刚度相对很大的剪力墙将承担主要部分的水平作用，少部分由框架承担。竖向荷载分别由框架和剪力墙共同承担。 （2）优缺点 既具有框架结构的建筑空间可灵活布置的优点，又有较大的侧向刚度，在水平荷载作用下，侧向位移可得到较好控制，抗震性能比框架结构好。广泛应用于高层办公建筑和旅馆建筑等。,第二章 高层建筑结构体系和结构

6、布置,包兆龙图书馆,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,包兆龙图书馆,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,（3）侧向位移曲线的分布特点 框架结构在水平荷载作用下的侧向位移曲线呈剪切形，层间位移底部大，顶部小，由底部向顶部有逐渐减少的趋势。而剪力墙结构体系在水平荷载作用下的侧向位移曲线呈弯曲形，层间位移底部小，顶部大，由底部向顶部有逐渐增大的趋势。 将框架和剪力墙结合在一起，协同工作，将使得框架-剪力墙结构的侧向位移得于综合，即：在底部，层间位移大的框架将得到剪力墙的支持；而在顶部，层间位移小的框架将给予剪力墙支持。共同工作的结果，将使结构的层间位移沿高度有逐渐均匀化的趋势。,第二章 高层建筑结

7、构体系和结构布置,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.1.4 筒体结构体系 （1）筒体 所谓筒体，就是构件的形状为筒状，即由剪力墙围成的固定于基础上的悬臂薄壁杆件。或由密间距的框架柱、梁围成的筒状悬臂构件。一幢建筑，可由一个或数个筒体以及其它的构件组成。实例：Sears Tower。 （2）优缺点 由于井筒是一空间受力结构，具有很好的抗弯和抗扭刚度。当建筑的高度超过100m-140m、层数超过30-40层时，筒体结构体系是较好的和合理的适用结构体系。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,（3）筒体结构体系的种类 框架筒体结构体系，实例：南京金陵饭店 筒中

8、筒结构体系，实例：上海电讯大楼 , World Trade Center,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,成束筒结构体系，实例：Sears Tower 多层筒结构体系，实例： 香港合和中心（四层筒体，65F）,框架筒体： 金陵饭店,筒中筒,Sears Tower： 筒束结构体系,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,金茂大厦 结构平面图,2.1.5 巨型结构体系 （1）巨型结构的概念 巨型结构（megastructure）概念产生21世纪60年代末。它指在一幢建筑中，由数个大型结构单元所组成的主结构与常规结构构件组成的次结构共同组成。按其主要受力体系可以分

9、为巨型桁架、巨型框架、巨型悬挂结构、巨型分离式筒体等基本形式。 以巨型框架为例，大型构件一般为不同于通常概念的梁柱的巨型梁和巨型柱，而巨型柱可以是巨大的混凝土柱、空间格构式桁架或筒体，巨型梁可以是空间格构式桁架、巨型混凝土梁、预应力混凝土梁等。 2）巨型结构的优点 巨型结构可获得更好的整体稳定性和更高效能的建筑功用，同时具有传力明确、可将多种结构形式及不同材料进行择优组合、利于施工、节省材料、造价低等优点。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,（3）工程实例 巨型悬挂结构: 1985年建成的香港汇丰银行总部大楼; 巨型桁架结构:香港中国银行大厦; 巨型框架结构:东京市政大楼，广州天王中心, 深

10、圳亚 洲大酒店;,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,深圳亚洲大酒店,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,香港中银,汇丰银行大楼,2.2 结构布置原则,2.2.1 抗震设防结构布置原则 必须满足建筑使用、美观、结构和施工方面的要求。 结构方面： （1）合理选择结构体系，控制结构的侧向变形； （2）注重结构的平面布置和竖向布置； （3）合理设缝及布缝； （4）合理选用楼盖体系； （5）考虑温度作用并采取适当对策。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.2.2 房屋的适用高度和高宽比 (1)房屋的适用高度 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度 建筑抗震设计规范 （GB 500112001）表6.1.

11、1 本章适用的现浇钢筋混凝土房屋的结构类型和最大高度应符合表6.1.1的要求。平面和竖向均不规则的结构或建造于类场地的结构，适用的最大高度应适当降低。 注：本章的“抗震墙”即国家标准混凝土结构设计规范GB50010 中的剪力墙。 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002 4.2节 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度和高宽比应分为A级和B级；B级高度的高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可比A级适当放宽。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,表6.1.1 A级高度现浇钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,(2)房屋的高宽比 见p12,表2.3和表2.4分A级

12、和B级. 为什么要限制高层建筑的高度和高宽比? 一般情况下,建筑物越高,受到的地震作用和倾覆力矩就越大,遭受破坏的可能性也越大. 控制高宽比的原因: a.使结构具有足够的刚度; b.防止建筑物发生整体失稳.,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,天津友谊宾馆震害（合理的结构体系）,东段：8层框架 唐山地震：/H=1/374-1/164,西段：11层框剪,唐山地震：东段侧向变形大，填充墙裂缝严重，西段裂缝轻微。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.2.3 结构平面布置原则,（1）结构平面形状宜简单、对称、规则，刚度和承载力分布均匀，减少扭转。 （2）宜选择风压较小的建筑体形，并注意邻近高层建筑

13、对该风压分布的影响。 （3）长宽比需满足要求。 （4）避免在两端或拐角部位设置电梯间或楼梯间； （5）选用合理的楼盖形式。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,塔形建筑,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,高层公共建筑体形,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,高层居住建筑体形,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,不 利 抗 震 体 形,15层，有一层地下室，电梯井筒偏处建筑一端，起控制的主要部分是框架，加上质心和刚心不重合，扭转变形大，非结构破坏严重，部分钢筋混凝土柱损坏，修复费达房屋造价的80%。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,震害(1972年南美洲

14、马那瓜地震),震害 美洲银行,18层，2层地下室，框架-筒体， 3-17层的连梁轻微斜裂缝。 两栋建筑物相距不远，却发生了明显不同的震害。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.2.4 结构竖向布置原则 抗震设防时结构竖向布置应使： 体型规则、均匀，避免有较大的外挑和内收，结构的承载力和刚度宜至下而上逐渐减小。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,渐变竖向体形,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,结构竖向不连续,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,震害1 美国OLIVER疗养院，1972年地震，上层刚度是底 层的十倍，底层柱酥裂，侧移达600mm。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,阪神地

15、震震害2,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.2.5 设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则 在建筑结构的总体布置中，须考虑沉降、混凝土收缩、温度改变和建筑体形复杂等所产生的不利影响。分别采取设置沉降缝、伸缩缝和防震缝的方法解决。但是，设计和施工经验表明：高层建筑结构宜调整平面形状、尺寸和结构布置，采取构造和施工措施，尽量不设变形缝；设缝时，应将高层建筑划分为独立的结构单元，并设置必要的缝宽。,1.伸缩缝 避免因温度变化和混凝土收缩而使建筑结构产生裂缝。从基础顶面以上断开。 伸缩缝的最大间距见p16表2.8。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2. 沉降缝 避免因地基不均匀沉降而使建筑结构产生裂

16、缝。从基础底面以上断开。下列的情况须考虑分缝： （1）建筑主体结构高度悬殊，荷载差别过大； （2）地基土不均匀； （3）基础类型不一致； （4）上部结构体系或结构类型不同。 分缝,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,3. 防震缝 防止因建筑体形复杂可能产生震害。 1）下列的情况须考虑分缝： （1）建筑平面复杂，平面突出部分较长； （2）房屋有错层，且楼面高差较大处； （3）房屋各部分的刚度、高度及重量相差悬殊处； 分缝,2）缝宽 （1） 原则：考虑施工偏差后，当结构产生伸缩变形、地基不均匀沉降及地震振动时，建筑各独立单元不发生相互碰撞。 （2）最小缝宽 1）框架结构房屋，高度不超过15m时不应

17、小于100mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度分别每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm； 2）框架剪力墙结构房屋不应小于本款1）项规定数值的70%，剪力墙结构房屋不应小于本款1）项规定数值的50%，且两者均不宜小于100mm。,4、对缝的考虑： 缝引起许多的问题，应力求通过调整结构的平面形状和尺寸、改善结构布置、加强连接和关键薄弱部位的构造，以及采取适当的施工措施，尽可能做到不设缝或少设缝， 同时考虑一缝多用。 措施： 对伸缩缝：（1）设置后浇带 （2）局部设置伸缩缝（顶层）； （3）采取保温隔热等构造措施。 对沉降缝：放、抗、调 调：调压力差（采用不同的基础形式） 调时间差

18、（施工后浇带） 调标高差,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,放和抗： 放要放得彻底，连要连接牢固， 不要“藕断丝连”！,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,后浇带,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,昆仑饭店,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,昆仑饭店,昆仑饭店的缝的设置 （30层剪力墙结构，长114m，未设伸缩缝） 裙楼,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.2.6 结构截面尺寸初估,(1)柱截面尺寸初估 柱截面尺寸一般可由轴压比控制来进行初估： (2)梁截面尺寸初估 梁截面高度与跨度之比见 p18表2.9 b/h=1/21/4 (3)板厚的估计 楼

19、板的厚度与跨度之比见p18表2.9,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.3 楼盖结构布置,2.3.1 现浇楼盖和装配式楼盖 (1)H50m,剪力墙和框架结构可以采用 装配式 现浇 重要部位应采用现浇： a.房屋顶层； b.结构转换层； c.楼盖有过大的开洞处； d.平面过于复杂的楼层。 (2) H50m,框架-剪力墙结构、筒体结构应采用现浇楼盖结构，剪力墙结构和框架结构宜采用现浇楼盖结构。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.3.2 梁板式楼盖 具有较好的经济指标，但楼盖结构占用空间大，不便布置管线，要求更大的层高。 2.3.3 密肋楼盖 适用于大跨且梁高受限时，当使用荷载较大时可有较

20、好技术经济指标好；不美观。 肋距1.01.5m， 1.2m较经济 2.3.4 无梁楼盖 宜设柱帽以提高板柱结构的抗水平性能和防止板的冲切破坏。 普通钢筋砼无梁楼盖跨度一般为6m，预应力可达9m。 2.3.5 非预应力平板 广泛应用于剪力墙和筒体结构中。 优点:降低建筑物层高，板底平整可以不加吊顶，施工方便。 2.3.6 预应力平板,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.4 基础结构布置 2.4.1 基础的类型 1、筏型基础 筏型基础是高层建筑结构常采用的基础形式。它适用建筑层数不多，地基土质较好，上部结构轴线间距小且荷载不大时。主要分为平板式和梁板式两种。 2、箱型基础 箱型基础在高层建筑中

21、广泛采用。它适用于上部荷载大、地基承载力较低的工程。整体刚度比筏型基础更好，能将上部荷载均匀传给地基。 3、桩基 桩基也是高层建筑中广泛采用的一种基础形式。适用于软弱地基和可能液化地基的工程。分为摩擦桩和端承桩两种。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.4.2 基础选型原则(p20给出3个) 2.4.3 基础埋深 为防止建筑物在地震和风荷载的作用下产生侧移和倾覆，高层建筑的基础必须有足够的埋深。 基础埋深不宜小于表2.11中的数值。 2.4.4 基础底板的厚度 基础底板的厚度t可按表2.12采用,基础埋深,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.5 水平位移限值和舒适度要求,正常使用条件下

22、,高层建筑结构应具有足够的刚度,避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。 按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比宜符合以下规定： （1）H150m时， u/h不宜大于表2.13的数值； （2）H250m的高层建筑， u/h不宜大于1/500； （3）150H 250时，按（1）和（2）的数值进行线性内插 高度超过150m的高层建筑结构应具有良好的使用条件，满足舒适度的要求，结构顶点最大加速度不应超过表2.15的限值。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.6结构布置实例,2.6.1住宅建筑 一般采用剪力墙结构体系。 不便布置商场、餐厅、会议室等大空间场所，将剪力墙底部一层或几层部分剪力墙取消代之以框架。 2.6.2旅馆建筑 50m以下常采用框架、框剪、剪力墙结构体系。 50m以上常采用框剪和筒体结构体系 北京饭店东楼 南京金陵饭店 北京长城饭店 上海虹桥宾馆 上海宾馆,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,2.6.3 公共性建筑 办公楼、商业、文教、医疗等公共用途的建筑。 50m以下，多采用框架和框架剪力墙结构。 50m以上，多采用框架剪力墙和筒体结构。 按不同用途选择结构体系可参照p23，表2.16。,第二章 高层建筑结构体系和结构布置,普通钢筋强度值N/mm2,