高層建筑結構2高層建筑結構體系與結構布置.ppt

第2章 高層建筑結構體系與結構布置,2.1 概述 2.2 結構體系 2.3 房屋適用高度和高寬比 2.4 基礎的布置 2.5 結構布置實例,1,只有登上山頂，才能看到那邊的風光。 普通人成功并非靠天賦，而是靠把尋常的天資發(fā)揮到不尋常的高度。,2.1 概述,2,推薦參考書目,3,推薦參考書目,4,5,結構體系的發(fā)展離不開工程經(jīng)驗和科研,6,2.1.1 框架結構體系,7,2.1.1 框架結構體系,8,2.1.1 框架結構體系,9,2.1.1 框架結構體系,問題：地震力以什么方式作用于結構？,10,2.1.1 框架結構體系,地震力是以慣性力的方式作用于結構上，所以結構的質量對受力有影響,這就要求，框架結構的填充墻要采用輕質材料。不宜采用砌體墻，砌體墻自重大、剛度大，增大了結構重量和結構剛度，從而增大地震作用；而且砌體墻的強度低。地震中容易破壞和倒塌！,墻體有自重和剛度，所以要對稱布置，防止產(chǎn)生偏心和扭轉；墻體布置時也要上下對齊。不能采用砌體和框架混合結構，兩種結構受力機理不同。,樓梯間：樓梯構件與主體框架相連，考慮地震作用,11,2.1.2 剪力墻結構體系,12,2.1.2 剪力墻結構體系,剪力墻的水平位移曲線呈彎曲型，即層間位移由下至上逐漸增大,13,2.1.2 剪力墻結構體系,剪力墻要在結構平面的兩個主軸方向雙向布置，分別抵抗各自的水平力。端墻與計算方向垂直的剪力墻，可以作為計算方向剪力墻的翼緣參與抵抗水平力，不但增大計算方向剪力墻的剛度、正截面受彎承載力，而且增大其彈塑性變形能力。 剪力墻宜貫通房屋全高，沿高度方向連續(xù)布置，避免剛度突變。剪力墻經(jīng)常需要開洞作為門窗，洞口宜上下對齊，成列布置，形成具有規(guī)則洞口的聯(lián)肢剪力墻，避免出現(xiàn)洞口不規(guī)則布置的錯洞墻,14,2.1.2 剪力墻結構體系,15,2.1.2 剪力墻結構體系,框支剪力墻為滿足使用要求，底部的剪力墻不落地。 由剪力墻轉換為框架，結構剛度變小，受剪承載力變小，形成薄弱層和軟弱層，在地震作用下，轉換層及以下結構的層間變形大，框架柱破壞嚴重。地震區(qū)不允許采用。,16,2.1.2 剪力墻結構體系,17,2.1.2 剪力墻結構體系,1. 框架-剪力墻結構體系是把框架和剪力墻兩種結構共同組合在一起形成的結構體系。 2. 特點 剪力墻布置比較靈活，剪力墻端部可以有框架柱也可以沒有框架柱，剪力墻可以圍成井筒。當有端柱時，墻體應在樓蓋位置設置暗梁。 剪力墻（核心筒）承擔大部分水平作用(8090)，是主要的抗側力構件，框架承擔豎向荷載，提供較大的空間，既具有框架結構布置靈活、方便使用的特點，又有較大的剛度和較強的抗震能力，適用于公共建筑和旅館建筑。,18,2.1.3 框架-剪力墻結構體系,19,2.1.3 框架-剪力墻結構體系,3. 框架-剪力墻結構體系是雙重抗側力結構，剪力墻剛度大，承擔大部分剪力；框架承擔小部分剪力。地震作用時，連梁先屈服，使剪力墻剛度降低，一部分內力轉移到框架結構上。這時對框架要求比較高！ 4. 框架-剪力墻的變形曲線分別呈剪切型和彎曲型！樓板作用使得框架和墻體變形協(xié)調。,20,2.1.3 框架-剪力墻結構體系,21,2.1.3 框架-剪力墻結構體系,7. 剪力墻的布置可以靈活，但滿足下列要求： （1）剪力墻的布置宜使各個主軸方向上的剛度相接近； （2）對稱布置，或者使結構平面上的剛度均勻，減小扭轉； （3）沿建筑物全高布置，側向剛度均勻，避免突變，洞口對齊； （4）在建筑物周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及豎向荷載較大的部位均勻布置剪力墻； （5）平面形狀凸凹較大時，宜在凸出部分的端部布置剪力墻； （6）兩個方向的剪力墻最好相連；使一個方向成為另一個方向上的翼墻； （7）剪力墻的間距不宜過大，樓板可能產(chǎn)生彎曲變形。 （8）房屋較長時，剛度較大的剪力墻不宜布置在房屋的端開間，避免由于端部剪力墻的約束作用造成樓蓋梁板開裂。,22,2.1.3 框架-剪力墻結構體系,1. 筒體結構體系 將剪力墻平面內圍合成箱形，形成一個豎向布置的空間剛度很大的薄壁筒體；也可由密柱框架或壁式框架圍合，形成空間整體受力的框筒等，從而形成具有很好的抗風和抗震性能的筒體結構體系。 2. 根據(jù)筒的布置、組成和數(shù)量等可分為： (1)框架-筒體結構體系 (2)筒中筒結構體系 (3)成束筒結構體系,23,2.1.4 筒體結構體系,板柱結構是指鋼筋混凝土無梁樓蓋和柱組成的結構。板柱結構施工方便，樓板高度小，可以減小層高，能提供大的使用空間，靈活布置隔斷墻。 缺點：抗震性能差，地震作用產(chǎn)生的不平衡彎矩由板-柱節(jié)點傳遞。（附加剪力、沖切破壞等） 板柱結構+剪力墻=板柱-剪力墻，應用在設防烈度不大于8度的高層。 房屋高度12m時，剪力墻承擔所有地震作用。各層板柱和框架承擔不小于本層地震剪力的20%。 樓、電梯間洞口周邊設置邊框梁。,24,2.1.4 板柱-剪力墻結構,在鋼框架中設置鋼支撐斜桿，即成為支撐框架；由鋼框架和支撐框架共同承擔豎向荷載和水平荷載的結構，稱為鋼框架-支撐結構。 支撐框架如同豎向桁架，在水平力作用下所有桿件承受軸力，支撐框架的側移主要由桿件的軸向拉壓引起，其側移曲線類似于剪力墻側移曲線，呈彎曲型。 鋼框架-支撐結構類似于框架-剪力墻結構，整體位移曲線呈彎剪型。 雙重抗側力體系！,25,2.1.5 鋼框架-支撐結構,26,2.1.5 鋼框架-支撐結構,27,2.1.5 鋼框架-支撐結構,屈曲約束支撐 延性墻板,28,2.1.4 筒體結構體系,筒體結構,29,2.1.4 筒體結構體系,30,2.1.4 筒體結構體系,31,2.1.4 筒體結構體系,矩形平面兩個方向的長度比不大于2 角柱截面可以為中柱截面的1.5倍左右,32,2.1.4 筒體結構體系,水平力作用下，框筒結構腹板的側移曲線呈剪切型，翼緣框架主要抵抗傾覆力矩，其側移曲線呈彎曲型。兩者協(xié)調，框筒結構的側移曲線以剪切型為主。,33,2.1.4 筒體結構體系,34,2.1.4 筒體結構體系,35,2.1.4 筒體結構體系,框架核心筒周邊稀疏框架，平面中心內筒,設置水平伸臂構件 周邊環(huán)帶構件,加強層,側移曲線和傾覆力矩,由兩級結構組成 一級為：跨越若干樓層的巨梁、巨柱（超級框架）或巨型桁架，提供較大的抗側剛度和承載力承受水平作用和豎向荷載； 二級：其他樓層梁柱，承受豎向荷載并將荷載產(chǎn)生的內力傳遞到一級結構上 。,36,2.1.5 巨型結構體系,巨型結構,37,2.1.5 巨型結構體系,巨型空間桁架結構,38,2.1.6 帶轉換層的結構體系,建筑的多功能、綜合用途與結構豎向構件的正常布置之間的矛盾。 設置轉換構件的樓層轉換層；設置轉換層的建筑帶轉換層的結構。,39,2.1.6 帶轉換層的結構體系,40,2.1.6 帶轉換層的結構體系,對于剪力墻結構，不允許全部剪力墻為托墻轉換的框支剪力墻，必須有部分剪力墻從基礎到屋頂連續(xù)、貫通，形成部分框支剪力墻結構。地面以上設置轉換層的位置不宜過高。 為避免轉換層成為薄弱層或軟弱層，轉換層與上一層的剛度比不宜過小。,i=1、2,i=1、2,G1、G2-轉換層和轉換層以上一層的混凝土剪變模量； A1、A2-轉換層和轉換層以上一層的折算抗剪截面面積； Awi-剪力墻在計算方向的有效截面面積； Aci，j-第i層、第j根柱的截面面積； hi-第i層層高； hci，j-第j根柱沿計算方向的截面高度； Ci，j-第i層，第j根柱截面面積折算系數(shù)，大于1時，取1。,41,2.1.6 帶轉換層的結構體系,當轉換層設置在第2層以上時，按下式計算的轉換層（第i層）與其相鄰上一層（第i+1層）的側向剛度比不應小于0.6。,1樓層側向剛度比； Vi、Vi+1第i層與第i+1層的地震剪力標準值（KN）； i、i+1第i層和第i+1層在地震剪力標準值作用下的層間位移（m）,當轉換層設置在第2層以上時，還需按下式計算的轉換層及其下部結構（第1層）與轉換層上部結構（第2層）的側向剛度比，宜接近1，非抗震時不應小于0.5。,e2樓層側向剛度比； H1、H2轉換層下部結構和上部結構的高度，H2應接近H1。； 1、2頂點水平位移。,42,2.1.6 帶轉換層的結構體系,43,為了使高層建筑滿足抗震設防要求，應考慮下述抗震設計基本原則： (1)選擇有利的場地，避開不利的場地，采取措施保證地基的穩(wěn)定性。 (2)保證地基基礎的承載力、剛度，以及足夠的抗滑移、抗傾覆能力，使整個高層建筑形成穩(wěn)定的結構體系，防止在外荷載作用下產(chǎn)生過大的不均勻沉降、傾覆和局部開裂等。 (3)合理設置防震縫。 (4)應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。 (5)多道抗震設防能力，避免因局部結構或構件破壞而導致整個結構體系喪失抗震能力。 (6)合理選擇結構體系。,44,2.2.1 抗震設防結構布置原則,(7)結構應有足夠的剛度，且具有均勻的剛度分布控制結構頂點總位移和層間位移。避免因局部突變和扭轉效應而形成薄弱部位。 (8)結構應有足夠的結構承載力，具有較均勻的剛度和承載力分布。 (9)節(jié)點的承載力應大于構件的承載力。 (10)結構應有足夠的變形能力及耗能能力，應防止構件脆性破壞，保證構件有足夠的延性。 (11)突出屋面的塔樓必須具有足夠的承載力和延性，以承受鞭梢效應影響。 (12)減輕結構自重，最大限度降低地震的作用，積極采用輕質高強材料。 (13)應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失承載能力。,45,2.2.1 抗震設防結構布置原則,鋼筋混凝土高層建筑結構的最大適用高度和高寬比應分為A級和B級。,46,2.2.2 房屋適用的高度和高寬比,A級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度（m）,B級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度 （m）,47,2.2.2 房屋適用的高度和高寬比,A級高度鋼筋混凝土高層建筑結構適用的最大高寬比,48,2.2.2 房屋適用的高度和高寬比,B級高度鋼筋混凝土高層建筑結構適用的最大高寬比,1. 伸縮縫也稱為溫度縫 （1） 作用：可以釋放建筑平面尺寸較大的房屋因溫度變化和混凝土干縮產(chǎn)生的結構內力。 高層建筑結構伸縮縫的最大間距,49,2.2.3 設伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,（2） 采取以下構造措施和施工措施減少溫度和收縮應力時，可適當增大伸縮縫的間距： 在溫度變化影響較大的部位提高配筋率。 頂層加強保溫隔熱措施，或設置架空通風屋面，避免屋面結構溫度梯度過大。 頂層可以局部改變?yōu)閯偠容^小的形式，或頂層設溫度縫，將結構劃分為長度較短的區(qū)段。 施工中留后澆帶。 采用收縮小的水泥、減少水泥用量、在混凝土中加入適宜的外加劑。 提高每層樓板的構造配筋率或采用部分預應力結構。,50,2.2.3 設伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,2 . 沉降縫 （1） 作用：防止基礎產(chǎn)生不均勻沉降時引起結構構件內產(chǎn)生較大的內力和變形。（設置時基礎與上部結構均斷開） （2） 高層建筑在下述平面位置處，應考慮設置沉降縫： 高度差異或荷載差異較大處； 上部不同結構體系或結構類型的相鄰交界處； 地基土的壓縮性有顯著差異處； 基礎底面標高相差較大，或基礎類型 不一致處。,51,2.2.3 設伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,（3） 建筑物各部分不均勻沉降差大體上有三種方法來處理： 放設沉降縫，讓各部分自由沉降，互不影響，避免出現(xiàn)由于不均勻沉降時產(chǎn)生的內力。 抗采用端承樁或利用剛度很大的基礎。前者由堅硬的基巖或砂卵石層來盡可能避免顯著的沉降差；后者則用基礎本身的剛度來抵抗沉降差。 調在設計與施工中采取措施，調整各部分沉降，減少其差異，降低由沉降差產(chǎn)生的內力。 （4） 通常有以下 “調”的方法不設永久性沉降縫： 調整地基土壓力 調整施工順序 預留沉降差,52,2.2.3 設伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,3 . 抗震縫 （1） 當建筑的平面、層數(shù)、質量、剛度差異較大，或錯層時抗震設防的建筑物需設抗震縫。 （2） 抗震設防的高層建筑在下列情況不宜設防震縫： 平面長度和突出部分尺寸超過了下表的限值，而又沒有采取加強措施時。 各部分結構剛度、荷載或質量相差懸殊，而又沒有采取有效措施時。 房屋有較大錯層時。,53,2.2.3 設伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,（3） 設置防震縫時，應符合下列規(guī)定： 防震縫最小寬度應符合下列要求： a框架結構房屋，高度不超過15m的部分可取70mm；超過15m的部分，6度、7度、8度和9度相應每增高5m、4m、3m和2m，宜加寬20mm； b框架-剪力墻結構房屋可按第a條數(shù)值的70采用，剪力墻結構房屋可按第a條數(shù)值的50采用，但二者均不宜小于70mm。 防震縫兩側結構體系不同時，防震縫寬度應按不利的結構類型確定；防震縫兩側的房屋高度不同時，防震縫寬度應按較低的房屋高度確定。,54,2.2.3 設伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則, 當相鄰結構的基礎存在較大沉降差時，宜增大防震縫的寬度。 防震縫宜沿房屋全高設置；地下室、基礎可不設防震縫，但在與上部防震縫對應處應加強構造和連接。 結構單元之間或主樓與裙房之間如無可靠措施，不應采用牛腿托梁的做法設置防震縫。,2.2.3 設伸縮縫、沉降縫和防震縫的原則,56,2.3.1 基礎類型 (1) 鋼筋混凝土筏形基礎 (2) 箱形基礎 (3) 樁基 2.3.2 基礎選型原則 (1) 當?shù)鼗临|均勻、承載力高而沉降量小時，可以采用天然地基和豎向剛度較小的基礎；反之，則應采用人工地基或豎向剛度較大的整體式基礎。 (2) 當