高層結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置

1、高層結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置Company Logo第1頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四主要內(nèi)容2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本原則 2.2 高層建筑的結(jié)構(gòu)選型2.3 高層建筑的結(jié)構(gòu)布置第2頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本原則具有必要的承載力、剛度和變形能力避免因局部破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)破壞；喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力對可能出現(xiàn)的薄弱部位采取加強措施結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布宜具有多道抗震防線基本要求：“簡單、規(guī)則、均勻、對稱”強調(diào)概念設(shè)計，不過分依賴計算結(jié)果第3頁，共61頁，202

2、2年，5月20日，17點23分，星期四2.2 高層建筑的結(jié)構(gòu)選型豎向承重結(jié)構(gòu)選型（抗側(cè)力體系）高層建筑的基本抗側(cè)力單元有框架、剪力墻、框剪、筒體等，由它們可以組成多種結(jié)構(gòu)體系?？蚣芗袅ν搀w水平承重結(jié)構(gòu)選型（樓板體系） 單向板、雙向板、井式樓蓋、密肋樓蓋、無梁樓蓋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型 獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)帶加強層的高層建筑結(jié)構(gòu) 框架-核心筒結(jié)構(gòu) 框架-剪力墻結(jié)構(gòu) 第4頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四2.2.1 框架結(jié)構(gòu)體系 定義：房屋結(jié)構(gòu)均由梁、柱構(gòu)件通過節(jié)點連接而構(gòu)成。橫向主梁柱縱向連系梁第5頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期

3、四注：由形、形、形或十字形截面柱構(gòu)成的異形柱框架結(jié)構(gòu)，截面各肢的肢高肢后比不大于4。第6頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四我國最高的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)北京長城飯店 22層第7頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四我國最高的鋼框架結(jié)構(gòu)北京長富宮，22層，94米第8頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四典型框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)平面布置第9頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四典型框架結(jié)構(gòu)剖面示意圖第10頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四框架結(jié)構(gòu)特點平面布置靈活，可形成較大的使用空間施工簡便，較經(jīng)濟抗

4、側(cè)剛度小，側(cè)移大對支座不均勻沉降較為敏感第11頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四框架結(jié)構(gòu)分類按施工方法不同，框架結(jié)構(gòu)可分為現(xiàn)澆式、裝配式和裝配整體式三種。在地震區(qū)，多采用梁、柱、板全現(xiàn)澆或梁柱現(xiàn)澆、板預(yù)制的方案；在非地震區(qū)，有時可采用梁、柱、板均預(yù)制的方案。第12頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四框架結(jié)構(gòu)受力變形特點 1）水平力引起的樓層剪力，使梁、柱構(gòu)件產(chǎn)生彎曲變形，形成框架結(jié)構(gòu)的整體剪切變形Us； 2）由水平力引起的傾覆力矩，使框架柱產(chǎn)生軸向變形（一側(cè)柱拉伸，另一側(cè)柱壓縮）形成框架結(jié)構(gòu)的整體彎曲變形Ub； 當(dāng)框架結(jié)構(gòu)房屋的層數(shù)不多時，其側(cè)移主

5、要表現(xiàn)為整體剪切變形，整體彎曲變形的影響很小?？蚣軅?cè)向變形框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移一般由兩部分組成：第13頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四2.2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 定義：房屋豎向承重結(jié)構(gòu)全部由剪力墻組成。剪力墻結(jié)構(gòu)平面圖第14頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四典型剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置第15頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四剪力墻結(jié)構(gòu)特點抗側(cè)剛度大，側(cè)移小室內(nèi)墻面平整平面布置不靈活結(jié)構(gòu)自重大，地震作用大施工較麻煩，造價較高剪力墻側(cè)向變形結(jié)構(gòu)自重較大；建筑平面布置局限性大，較難獲得大的建筑空間（一般剪力墻間距38m）。第16頁，共61

6、頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四剪力墻結(jié)構(gòu)受力變形特點在豎向荷載作用下，剪力墻是受壓的薄壁柱；在水平荷載作用下，剪力墻則是下端固定、上端自由的懸臂柱。注： 1）剪力墻結(jié)構(gòu)屬于剛性結(jié)構(gòu)，對于高寬比較大的剪力墻，側(cè)向變形呈彎曲型。2）剪力墻結(jié)構(gòu)水平承載力和側(cè)向剛度均很大，側(cè)向變形較小。第17頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四按照長寬比分類：Hw/bw8：普通剪力墻短肢剪力墻抗震性能較差，規(guī)范有具體規(guī)定限制其應(yīng)用和增加抗震要求。第18頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四框支剪力墻結(jié)構(gòu)： 1）框支剪力墻結(jié)構(gòu)將剪力墻結(jié)構(gòu)房屋的底層或底部幾層做

7、成框架，這種結(jié)構(gòu)亦稱為帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)。 2）破壞特點：帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)在其轉(zhuǎn)換層上、下層間側(cè)向剛度發(fā)生突變，形成柔性底層或底部，在地震作用下易遭破壞甚至倒塌。 3）布置原則：在底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)中，一般應(yīng)把落地剪力墻布置在兩端或中部，并將縱、橫向墻圍成筒體；另外，還應(yīng)采取增大墻體厚度、提高混凝土強度等措施加大落地墻體的側(cè)向剛度，使上、下部側(cè)向剛度差別盡量小。（上部可采用短肢剪力墻） 第19頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四短肢剪力墻結(jié)構(gòu) ： 這種結(jié)構(gòu)體系一般是在電梯、樓梯部位布置剪力墻形成筒體，其他部位則根據(jù)需要，在縱橫墻交接處設(shè)置截面高度為左右的、十、形截

8、面短肢剪力墻，墻肢之間在樓面處用梁連接，并用輕質(zhì)材料填充，形成使用功能及受力均較合理的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。（在小高層中應(yīng)用很廣）第20頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四定義：為了充分發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活和剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大的特點，當(dāng)建筑物需要有較大空間，且高度超過了框架結(jié)構(gòu)的合理高度時，可采用框架和剪力墻共同工作的結(jié)構(gòu)體系。 剪力墻剪力墻框架梁框架梁框架梁剪力墻剪力墻2.2.3 框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系 第21頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四受力變形特點： 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系以框架為主，并布置一定數(shù)量的剪力墻，通過水平剛度很大的樓蓋將二者聯(lián)系

9、在一起共同抵抗水平荷載。其中剪力墻承擔(dān)大部分水平荷載，框架只承擔(dān)較小的一部分。第22頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四受力變形特點： 注：在水平荷載作用下，框架的側(cè)向變形屬剪切型，層間側(cè)移自上而下逐層增大；剪力墻的側(cè)向變形一般是彎曲型，其層間側(cè)移自上而下逐層減小。當(dāng)框架與剪力墻通過樓蓋形成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時，各層樓蓋因其巨大的水平剛度使框架與剪力墻的變形協(xié)調(diào)一致，其側(cè)向變形介于剪切型與彎曲型之間，一般屬于彎剪型。第23頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四優(yōu)點： 兼有框架和剪力墻的優(yōu)點，比框架結(jié)構(gòu)的水平承載力和側(cè)向剛度都有很大提高，比剪力墻結(jié)構(gòu)布置靈

10、活，可應(yīng)用于 1020 層的辦公樓、教學(xué)樓、醫(yī)院和賓館等建筑中。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量和布置：與建筑功能相結(jié)合數(shù)量不宜過多，以滿足位移限值為宜均勻?qū)ΨQ，質(zhì)量中心與剛度中心接近；外圍布置，可以加強結(jié)構(gòu)的抗扭作用第24頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四定義：是指由一個或幾個筒體作為豎向承重結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)體系筒體結(jié)構(gòu)平面圖2.2.4 筒體結(jié)構(gòu)體系 第25頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四常見的筒體結(jié)構(gòu)體系筒中筒框架-核心筒框筒-框架多重筒成束筒多筒體筒體結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)，具有很大的側(cè)向剛度及水平承載力，并具有很好的抗扭剛度。目前世界最高的10

11、0幢高層建筑約有2/3采用筒體結(jié)構(gòu)。特點第26頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四 實腹筒、框筒和桁架筒 1）實腹筒：鋼筋混凝土剪力墻圍成的筒體。 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架圍成的筒體。 3）桁架筒：將 筒體的 四壁 做成桁 架，就形成 桁架筒。第27頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四筒中筒結(jié)構(gòu) 一般用實腹筒做內(nèi)筒，框筒或桁架筒做外筒。內(nèi)筒可集中布置電梯、樓梯、豎向管道等。框筒的側(cè)向變形以剪切變形為主，內(nèi)筒一般以彎曲變形為主，二者通過樓板聯(lián)系，共同抵抗水平荷載，其協(xié)同工作原理與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)類似。第2

12、8頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四第29頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四框筒結(jié)構(gòu) 框筒也可作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單獨使用。為了減小樓板和梁的跨度，在框筒中部可設(shè)置一些柱子。這些柱子僅用來承受豎向荷載，不考慮其承受水平荷載。第30頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四多筒結(jié)構(gòu)成束筒 成束筒是由若干單筒集成一體成束狀，形成空間剛度極大的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。自下而上逐漸減少筒體數(shù)量的處理手法，使高層建筑結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟合理。但這些逐漸減少的筒體結(jié)構(gòu)，應(yīng)對稱于建筑物的平面中心。第31頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四第32頁，

13、共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四帶加強層的高層建筑結(jié)構(gòu)體系 定義：可沿框架核心筒結(jié)構(gòu)房屋的高度方向，每隔 20 層左右，于設(shè)備層或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層處，由核心筒伸出縱、橫向伸臂與結(jié)構(gòu)的外圍框架柱相連，并沿外圍框架設(shè)置一層樓高的帶狀水平梁或桁架。第33頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四2.2.5 其他結(jié)構(gòu)體系 第34頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四巨型框架 利用筒體作為柱子，在各筒體之間每隔數(shù)層用巨型梁相連，筒體和巨型梁即構(gòu)成巨型框架。巨型框架具有很大的承載能力和側(cè)向剛度。 由于它可以看作是由兩級框架組成，第一級為巨型框架，是承載的

14、主體；第二級是位于巨型框架單元內(nèi)的輔助框架（只承受豎向荷載），也起承載作用。因此，這種結(jié)構(gòu)是具有兩道抗震防線的抗震結(jié)構(gòu)，具有良好的抗震性能。小框架巨型梁巨型柱第35頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四 上海證券交易所第36頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四 各種結(jié)構(gòu)體系的 最大適用高度和最大高寬比A級高度與B級高度對B級高度的高層建筑，采用更嚴格的計算和構(gòu)造措施，且須通過抗震專項審查平面和豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)及類場地土上的結(jié)構(gòu)，最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低第37頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四 水平承重結(jié)構(gòu)選型（樓板體系）作用：承受樓

15、屋面豎向荷載，傳遞水平力分類： 普通鋼筋混凝土肋梁樓蓋（單向板、雙向板、井式和密肋樓蓋） 無梁樓蓋（有柱帽、無柱帽） 組合樓蓋（壓型鋼板混凝土組合樓蓋、鋼梁混凝土組合樓蓋和網(wǎng)架樓蓋）第38頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四普通鋼筋混凝土肋梁樓蓋第39頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四肋梁樓蓋傳力路徑及梁板計算簡圖第40頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四井式樓蓋第41頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四密肋樓蓋第42頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四無梁樓蓋第43頁，共61頁，2

16、022年，5月20日，17點23分，星期四組合樓蓋第44頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四高層建筑樓面結(jié)構(gòu)選型第45頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型柱下獨立基礎(chǔ)交叉梁基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)復(fù)合基礎(chǔ)第46頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四柱下獨立基礎(chǔ)梁板式筏形基礎(chǔ)箱型基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)第47頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四2.3 高層建筑的結(jié)構(gòu)布置高層建筑結(jié)構(gòu)的平面布置高層建筑結(jié)構(gòu)的豎向布置高層建筑結(jié)構(gòu)的變形縫設(shè)置第48頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四平面布置規(guī)則

17、性 平面宜簡單、規(guī)則 平面長度不宜過長 突出部分宜減小 凹角部分應(yīng)采取加強措施對稱性 核心筒位置要居中或?qū)ΨQ 抗震墻沿房屋周邊布置（較大抗扭剛度和抗傾覆能力）第49頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四建筑平面限制第50頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四規(guī)范：平面不規(guī)則類型第51頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四第一類：扭轉(zhuǎn)不規(guī)則第52頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四第二類：凹凸不規(guī)則第53頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四第三類：樓板局部不連續(xù)第54頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四豎向布置立面變化要均勻避免“柔弱”底層頂層大廳的改善第55頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四立面變化要均勻第56頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四規(guī)范：豎向不規(guī)則類型第57頁，共61頁，2022年，5月20日，17點23分，星期四第一類：側(cè)向剛度不規(guī)則第5