多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)第一講

第八章多層與高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

第

一講11.概述.高層建筑的定義定義指標：高度和層數(shù)各國不統(tǒng)一,經(jīng)濟條件、電梯設備、消防裝置等因素有關

我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》中規(guī)定，規(guī)定10層及10層以上或房屋高度超過27米的混凝土結(jié)構(gòu)高層民用建筑物稱為高層建筑。

常規(guī)的高度稱為A級高度的高層建筑，超過A級高度限值的高層建筑稱為B級高度的高層建筑。2

A級高度高層建筑適用最大高度3建筑高度一般是指從室外地面至主要屋面的距離,不包括突出的水箱、電梯間、地下室等部分的高度。1972年國際高層建筑會議，第一類：9～16層(最高50米);第二類：17～25米（最高到75米）第三類：26～40層（最高到100米)第四類:40層以上(或高度在100米以上)42高層建筑的發(fā)展史1883年美國芝加哥保險公司大樓11層框架結(jié)構(gòu)

1905年美國紐約50層

1931年美國紐約帝國大廈102層高381米

目前：

馬來西亞吉隆坡石油大廈，88層，450米，鋼－混凝土結(jié)構(gòu)

美國芝加哥西爾斯大廈，110層，442米，鋼結(jié)構(gòu)

朝鮮平壤的柳京飯店，105層319.8米,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

美國休斯敦的貝殼廣場大廈,60層,226米,輕骨料混凝土

我國:

上海金茂大廈，88層，365米，混凝土核心筒－巨型鋼骨架深圳地王大廈，81層，325米，混凝土核心筒－外框鋼結(jié)構(gòu)廣州中天廣場，80層，322米，鋼筋混凝土北京京廣大廈，53層，208米，鋼結(jié)構(gòu)51.臺北101大樓被“世界第一高樓”，樓高508米2.3馬來西亞吉隆坡的雙子星大樓 452米4.美國西爾斯大樓，442米5.上海金茂大廈，420米 (世界貿(mào)易中心大廈1、2號大廈，高度417米)6.香港國際金融中心，415米7.廣州中信廣場，391米8.深圳的信興廣場，384米9.美國紐約帝國大廈，381米10.香港中環(huán)廣場，374米6臺北101大樓囊括了高度項目中3個第一，包括“世界最高建筑物”、“世界最高使用樓層”、“世界最高屋頂高度”，美國芝加哥的席爾斯大樓（SearsTower）僅保有“世界最高天線高度”的最高紀錄。7佩重納斯大廈——國家石油公司雙峰塔摩天大樓（稱為歷史世界最高）國油雙峰塔樓高452米、95層位于馬來西亞首都吉隆坡市中心鋼與混凝土混合結(jié)構(gòu)8世界最高的建筑(左起)：臺北101大樓、芝加哥席爾斯大樓、吉隆坡雙子星大樓、上海金茂大廈、香港國際金融中心、紐約帝國大廈9帝國大廈381米國際金融大廈(二期)420米10金茂大廈420.5米雙子星座大廈,451.9米11臺北101大樓高508米西爾斯大廈，443米，芝加哥12信興廣場大廈，384米中信廣場大廈，391米中央廣場大廈，374米13高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點多層建筑：豎向力起控制作用，水平力影響不大高層建筑：側(cè)向力稱為影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力、結(jié)構(gòu)變形及建筑物土建造價的主要因素。14高層建筑的優(yōu)缺點優(yōu)點：提高土地利用，節(jié)省土地買價，增加綠化面積，改善城市環(huán)境。減少建筑物的管理費用；節(jié)省市政建設投資（水、點、煤氣等），隨單體造價高，但從城市總體規(guī)劃的角度來看，卻是經(jīng)濟的。缺點：造價昂貴，管理復雜，施工周期長，能量消耗大，難以充分利用自然采光、通風等自然環(huán)境，是人與自然的聯(lián)系減少。刮風時建筑物擺動會使人感覺眩暈，電梯損壞時上下樓梯困難。高層建筑的陰影、對無線電波屏障。高層建筑的防火問題，抗震問題等15高層建筑結(jié)構(gòu)的特點

1、水平力是設計主要因素2、側(cè)移成為控制指標——過大的位移對結(jié)構(gòu)的影響3、抗震設計要求更高4、概念設計與理論計算同等重要5、減輕高層建筑自重比多層建筑更重要6、軸向變形不容忽略16概念設計概念設計:以功能優(yōu)越、造型美觀、技術先進的總體方案為目標的設計階段。是指一些難以作出精確力學分析或在規(guī)范中難以具體規(guī)定的問題，必須由工程師運用“概念”進行分析，作出判斷，以便采取相應措施。例如結(jié)構(gòu)破壞機理的概念、力學概念以及由震害和試驗現(xiàn)象等總結(jié)提供的各種宏觀的和具體的經(jīng)驗，也包括一些教訓，以及建筑要求和造價、施工要求等。17高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展目前我國高層建筑的發(fā)展特點：層數(shù)不斷增多，高度不斷加大高層建筑向多用途、多功能方向發(fā)展平面布置和立面體型日益復雜化結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化高強材料和新技術的應用玻璃幕墻的廣泛應用計算機應用水平迅速提高設計規(guī)程的不斷完善1821世紀高層建筑的高新技術預測1．高層建筑復雜大系統(tǒng)2．高性能建筑材料3．計算機仿真4．專家系統(tǒng)5．參數(shù)控制與決策準則[軟設計理論]6．結(jié)構(gòu)控制與控制結(jié)構(gòu)7．結(jié)構(gòu)可靠性識辯和檢測治理8．超高層建筑的先進消防系統(tǒng)9．智能性服務系統(tǒng)10．節(jié)能環(huán)保技術與太陽能利用19未來10年高層建筑的若干研究領域1、高層建筑技術研究2、超高層建筑結(jié)構(gòu)新體系研究3．巨型結(jié)構(gòu)體系研究與應用4．超高層建筑地震與反應控制5．深基礎設計與施工技術6．高性能混凝土應用技術7．超高層建筑成套設備開發(fā)8。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應用技術201.框架2.剪力墻3.框架－剪力墻（支撐）4.筒體5.巨型結(jié)構(gòu)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)與布置21抗側(cè)力結(jié)構(gòu)：框架剪力墻筒22特點：傳力途徑更簡捷，可有效增加凈空高度。缺陷：節(jié)點處受到柱集中力作用，對板抗剪不利。板柱節(jié)點適用范圍：倉庫，停車場，層高受到限制的場合?？蚣芙Y(jié)構(gòu)23剪力墻結(jié)構(gòu)24優(yōu)點：抗側(cè)剛度大，強度高，整體性好， 抗震性能優(yōu)越。缺點：墻體間距小，平面布置不靈活， 自重大。適用范圍：10～30層高層公寓式住宅、旅館。剪力墻結(jié)構(gòu)體系25框架－剪力墻26優(yōu)點：受力合理，各層層間變形均勻，可形成較大使用空間?？蚣?-剪力墻結(jié)構(gòu)體系

適用范圍：10~25層各類公共建筑?？蚣?筒體可到30—40層27筒體結(jié)構(gòu)體系優(yōu)點缺點應用范圍實例將剪力墻集中到房屋的內(nèi)部或外部形成封閉的筒體——豎向的懸臂封閉箱空間抗剛度,抗扭性很好適用30層以上長/寬<2，截面尺寸接近正方形、圓形、正多邊形較好28高層建筑結(jié)構(gòu)體系框架體系（含板柱體系）框架－剪力墻體系（含框架－筒體體系）框架——支撐剪力墻體系全落地剪力墻體系部分框支剪力墻體系筒體體系框筒體系筒中筒體系多筒體系29第二節(jié)框架結(jié)構(gòu)2.1框架結(jié)構(gòu)的組成與布置2.2框架結(jié)構(gòu)分析2.3框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設計（略）30框架結(jié)構(gòu)是多層房屋的主要結(jié)構(gòu)形式，也是高層建筑的基本結(jié)構(gòu)單元。312.1.1框架結(jié)構(gòu)種類按所用材料：混凝土框架結(jié)構(gòu)鋼框架結(jié)構(gòu)組合框架結(jié)構(gòu)（鋼骨混凝土、鋼管混凝土）按施工方法：整體式框架（混凝土框架而言）裝配式框架裝配整體式框架（混凝土框架而言）32裝配式混凝土框架預制長柱預制主梁預制槽形板預制卡板裝配整體式混凝土框架預制短柱迭合梁裝配整體式混凝土框架裝配整體式混凝土框架預制長柱33框架結(jié)構(gòu)由梁、柱連結(jié)而成。梁柱一般為剛接，有時為了方便施工也有做成鉸接或半鉸接（半剛接的）。2.1.2框架結(jié)構(gòu)組成34柱截面實腹式（矩形、箱形、圓形、I形、H形、L形、T形、十字形等）格構(gòu)式（對鋼結(jié)構(gòu)而言）梁截面實腹式（矩形、箱形、T形、倒L形、I形、H形、花籃梁等）格構(gòu)式（對鋼結(jié)構(gòu)而言）35矩形梁箱形梁倒L形梁T形梁花籃梁混凝土梁形式362.1.3框架結(jié)構(gòu)布置一、柱網(wǎng)布置典型的柱網(wǎng)有內(nèi)廊式、等跨式和不等跨式。內(nèi)廊式等跨式滿足建筑功能的要求原則37結(jié)構(gòu)受力合理（均勻、對稱、對直、貫通，盡量避免缺梁抽柱）38方便施工39二、承重（豎向荷載）框架的布置橫向框架承重方案縱向布置連系梁。橫向抗側(cè)剛度大。有利采光和通風?？v向框架承重方案橫向布置連系梁。橫向抗側(cè)剛度小。有利獲得較高凈空。40縱橫向框架承重方案兩個方向均有較好的抗側(cè)剛度?？蚣艹兄胤桨概c樓蓋布置有關單向板樓蓋雙向板樓蓋41等效梁等效梁無梁樓蓋密肋樓蓋板柱結(jié)構(gòu)42有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影向。盡量采用對有抗震和抗風有利的平面形式，

三、建筑平面和結(jié)構(gòu)布置43結(jié)構(gòu)的平面形狀

LBl/B<6(非抗震\6\7度)l/B<5(8度)好一些截面形式長度過大，水平方向變形增大，長度方向變形不一致44在地震區(qū)，近可能采用對抗震有利的結(jié)構(gòu)布置形式

1、選擇有利于抗震的結(jié)構(gòu)平面45不對稱突出部分過長L/B過長突出部分過長46建筑立面和結(jié)構(gòu)沿高度布置1、選擇有利于抗震的豎向布置剛度均勻而連續(xù)，避免剛度突變47豎向布置當結(jié)構(gòu)上部樓層收進部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時，上部樓層收進后的水平尺寸B1不宜小于下部樓層水平尺寸B的0.75倍。下部樓層的水平尺寸B不宜小于上部樓層水平尺寸B1的0.9倍,且水平外挑尺寸a不宜大于4m。結(jié)構(gòu)豎向收進和外挑示意圖48四、變形縫的設置沉降縫、抗震縫、溫度變形縫溫度變形縫抗震縫沉降縫高度重量相差較大平面不規(guī)則4950五、高層建筑的高寬比51控制結(jié)構(gòu)高寬比H/B

52控制結(jié)構(gòu)高寬比H/B

A級高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)最大的高寬比53控制結(jié)構(gòu)高寬比H/B

B級高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)最大的高寬比54梁柱截面尺寸的估算混凝土柱根據(jù)柱的負荷面積，估算柱在豎向荷載下的軸力混凝土梁梁高h??；梁寬取取按軸壓構(gòu)件估算截面積抗震設計時，取要求滿足：（抗震等級三級）（抗震等級二級）（抗震等級一級）55截面尺寸估算（根據(jù)變形限制要求）會使非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破損會使人感覺不適豎向荷載會產(chǎn)生較大的附加彎矩56框架結(jié)構(gòu)設計（內(nèi)力和位移計算和配筋計算）

體系確定——荷載確定——內(nèi)力、位移確定——配筋計算——施工圖分層法、反彎點法、D值法

1、平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)假定2、剛性樓板假定575859豎向荷載作用下框架內(nèi)力分析豎向荷載按面積分配1豎向荷載作用下的近似計算——分層計算法6061在豎向荷載作用下，不考慮框架的側(cè)移每層梁上的荷載對其它層梁的影響可忽略不計上、下柱的遠端是固定在計算中，除實際的固定端(如底層柱端)外，其他各層柱的線剛度均乘以折減系數(shù)0.9同時柱端的彎矩傳遞系數(shù)也相應地從原來的1／2改為1／3。分層計算法的基本假定：62多層框架在水平荷載作用下內(nèi)力近似計算——反彎點方法y=2h/3y=h/2yhhh反彎點yy=h/2PPP假定（1）不考慮柱子的軸向變形，同層節(jié)點水平位移相等，節(jié)點轉(zhuǎn)角為0（2）假定上層柱子的反彎點在中點（3）底層柱子的反彎點在距底端2h/3解決的問題：1。反彎點的位置2。該點的剪力63反彎點法——步驟

1層剪力2柱子剛度3各柱子的