結(jié)構(gòu)概念和體系第4章3

4.4提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）第四章結(jié)構(gòu)的豎向分體系(TheVerticalSystemofStructure)4.2關(guān)于“框架作用”的推理（DiscussiononFrameAction）4.4提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）4.1框架作用(FrameAction)

4.5未來超高層建筑結(jié)構(gòu)(High-riseBuildingStructureinFuture)4.3結(jié)構(gòu)豎向分體系的主要類型和特點(TheMajorStylesandCharacteristicsofVerticalStructuralSystem)2/1/202314.4提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）適當(dāng)加強結(jié)構(gòu)受力最大部位設(shè)置剛性橫梁（或桁架）把豎向荷載集中在主要的承重構(gòu)件上利用合理的體形2/1/202324.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding平面形狀的影響2/1/20233M4.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding

從整體來看，房屋可以看作是錨固在地面上的懸臂梁，板式結(jié)構(gòu)具有最大的迎風(fēng)面，對體系的抗側(cè)移是很不利的。若把一字形平面彎折一下，形成像弧形截面、角鋼、槽鋼或工字形截面，其剛度就大多了。結(jié)構(gòu)平面形狀對剛度的影響上海華亭飯店2/1/202344.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding上海華亭飯店S型平面建筑面積100000m2

2/1/202354.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding上海

華亭飯店2/1/202364.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding北京

國際飯店2/1/202374.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding北京

國際飯店北京國際飯店(a)平面(b)剖面旋轉(zhuǎn)餐廳位置2/1/202384.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding廣州花園酒店

高112m，地上31層，地下1層，三叉型平面，剪力墻結(jié)構(gòu)。2/1/202394.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding廣州

中國大酒店

上世紀(jì)八十年代中建成，H型平面，剪力墻體系。

2/1/2023104.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding

圓形或橢圓形平面能明顯減少風(fēng)荷載，因而也能減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移。2/1/202311加拿大多倫多電視塔(CNTower)

當(dāng)今世界最高的獨立結(jié)構(gòu)。它采用Y形平面的預(yù)應(yīng)力混凝土塔身，天線高度達(dá)553

m，并在350

m處設(shè)有旋轉(zhuǎn)餐廳，在447m處設(shè)有觀光平臺。一、UsingReasonableShapeofBuilding2/1/202312加拿大

多倫多電視塔（CNTower）4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding2/1/202313

加拿大

多倫多市政大廳(TorontoCityHall)4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding79.6m(20層)99.7m(27層)

由一個圓形會議大廳和兩棟新月形辦公大樓組成。辦公大樓的主要承重結(jié)構(gòu)為兩片弧形鋼筋混凝土墻殼。其獨特的結(jié)構(gòu)形式已使多倫多市政大廳成為加拿大著名的旅游景點。2/1/2023144.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding

外側(cè)弧形鋼筋混凝土墻形成豎向柱形殼體，為加強在不對稱風(fēng)荷下墻殼的抗扭轉(zhuǎn)能力，墻殼端部設(shè)置了粗大的邊柱，形成殼體的邊緣構(gòu)件。

大樓內(nèi)側(cè)為全玻璃幕，中間設(shè)一列柱，橫向框架梁從外墻殼伸向中柱，并懸挑約2m懸掛玻璃幕。樓板結(jié)構(gòu)置于框架梁之間，成為墻殼的橫隔板，大大加強了墻殼的剛度和承載力。2/1/2023154.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding外墻殼中間柱豎向荷載水平荷載

風(fēng)洞試驗表明，由于兩座樓間距很近，風(fēng)在兩座大樓間形成的渦流使風(fēng)荷比規(guī)范規(guī)定值幾乎大四倍，然而由于設(shè)計者充分利用殼面體形，墻殼具有足夠的抗側(cè)移剛度和承載力，并且依其獨特的結(jié)構(gòu)形式，使市政大廳成為多倫多市著名的旅游景點。

加拿大多倫多市政大廳2/1/202316

上述房屋平面形狀的影響對各種結(jié)構(gòu)形式都適用。4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding一、混合結(jié)構(gòu)二、排架體系三、框架體系四、結(jié)構(gòu)墻體系五、框架-結(jié)構(gòu)墻體系六、筒體七、巨型框架體系八、巨型桁架體系九、蒙皮結(jié)構(gòu)體系十、其他組合體系2/1/2023174.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding

立面和豎向構(gòu)件布置的影響2/1/202318

在立面和豎向構(gòu)件布置時若采用傾斜的豎向構(gòu)件，對剛度是十分有利的。計算表明，一棟40層框架結(jié)構(gòu)房屋，若邊柱傾斜8%，，其側(cè)移可減小約50%。4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding2/1/202319美國：房屋體形逐漸收縮4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding

若將結(jié)構(gòu)寬度沿房屋高度做成上窄下寬，與懸臂柱的彎矩圖相似，則無論對結(jié)構(gòu)承載力或結(jié)構(gòu)剛度都有很好的效益。2/1/202320美國芝加哥：房屋體形逐漸收縮4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding

把房屋體形做成三角形或金字塔形還降低了水平力作用點，對提高抗側(cè)能力也是很有效的。立面圖側(cè)面圖2/1/202321美國紐約ChryslerBuilding房屋臺階式收縮4.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding2/1/2023224.4有效措施…一、UsingReasonableShapeofBuilding美國紐約房屋臺階式收縮2/1/2023234.4提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）適當(dāng)加強結(jié)構(gòu)受力最大部位把豎向荷載集中在主要的承重構(gòu)件上設(shè)置剛性橫梁（或桁架）利用合理的體形2/1/2023241．根據(jù)內(nèi)力大小，改變構(gòu)件截面尺寸及承載力4.4有效措施…

二、ProperStrengtheningMaximumStressParts

如果房屋體形不變，也可從結(jié)構(gòu)構(gòu)件上來加強受力最大的部位。最常見的是沿高度改變柱截面尺寸、結(jié)構(gòu)墻厚度、混凝土強度等級以及配筋量，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化。2/1/2023252.采用帶邊框的剪力墻，盡可能為剪力墻設(shè)置翼墻

剪力墻是以受彎為主，剪力墻的邊柱和翼墻對提高剪力墻的承載力和抗彎剛度十分有效；如果條件允許，將縱橫方向剪力墻連在一起，形成像角鋼或槽鋼一樣的截面，則更為有效。4.4有效措施…

二、ProperStrengtheningMaximumStressParts用邊框(柱)和翼墻加強剪力墻2/1/2023263．適當(dāng)加強房屋的角柱

在高層結(jié)構(gòu)中，由于風(fēng)荷和地震力的性質(zhì)不同，設(shè)計中很難使荷載中心和結(jié)構(gòu)剛度中心完全重合，結(jié)構(gòu)有一定的扭轉(zhuǎn)變形是不可避免的。扭轉(zhuǎn)中角柱的附加側(cè)移和附加內(nèi)力最大，加強角柱對結(jié)構(gòu)抗扭十分有效，高層建筑結(jié)構(gòu)中有時把角柱做成筒體，效果就更為明顯。4.4有效措施…

二、ProperStrengtheningMaximumStressParts2/1/2023274.4提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）適當(dāng)加強結(jié)構(gòu)受力最大部位設(shè)置剛性橫梁（或桁架）把豎向荷載集中在主要的承重構(gòu)件上利用合理的體形2/1/202328

在討論剛度時我們已經(jīng)知道，大柱剛度要比同面積的幾個小柱剛度的總和要大許多。2.4結(jié)構(gòu)的剛度和變形

五、關(guān)于房屋剛度的討論若將四根小柱合并為一根大柱，則剛度為:I2=4I1

由四根1m見方小柱組成，其截面剛度為四根柱截面剛度:

I1=4/12若將四根1m見方的柱“拍扁”，做成四片獨立的墻，每片為0.2m×5m:I3=12.5I1

若將上述四片墻在墻角處連成整體，形成箱形截面:I4

=50I1

5.2250.25.25.23.221.61.6113.2115.22/1/202329

在考慮結(jié)構(gòu)抗傾覆時，我們還知道，荷載的偏心距e=M/W,增大結(jié)構(gòu)的豎向荷載W就會減小偏心距e,這樣可提高結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力。當(dāng)然，我們不應(yīng)當(dāng)人為地加大豎向荷載，這對結(jié)構(gòu)抗震是很不利的。有效的措施是采用懸掛結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，把房屋的豎向荷載集中作用在主要承重構(gòu)件（核心筒）上。4.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure

2/1/2023304.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure

把豎向荷載集中作用在主要承重結(jié)構(gòu)上懸掛結(jié)構(gòu)2/1/2023314.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure美國早期的懸掛結(jié)構(gòu)荷載全部掛在核心筒上2/1/2023324.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure香港威爾斯親王大廈

1979年建成，利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層把荷載全部作用在核心筒上。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層2/1/2023334.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure香港匯豐銀行大廈懸掛結(jié)構(gòu)（1985年建成）匯豐銀行2/1/2023344.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure香港匯豐銀行懸掛結(jié)構(gòu)

平面為72m×55m，高180m，地面以上43層，采用巨型桁架，分五層懸掛在八根巨型格構(gòu)式柱上。吊桿格構(gòu)柱吊桿電梯168004800108005100510011100700001800007800吊桿格構(gòu)柱巨型格構(gòu)柱2/1/2023354.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure

每根格構(gòu)柱為4.8m×5.1m，四角為四根圓形鋼管，底層鋼管為ф1400mm×100mm，向上逐漸減小，頂層鋼管為ф800mm×40mm。吊桿格構(gòu)柱吊桿電梯168004800108005100510011100巨型格構(gòu)柱2/1/2023364.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure2/1/2023374.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure香港匯豐銀行懸掛體系側(cè)面框架2/1/2023384.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure香港匯豐銀行：懸掛體系2/1/2023394.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure

香港匯豐銀行

1985年建成，由諾爾曼·福斯特設(shè)計，預(yù)算達(dá)10億美元。由于其獨特的外形和新型的結(jié)構(gòu)體系，受到世人關(guān)注。2/1/2023404.4提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-RiseBuildingStructure）適當(dāng)加強結(jié)構(gòu)受力最大部位設(shè)置剛性橫梁（或桁架）豎向荷載集中在主要承重構(gòu)件上利用合理的體形2/1/202341剛性橫梁在筒體結(jié)構(gòu)中的作用VV

當(dāng)沒有剛性橫梁時，筒體和外框架都是獨立彎曲變形，側(cè)移較大；若設(shè)置頂層剛性橫梁，當(dāng)筒體在水平力作用下產(chǎn)生彎曲變形時，剛性橫梁的轉(zhuǎn)動會受到兩側(cè)外柱的約束，從而在外柱中產(chǎn)生很大的軸力，一側(cè)受拉，一側(cè)受壓，形成與傾覆力矩反向的抵抗力矩。由于這兩個軸力的力臂很大(等于結(jié)構(gòu)總寬)，這個反向力矩大大減小了核心筒的彎矩和側(cè)移。對于以核心筒為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的體系，橫梁需要更大的剛度，通常利用一至二個樓層高度作為橫梁(或桁架)高度。4.4有效措施……

四、SettingStiffnessMega-girderorTruss

剛性橫梁上海錦江飯店豎向剖面A-A豎向剖面B-B水平桁架水平桁架2/1/2023424.4有效措施…

四、SettingStiffnessMega-girderorTruss

深圳國貿(mào)大廈

高160m，共50層，采用筒中筒結(jié)構(gòu)，頂層設(shè)剛性大梁以協(xié)調(diào)內(nèi)外筒的變形，剛性橫梁截面高達(dá)6.9m。2/1/2023434.5未來超高層建筑結(jié)構(gòu)（High-RiseBuildingStructureinFuture）第四章結(jié)構(gòu)的豎向體系(TheVerticalSystemofStructure)4.2關(guān)于“框架作用”的推理（DiscussiononFrameAction）4.4提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）4.1框架作用（FrameAction）

4.5未來超高層建筑結(jié)構(gòu)（High-RiseBuildingStructureinFuture）4.3結(jié)構(gòu)豎向分體系的主要類型和特點（TheMajorStylesandCharacteristicsofVerticalStructuralSystem）2/1/2023444.5High-riseBuildingStructureinFuture…城市人口的高度集中和地價猛漲的要求

高層建筑不僅為激烈競爭的市場經(jīng)濟(jì)提供活動場所，而且是經(jīng)濟(jì)實力和信譽的象征，有著獨特的“廣告效應(yīng)”。高層建筑社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的成果

一幢著名的大廈往往成為某某公司實力的象征，由此帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益是不可低估的。

在當(dāng)今市場經(jīng)濟(jì)的激烈競爭中，高層建筑必將進(jìn)一步向更高方向發(fā)展。2/1/202345

人們已建成象原紐約世界貿(mào)易中心和西爾斯大廈這樣的超高層建筑，如果我們把這樣的大樓看成一根根“巨型桿件”，那么，利用框架作用、框筒、巨型框架、巨型桁架的概念，在基本不增大“巨型桿件”彎矩的條件下，不難設(shè)計出更高更大的未來超高層建筑。如果再考慮到利用結(jié)構(gòu)體形提高結(jié)構(gòu)剛度等概念，還可進(jìn)一步減小“桿件”內(nèi)力。4.5High-riseBuildingStructureinFuture…2/1/2023462008年動工的“新東京塔”是由日本知名建筑師安藤忠雄和雕刻家澄川喜一聯(lián)袂設(shè)計，總耗資約為500億日元設(shè)計塔高為610m，預(yù)計2011年完工。4.5High-riseBuildingStructureinFuture…新東京塔據(jù)悉，“新東京塔”將建在一個三角形的底座上，呈圓柱形，隨著高度上升塔身逐漸變細(xì)，頂端呈圓球形，主要是為了有效抵抗地震和強風(fēng)。游客通過觀光電梯攀登其上，能夠遠(yuǎn)眺整個關(guān)東平原。而空中走廊則采用全透明玻璃設(shè)計，以便讓游客能在高空來個“云中漫步”。2/1/202347

當(dāng)今世界最高的獨立建筑——阿聯(lián)酋迪拜塔于2004年動工，經(jīng)歷了金融危機挫折，幾度停工、復(fù)工，2010年1月終于峻工。

迪拜塔有160層，高度達(dá)828m，建筑面積500,000m2，用了330,000m3混凝土和31,400t鋼材，耗資達(dá)15億美元。大樓可容納12,000人，設(shè)有1,044間住宅，49層辦公室和一家豪華酒店,以及相應(yīng)娛樂設(shè)施。在124層還設(shè)有觀景臺，乘坐世界上最快的高速電梯，游客一分鐘內(nèi)就能到達(dá)觀景臺，可遙望80Km外的景色。4.5High-riseBuildingStructureinFuture…阿聯(lián)酋迪拜塔2/1/2023484.5High-riseBuildingStructureinFuture…阿聯(lián)酋迪拜塔從外形看迪拜塔象是被捆在一起的許多長短不一的筒體。可見這是筒束結(jié)構(gòu)，也可稱為組合筒體系。2/1/202349阿聯(lián)酋迪拜還欲建高度達(dá)750m的超高金字塔4.5High-riseBuildingStructureinFuture…2/1/202350

目前，更高的高層建筑，例如日本東京擬建的MillenniunTower（高800m，底部直徑190m）和空中城市大廈—1000等也已在規(guī)劃和設(shè)計中。4.5High-riseBuildingStructureinFuture…日本東京擬建的米蘭扭塔(MillenniumTower)2/1/202351日本空中城市大廈—1000

高1000m，底部直徑400m。未來超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案和構(gòu)思還很多，這里就不一一列舉了。4.5High-riseBuildingStructureinFuture…2/1/2023524.5High-riseBuildingStructureinFuture…必須加強各學(xué)科間的相互滲透，要使建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、環(huán)境達(dá)到完美統(tǒng)一。建筑物材料經(jīng)濟(jì)設(shè)備施工結(jié)構(gòu)建筑其它

總之，未來的超高層建筑不僅要求建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的密切配合，一棟成功的建筑是各專業(yè)通力合作的成果2/1/202353

4.5High-riseBuildingStructureinFuture…

2001年

“9.11”事件后，人們不得不重新反思建造超高層建筑的利弊。2/1/202354

4.5High-riseBuildingStructureinFuture…

2001年

9月11日恐怖分之劫持的波音757、波音767客