高層建筑設計方法講義.ppt

第七章 高層建筑結構的其它設計方法,7-1 選擇有效的房屋形式以控制側移 7-2 建筑的基礎 7-3 國內(nèi)外高層建筑實例,7-1 選擇有效的房屋形式以控制側移,一、控制側移的途徑： 選擇合適的結構體系 磚混結構框架結構框剪結構剪力墻結構框筒結構筒中筒結構成束筒結構巨型框架結構 選擇有效的房屋形式,一、上窄下寬的房屋形式,二、圓形或橢圓形房屋形式,圖例： 設計方案（2）,圖例：設計方案（3）,三、三角形房屋形式,四、新月形房屋形式,7-2 建筑的基礎,基礎形式與受力特點 獨立基礎 條形基礎 十字型基礎 片筏基礎 箱型基礎 樁基礎,圖例：獨立基礎,圖例： 條形基礎,圖例： 十字形基礎,單獨基礎、條形基礎和十字框架形基礎底面積小，地基所能提供給它的承載能力低，一般多應用于層數(shù)較少的多層工業(yè)廠房和民用房屋中。 當多層框架房屋的基礎條件較好（承載力高，土層均勻時），可以考慮單獨基礎。,單獨基礎、條形基礎和十字框架形基礎,當荷載較大或地基比較軟弱時，多層框架房屋則采用條形基礎 當采用一般條形基礎仍不能滿足強度和剛度要求時，可采用十字形基礎 當?shù)鼗至勇陨罨蛲翆臃植疾痪鶗r，也可采用剛性墻單獨基礎或剛性墻條形基礎,片筏基礎,特點： 片筏基礎以整個房屋下大面積的筏片和地基相接觸，可以傳遞很大的上部荷載，并且具有良好的整體剛度，適用于地基承載力較低、上部結構荷載較大的工程,平板式筏片基礎厚度大用料多，剛度較差，但施工較方便 倒交梁樓蓋式片筏基礎厚度小、用料省、剛度好，但施工麻煩，費模板,圖例： 片筏基礎,構造要求： （1）混凝土 筏形基礎下的墊層厚度不小于100mm，強度等級不低于c10。 筏形基礎混凝土強度等級不宜低于c20，防滲等級不應低于s6。,（2）筏形基礎與柱、墻的連接 框架柱與基礎梁連接時，梁應局部加寬，使柱外皮至梁邊的凈寬不小于50mm。 剪力墻與筏形基礎相連處應加厚，形成基礎梁，或直接落在基礎梁上,（3）施工后澆帶 每隔2040m設一道，收縮裂縫產(chǎn)生。 后澆帶寬大于800mm，設置在柱距三等分的中間1/3范圍內(nèi)，等到基礎頂板完工14天后，采用比設計強度高一級的無收縮混凝土澆筑。,圖例：基礎后澆帶,筏形基礎一般伸出外墻1米左右，使筏形基礎面積稍大于上部結構面積 筏形基礎不必設置很多內(nèi)部墻體，可以形成較大的自由空間 片筏基礎在地基較軟且不甚均勻時，常顯得過小，難于滿足要求，這時可采用箱形基礎,箱形基礎,特點： 由數(shù)量較多的縱向與橫向墻體和有足夠厚度的底板、頂板組成剛度很大的箱形空間結構。 整體剛度好，能將上部荷載角均勻地傳遞給地基 有利于抗震,圖例： 箱形基礎,箱形基礎結構布置的要求 （1）平面尺寸 應滿足地基承載力的需要，一般與上部結構相同，如地基承載力不足，可以向外擴大。 （2）箱基高度 h(1/81/12)h,h(1/161/18)l,h3m 當采用樁基礎、基礎埋深小于h/12時，可以有一部分箱基露出地面，作為半地下室。,（3）箱基埋深 采用天然地基時不小于h/15，采用樁基 時不小 于h/18 （4）縱墻和橫墻的布置 沿周邊布置外墻，內(nèi)墻一般沿上部結構的柱網(wǎng)或剪力墻下布置，墻體宜在縱橫兩個方向均勻布置,構造要求： （1）墻體的厚度和配筋 外墻最小厚度為250mm，內(nèi)墻最小厚度為200mm。 墻體分布鋼筋采用雙排雙向鋼筋，間距不大于200mm，直徑不小于： 外墻：豎向鋼筋12mm，水平鋼筋10mm 內(nèi)墻：10mm 墻身上下連續(xù)配筋 墻身混凝土強度等級不宜低于c20，外墻防滲等級不應低于s6,（2）箱形基礎與柱、墻的連接 框架柱與箱形基礎連接處，墻應局部加寬，使柱外皮至墻邊的凈寬不小于50mm。 （3）頂板和底板 頂板厚度不小于150mm，底板厚度不小于300mm，頂板和底板的鋼筋間距不宜大于200mm，直徑不宜小于12mm (4)后澆施工帶 同筏形基礎,圖例： 樁基礎,圖例： 預制樁,樁長：現(xiàn)場預制樁不宜超過米，工廠預制不宜超過米 樁身混凝土強度不低于,圖例： 樁工作原理,圖例： 灌注樁,樁身混凝土強度等級不低于 鏈接,圖例： 預制樁,樁長：現(xiàn)場預制樁不宜超過米，工廠預制不宜超過米 樁身混凝土強度不低于,圖例： 樁工作原理,圖例： 灌注樁,樁身混凝土強度等級不低于,圖例： 灌注樁,樁身混凝土強度等級不低于 鏈接,結構轉(zhuǎn)換層,轉(zhuǎn)換層作用 轉(zhuǎn)換層結構特點：大跨度、巨大荷載作用 結構形式 實腹梁 孔腹梁 桁架 箱型結構 厚板結構,轉(zhuǎn)換層的結構功能,結構轉(zhuǎn)換層概念,實腹梁式轉(zhuǎn)換層,孔腹梁式轉(zhuǎn)換層,桁架式托梁轉(zhuǎn)換層,箱形樓蓋轉(zhuǎn)換層,厚板式轉(zhuǎn)換層,7-3 國內(nèi)外高層建筑實例,1深圳國際貿(mào)易中心大廈 2深圳亞洲大酒店 3上海證券大廈 4動力智能大廈（東京） 5香港中國銀行 6世界貿(mào)易中心大廈,1深圳國際貿(mào)易中心大廈,位于深圳市羅湖區(qū)中心，1984年建成。 主體為53層的塔式商業(yè)辦公樓 高160米，平面為正方形 群房部分為5層 鋼筋混凝土結構,1深圳國際貿(mào)易中心大廈,結構類型：鋼筋混凝土結構 結構體系：筒中筒（ 53層，高160米，商業(yè)辦公樓） 平面布置：塔式，正方形（l/b=1），平面對稱 外框筒 內(nèi)4個實腹筒：井格式 電梯井、樓梯、管道井、 服務間、衛(wèi)生間等,1深圳國際貿(mào)易中心大廈,立面上： 主體和群房設縫或鉸接 剪力墻厚和柱截面逐漸變化 使立面剛度變化均勻連續(xù) 柱墻延伸到地下室的底部 旋轉(zhuǎn)餐廳由內(nèi)筒支撐 h/b=160/34.6=4.626,1深圳國際貿(mào)易中心大廈,樓蓋：整澆寬梁連續(xù)板， 梁500mm*500mm 伴厚110mm,1深圳國際貿(mào)易中心大廈,塔樓基礎為大孔徑灌注樁 內(nèi)筒沿主要筒壁布樁,深圳亞洲大酒店,深圳亞洲大酒店,深圳亞洲大酒店主樓，地下一層，地上33層，高114.1m，平面為y形。 主樓結構采用鋼筋混凝土巨型框架體系，是利用建筑平面中心部位的三角形芯筒和三個翼肢的端筒作為主框架的4根立柱，與每隔6個樓層設置的箱形樓蓋作為大梁，來構成平面為y形的大型主框架。,深圳亞洲大酒店,1 結構類型：鋼筋混凝土結構 2 結構體系：巨型框架體系（地上33層，高114.1m，） 3 平面布置：塔式， y形（l/b=1），平面對稱 利用建筑平面中心部位的三角形芯筒和三個翼肢的端筒作為主框架的4根立柱，與每隔6個樓層設置的箱形樓蓋作為大梁，來構成平面為y形的大型主框架。,深圳亞洲大酒店,在主框架的每層大梁上建立一個6層樓高的次框架，作為其間6個樓層的局部承重結構。次框架的柱距為4.0m，跨度為4.2m5.6m4.2m，層高為2.9m。 在每榀次框架的頂層，所有中柱均在第6層樓板處中止，為第6樓層造就出一個全樓面的無柱大空間，方便了該樓層使用上的合理布局。,深圳亞洲大酒店,深圳亞洲大酒店,上海證券大廈位于浦東新區(qū)陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，是一個多功能性質(zhì)的綜合建筑，主要由證券交易廳和綜合辦公樓以及其他商業(yè)、服務設施等組成，地上建筑30層，地下3層，總高120m，總投資1.48億美元，地上建筑面積為79086m2，地面以下建筑面積16753m2，為巨型框架-支撐外露體系。,上海證券大廈,上海證券大廈,1 結構類型：鋼結構 2 結構體系：巨型框架體系（地上建筑30層，地下3層，總高120m，多功能證券交易廳和綜合辦公樓） 3 平面布置：塔式， 矩形（l/b=），平面對稱 大廈的抗側力體系，在南北方向為巨型鋼桁架和東西各一個框筒體系；,立面：門式造型，簡潔新穎，具有現(xiàn)代感，并與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào) 整個立面包括三個基本組成部分： 其一是位于第20-26層的巨型橋式結構； 其二是9層高的裙房，位于橋式結構之下； 其三是高聳的帆桅式構筑物，標志著證券交易所至為重要的通訊設備聯(lián)絡。,樓面結構采用鋼梁、壓型板和混凝土組成共同作用的組合樓板和組合梁體系。,上海證券大廈,香港中國銀行,72層，368m 建于1989年 1 結構類型：鋼 2 結構體系：巨型桁架 中國銀行大廈造型來源于美籍華人建筑師頭腦中一個竹筍“節(jié)節(jié)生長”的形象； 大廈的基座是個傳統(tǒng)的方筒，隨著樓層往上四方體被分成四個三角體并開始一個個地收束掉-在第25層處扔掉第一個，38層處第二個，51層處第三個。中國銀行大廈頂上以一個55英尺高，縱跨70個樓層中的17個樓層的共享大廳作收束。,上部為四個三角形巨型空間桁架 平面52m52m 第二層為轉(zhuǎn)換層，設置跨度為52m的周邊空腹桁架和中部四角錐桁架作為巨型框架梁，最后傳遞給四根巨型角柱,香港中國銀行,香港匯豐銀行,1985年建成的香港匯豐銀行大樓，地面以下四層，地面以上43層，高l75m， 采用矩形平面，底層平面尺寸為55m72m。 建筑規(guī)劃要求大樓底層為全開敞式大空間，與前面的皇后廣場自然地連成一片。由于開敞底層限制了上部框架落地，最后確定采用鋼結構懸掛體系。,（a）結構平面 （b）結構縱剖面 （c）結構橫剖面 香港匯豐銀行大樓,香港匯豐銀行,香港匯豐銀行,由八根“格構柱”和五層縱、橫向桁架梁組成懸掛體系的主構件，承擔著整個大樓的全部水平荷載和豎向荷載。每根格構柱是由兩個方向間距分別為4.8m和5.1m的四根圓形鋼管，以及沿高度每隔3.9m的四根縱、橫向變截面箱形梁所組成。 沿房屋的橫向，構架柱的凈距為11.1m，沿房屋的縱向，一對格構柱之間的凈跨度為33.6m，兩端懸臂長度為10.8m。各道桁架梁之間的47層樓板，通過吊桿懸掛在上一層的桁架梁上。 風荷載作用下的結構分析結果表明，縱向或橫向水平力作用下，結構體系的側移曲線均屬剪切型變形 .,圖例：豎筒懸挑體系（1）,同濟大學圖書館 擴建： 利用原圖書館 天井空地， 芯筒直徑8.3m， 懸挑7.65m。,動力智能大廈（東京）,它是一座集辦公、旅館、公寓以及商業(yè)、文化體育活動為一體的綜合性特高樓房，地下7層，地上200層，高800m；總建筑面積為l50萬平方米。該大樓由l2個單元體組合而成，每個單元體是一個直徑50m、高50層的筒形建筑。,動力智能大廈（東京）,結構采用由支撐框筒作柱、立體桁架作梁所組成的巨型框架體系。 每隔50層（200m）設置一道巨型梁，整個框架是由12根巨型柱和11根巨型梁構成，每段柱是一個直徑為50m、高200m的支撐框筒。 在平面布置上，1層i00層，4個支撐框筒布置在方形平面的4個角，兩個方向的中心距均為80m，101層150層，3個支撐框筒布置在三角形平面的3個角；150層200層，為一個支撐框筒,動力智能大廈（東京）,優(yōu)點： 圓柱形支撐框筒具有最小的風荷載體型系數(shù)； 巨型梁處的透空層進一步減小風壓值； 結構的高寬比值較小，其值為6.2； 對任何方向的水平荷載，都具有較大的抗推剛度和抗傾覆能力； 雙向斜桿式的圓柱形支撐框筒，各桿件受力均勻； 支撐框筒的立柱采用內(nèi)填高強混凝土的鋼管，具有很大的受壓承載力。,動力智能大廈（東京）,一.世界貿(mào)易中心簡介（1）,1.1 世界貿(mào)易中心的建筑形式 紐約世界貿(mào)易中心占地約6.5公頃，耗資7億美元，由7棟建筑物組成。 紐約世界貿(mào)易中心有5萬人在其中工作，有46部高速電梯，114部區(qū)間電梯，8部貨梯 。 設計者：著名的美籍日裔建筑師雅馬薩奇。 主樓為一姊妹塔樓，建造時間為19661973年，高度分別為413m，411m，每一棟樓均為地上110層，地下6層，每棟樓的建筑面積為41.8萬m2 。,一.世界貿(mào)易中心簡介（2）,雙子高度世界第四、美國第二、紐約第一。 世界貿(mào)易中心竣工時，是全球最高的建筑。 為世貿(mào)中心做了100多個方案 1962年的一天，雅馬薩奇收到紐約-新澤西港務的一封信，問他可愿承擔一次建筑任務，其投資額為2.8億美元。雅馬薩奇認為數(shù)額過大，懷疑是多寫了一個“0”。,一.世界貿(mào)易中心簡介（3）,結構類型：鋼結構 結構體系：外筒體系，屬“框架筒體系”中最知名的實例； （高度413m，411m，地上110層，地下6層，貿(mào)易中心） 平面布置：塔式，正方形（l/b=1），平面對稱,一.世界貿(mào)易中心簡介（3）,標準層平面尺寸為：63.5m63.5m 內(nèi)筒尺寸為24m42m； 標準層高度為3.66m； 內(nèi)筒至外筒的跨度為18.3m及10.7m ； 建筑的高寬比為6.5 。,一.世界貿(mào)易中心簡介（4）,塔樓的抗側力體系是單一的外筒體系 ； 內(nèi)外筒間的梁與外筒、內(nèi)筒的連接為鉸接，承受豎向荷載 ； 外筒的每一面?zhèn)葔ι嫌?9根箱形截面柱承擔側向荷載； 豎向荷載主要由內(nèi)筒承擔 ； 結構的剛度和整體性 ；,一.世界貿(mào)易中心簡介（5）,1.3 世界貿(mào)易中心的安裝,1.3 世界貿(mào)易中心的安裝,二、世界貿(mào)易中心倒塌過程（1）,2.1 世界貿(mào)易中心倒塌前后的曼哈頓,倒塌前的曼哈頓,倒塌后的曼哈頓,三、世界貿(mào)易中心倒塌原因分析（2）,2.2 強烈的爆炸與燃燒 據(jù)有關專家測算，爆炸威力相當于20 t的tnt； 200以內(nèi)時鋼材性能沒有很大變化； 430540之間則鋼材強度急劇下降； 480時鋼材強度將降為原來的1/2； 800時，鋼結構不能承擔荷載