《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》課件 第9、10章 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新型高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)1高層建筑結(jié)構(gòu)第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.1超高層建筑的特點(diǎn)9.2組合構(gòu)件設(shè)計(jì)9.3組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

熊海貝

教授，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)工程系

xionghaibei@

高層建筑結(jié)構(gòu)2問(wèn)：你知道哪些世界知名的超高層建筑？是否了解它們分別是什么結(jié)構(gòu)體系？多少米以上屬于超高層建筑？超高層建筑對(duì)于社會(huì)有什么意義？是否應(yīng)該大量建造？超高層建筑建造過(guò)程中需要考慮的因素有哪些？

高層建筑結(jié)構(gòu)3第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)4【學(xué)習(xí)目標(biāo)】通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，掌握超高層組合結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和特點(diǎn)，掌握不同構(gòu)件之間力的傳遞路徑及協(xié)同作用機(jī)制，掌握型鋼與混凝土組合截面的構(gòu)成及受力特點(diǎn)，通過(guò)經(jīng)典超高層結(jié)構(gòu)案例，了解超高層組合結(jié)構(gòu)的布置原則、結(jié)構(gòu)反應(yīng)、構(gòu)件承載力驗(yàn)算方法和構(gòu)造要求?！緦W(xué)習(xí)方法】學(xué)習(xí)本章節(jié)學(xué)習(xí)時(shí)重在對(duì)結(jié)構(gòu)體系的宏觀了解，學(xué)習(xí)超高層復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的傳力路線分析，厘清組合構(gòu)件和組合結(jié)構(gòu)的區(qū)別，了解組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，以及組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路。并通過(guò)經(jīng)典案例的學(xué)習(xí)思考和分析超高層建筑結(jié)構(gòu)與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，融會(huì)貫通前述章節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。9.1.1超高層建筑的功能需求9.1超高層建筑的特點(diǎn)功能需求：有效面積占有率設(shè)備空間占有率車(chē)位面積交通流向綠化率超高層建筑是城市發(fā)展的需要，也是城市發(fā)展的象征。這里，超高層建筑特指250m及以上的高層建筑。

高層建筑結(jié)構(gòu)5第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求往往是矛盾的，如何權(quán)衡各項(xiàng)需求，在有限的面積里找到最好的解決方案，是建筑師與結(jié)構(gòu)工程師需要共同面對(duì)和完成的任務(wù)。9.1.2超高層建筑的成本控制成本：結(jié)構(gòu)成本一般占總體建造成本的20%~30%（>50層時(shí)，1/3為橫向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，1/3為樁和地下室，1/3為樓屋蓋）外立面的建造成本可能占總成本的一半或更多，這取決于它的復(fù)雜性和構(gòu)成方式另一部分是電梯、通風(fēng)、給排水、信息系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和消防安全系統(tǒng)等的設(shè)備和安裝費(fèi)等不考慮土地成本多層建筑成本<高層建筑成本<超高層建筑成本

高層建筑結(jié)構(gòu)6第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)投入產(chǎn)出比：盡可能提高樓層可使用面積是最為重要的1.合理的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系2.完美的建筑表現(xiàn)力3.輕質(zhì)高強(qiáng)的材料4.高效的施工方法9.1.3超高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)于超高層建筑，高度起著決定性的主導(dǎo)作用。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：結(jié)構(gòu)更柔。P-△效應(yīng)更大。動(dòng)力效應(yīng)更明顯。風(fēng)荷載動(dòng)力效應(yīng)不容忽視。地震作用下的速度和位移反應(yīng)加劇。

高層建筑結(jié)構(gòu)7第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因此，要滿足建筑功能需求，結(jié)構(gòu)抗震抗風(fēng)性能優(yōu)越，在自重增大有限的前提下顯著提高結(jié)構(gòu)的承載力和剛度，超高層建筑廣泛采用了組合結(jié)構(gòu)體系。9.1.4組合結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)①兩種或多種材料形成的組合構(gòu)件即構(gòu)件的截面由鋼筋混凝土、型鋼、復(fù)合材料等組合而成，如鋼骨混凝土構(gòu)件或鋼管混凝土構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系。

高層建筑結(jié)構(gòu)8第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)型鋼混凝土柱鋼管混凝土柱組合構(gòu)件最重要的是確保兩者協(xié)同受力。因此，在型鋼的表面需焊接剪力鍵，增大型鋼與混凝土之間的粘結(jié)力，確保構(gòu)件在變形時(shí)滿足平截面假定，即兩種材料的變形是協(xié)調(diào)的。9.1.4組合結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)②兩種或多種不同材料構(gòu)件組合而成的結(jié)構(gòu)即結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土構(gòu)件、型鋼構(gòu)件或承重玻璃構(gòu)件、承重復(fù)合材料構(gòu)件，以及上述組合構(gòu)件等組成的結(jié)構(gòu)，如鋼柱、鋼伸臂桁架和型鋼混凝土核心筒組成的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)體系，正交膠合木剪力墻與混凝土核心筒組成的木-混凝土組合結(jié)構(gòu)體系等。

高層建筑結(jié)構(gòu)9第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.1.4組合結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：集中優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，建造性能優(yōu)越的結(jié)構(gòu)體系。主要表現(xiàn)在每種材料得以充分利用，形成的組合構(gòu)件或組合結(jié)構(gòu)剛度大、自重輕、受力合理、性能優(yōu)越

高層建筑結(jié)構(gòu)10第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖示為上海中心大廈某一加強(qiáng)區(qū)的結(jié)構(gòu)體系。型鋼混凝土核心筒與巨型柱通過(guò)型鋼伸臂桁架形成強(qiáng)大抗側(cè)力體系型鋼環(huán)帶桁架加強(qiáng)巨型柱之間的整體工作性能提供良好抗扭轉(zhuǎn)性能樓面鋼梁將豎向樓面荷載傳遞到懸掛柱上。9.2組合構(gòu)件設(shè)計(jì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)又稱(chēng)鋼骨混凝土、勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，是指柱、梁等構(gòu)件，用型鋼作骨架，外包鋼筋混凝土所形成的結(jié)構(gòu)。就結(jié)構(gòu)的受力性能而言，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)基本屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的范疇。

高層建筑結(jié)構(gòu)11第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本章節(jié)僅對(duì)組合構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法做簡(jiǎn)單介紹，更為詳細(xì)和深入的內(nèi)容請(qǐng)參考和學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及相關(guān)教科書(shū)。9.2組合構(gòu)件設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)12第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思考：1）理論依據(jù)

2）計(jì)算假定

3）適用范圍

4）構(gòu)造措施

5）與鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)增強(qiáng)型鋼與混凝土共同工作的措施有：（1）采用實(shí)腹式型鋼；（2）型鋼翼緣設(shè)置剪切連接件；（3）配置縱向鋼筋和箍筋，加強(qiáng)對(duì)混凝土的約束。

高層建筑結(jié)構(gòu)13第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.1型鋼混凝土梁的設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)14第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.1型鋼混凝土梁的設(shè)計(jì)正截面受彎承載力計(jì)算

斜截面受剪承載力的計(jì)算（基于型鋼混凝土梁的剪壓破壞）

以上公式適用于非抗震設(shè)計(jì)注意抗震設(shè)計(jì)和非抗震設(shè)計(jì)的區(qū)別，計(jì)算假定我國(guó)有關(guān)規(guī)范的編制依據(jù)變形協(xié)調(diào)模型，變形協(xié)調(diào)模型假定型鋼與混凝土變形協(xié)調(diào)，即構(gòu)件截面在受力過(guò)程中始終符合平截面假定。

高層建筑結(jié)構(gòu)15第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.2型鋼混凝土柱的設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)16第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.2型鋼混凝土柱的設(shè)計(jì)柱斜截面抗剪承載力計(jì)算（充滿型實(shí)腹型鋼）由鋼筋混凝土和型鋼兩部分的斜截面受剪承載力組成，在計(jì)算中型鋼部分對(duì)受剪承載力的貢獻(xiàn)中考慮型鋼腹板部分的受剪承載力。同時(shí)考慮軸向壓力對(duì)受剪承載力的有利影響。

柱偏心受壓正截面承載力計(jì)算（充滿型實(shí)腹型鋼）

高層建筑結(jié)構(gòu)17第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.3鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)良好的塑性抗震性能施工簡(jiǎn)單，可大大縮短工期耐火性能優(yōu)于鋼柱等特點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)18第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.3鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)圓形鋼管混凝土最適宜用作軸心受壓和銷(xiāo)偏心受壓構(gòu)件；混凝土處于三向受壓狀態(tài)，具有更高的抗壓強(qiáng)度和變形能力。鋼管壁的穩(wěn)定性增強(qiáng)，承載力的潛力也得到充分利用。

高層建筑結(jié)構(gòu)19第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.3鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)短柱的軸向受壓承載力計(jì)算且在任何情況下均應(yīng)滿足：

以軸心受壓短柱的公式為基礎(chǔ)，考慮長(zhǎng)細(xì)比、偏心率對(duì)承載力影響，得到不同類(lèi)型鋼管混凝土柱承載力的計(jì)算公式

高層建筑結(jié)構(gòu)20第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.3鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)1.偏心影響的承載力折減系數(shù)2.長(zhǎng)細(xì)比影響的承載力折減系數(shù)

高層建筑結(jié)構(gòu)21第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.4型鋼混凝土的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)：1.型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁組成的節(jié)點(diǎn)2.型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁組成的節(jié)點(diǎn)3.型鋼混凝土柱與鋼梁組成的節(jié)點(diǎn)各類(lèi)節(jié)點(diǎn)都需要保證在梁端出現(xiàn)塑性鉸后，節(jié)點(diǎn)不發(fā)生脆性剪切破壞。根據(jù)型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，其受剪承載力由混凝土、箍筋和型鋼所組成。節(jié)點(diǎn)受剪承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)22第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.4型鋼混凝土的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1.型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁連接的梁柱節(jié)點(diǎn)一級(jí)抗震等級(jí)

二級(jí)抗震等級(jí)

節(jié)點(diǎn)受剪承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)23第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.4型鋼混凝土的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)2.型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁連接的梁柱節(jié)點(diǎn)一級(jí)抗震等級(jí)

二級(jí)抗震等級(jí)

節(jié)點(diǎn)受剪承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)24第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.4型鋼混凝土的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3.型鋼混凝土柱與鋼梁連接的梁柱節(jié)點(diǎn)一級(jí)抗震等級(jí)

二級(jí)抗震等級(jí)

節(jié)點(diǎn)受剪承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)25第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.4型鋼混凝土的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)處梁柱受彎承載力的控制1.當(dāng)梁為型鋼混凝土梁或鋼梁時(shí),需滿足

高層建筑結(jié)構(gòu)26第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.4型鋼混凝土的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)處梁柱受彎承載力的控制2.當(dāng)梁為鋼筋混凝土梁、柱為型鋼混凝土柱時(shí),需滿足

高層建筑結(jié)構(gòu)27第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.4型鋼混凝土的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)構(gòu)造要求為防止混凝土截面過(guò)小，造成節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土承受過(guò)大的斜壓力，以致使節(jié)點(diǎn)混凝土被壓碎，根據(jù)型鋼混凝土小剪跨的靜力剪切試驗(yàn)結(jié)果，并考慮反復(fù)荷載的不利影響，型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)受剪的水平截面限制條件為：

9.3組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)28第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)超高層建筑抗側(cè)力體系框架-核心筒-伸臂桁架結(jié)構(gòu)支撐桁架結(jié)構(gòu)超高層巨型結(jié)構(gòu)。。。9.3.1超高層組合結(jié)構(gòu)體系組成這些結(jié)構(gòu)體系的基本抗側(cè)力單元是型鋼（鋼板）混凝土核心筒、型鋼（鋼管）混凝土巨型柱、伸臂桁架、環(huán)帶桁架和外圍巨型支撐等。9.3組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)29第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.2超高層組合結(jié)構(gòu)重要部件型鋼混凝土核心筒：根據(jù)建筑功能要求居于平面近似中心位置采用剪力墻圍合形成的內(nèi)筒。筒體是其結(jié)構(gòu)內(nèi)部最重要的抗側(cè)力構(gòu)件,所以核心筒的設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)抗震性能的重點(diǎn)。

高層建筑結(jié)構(gòu)30第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.2超高層組合結(jié)構(gòu)重要部件伸臂桁架：剛度很大、連接內(nèi)筒和外柱的實(shí)腹梁或桁架，通常是沿高度選擇一至幾層布置伸臂構(gòu)件。設(shè)置目的：增大外框架柱的軸力，增大外框架的抗傾覆力矩，增大結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，減小側(cè)移。

高層建筑結(jié)構(gòu)31第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.2超高層組合結(jié)構(gòu)重要部件箱型梁腹桿桁架腹桁架伸臂桁架按照材料不同，分別有鋼、鋼混凝土組合、鋼筋混凝土三類(lèi)，主要是指采用斜腹桿桁架、實(shí)腹梁（或整層箱形梁）、空腹桁架等水平伸臂構(gòu)件，一般布置在核心筒與外框架柱之間起連接作用。

高層建筑結(jié)構(gòu)32第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.2超高層組合結(jié)構(gòu)重要部件環(huán)帶桁架一般是指與伸臂桁架和巨柱相連接形成加強(qiáng)層，共同抵抗側(cè)向風(fēng)荷載或地震作用，同時(shí)樓層荷載通過(guò)環(huán)帶桁架傳至豎向構(gòu)件，起到轉(zhuǎn)換作用。環(huán)帶桁架是水平構(gòu)件的重要組成部分，一般每隔若干層設(shè)置1層或3層樓高的環(huán)帶桁架作為加強(qiáng)層。

高層建筑結(jié)構(gòu)33第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.2超高層組合結(jié)構(gòu)重要部件巨型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：包括位于角部的巨型柱和連接巨型柱的巨型斜撐巨型柱的結(jié)構(gòu)形式通常為巨大的實(shí)腹鋼骨混凝土柱、空間格構(gòu)式桁架或筒體，一般位于建筑物角部，承擔(dān)帶狀桁架的端部荷載。巨型斜撐包括焊接箱形截面鋼結(jié)構(gòu)，并填充混凝土以增加剛度和阻尼。9.3組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)34第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.3案例1—深圳平安中心大廈深圳平安金融中心深圳市占地面積18932m2總建筑面積460000m2主塔樓地上118層，地下5層，主體結(jié)構(gòu)高度為597m，建筑總高度達(dá)660m主塔樓以甲級(jí)寫(xiě)字樓為主，集商業(yè)、觀光、娛樂(lè)、會(huì)議中心及交易五大功能區(qū)于一身

高層建筑結(jié)構(gòu)35第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.3案例1—深圳平安中心大廈主塔樓平面為四角內(nèi)縮的正方形首層平面尺寸約為56m×56m，樓層平面尺寸隨著塔樓高度的增加而逐漸縮小，在100層樓面以上收至約46m×46m中央核心筒內(nèi)含所有垂直交通運(yùn)輸設(shè)備和豎井等，平面尺寸為32m×32m

高層建筑結(jié)構(gòu)36第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.3案例1—深圳平安中心大廈結(jié)構(gòu)體系：“勁性鋼筋混凝土核心筒-鋼外伸臂巨型結(jié)構(gòu)-型鋼混凝土巨柱外框架+斜撐、V撐及周邊桁架”

高層建筑結(jié)構(gòu)37第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.3案例1—深圳平安中心大廈型鋼-鋼骨混凝土核心筒:內(nèi)筒為型鋼-鋼骨混凝土核心筒體，平面尺寸為32m×32m，墻體角部和洞邊處均埋設(shè)巨型鋼柱，核心筒外墻由地下室5層到頂層，其中地下5層～地上12層采用內(nèi)置鋼板剪力墻，周邊設(shè)置型鋼柱、鋼梁約束型鋼混凝土巨柱:巨柱外框架含有8根型鋼混凝土巨柱，為了與建筑平面保持的美觀協(xié)調(diào)，巨柱的截面形狀設(shè)計(jì)為角部略有調(diào)整的長(zhǎng)方形斜撐、V撐及周邊桁架:沿樓層高度均勻設(shè)置了6道空間雙層帶狀鋼桁架、1道單層帶狀鋼桁架以及7道單角桁架，分別位于每區(qū)的避難層/機(jī)電層，帶狀桁架和單角桁架將巨柱聯(lián)系起來(lái)組成外圍巨型框架，承擔(dān)大部分傾覆力矩

高層建筑結(jié)構(gòu)38第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.3案例1—深圳平安中心大廈鋼外伸臂巨型結(jié)構(gòu)為了增大結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和結(jié)構(gòu)的整體性，沿塔樓高度方向設(shè)置四道鋼外伸臂巨型結(jié)構(gòu)

高層建筑結(jié)構(gòu)39第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.4案例2—上海中心大廈上海中心大廈：主樓地上

124層，建筑高度達(dá)到632米，外觀呈螺旋式上升，建筑表面的開(kāi)口由底部旋轉(zhuǎn)貫穿至頂部，隨著高度的升高，每層扭曲近1度，這種設(shè)計(jì)能夠延緩風(fēng)流

高層建筑結(jié)構(gòu)40第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.4案例2—上海中心大廈大廈采用巨型框架—核心筒—環(huán)形伸臂桁架組合結(jié)構(gòu)形式

高層建筑結(jié)構(gòu)41第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.4案例2—上海中心大廈抗側(cè)力體系由三重結(jié)構(gòu)體系組成:第一重:巨型柱、柱間連接梁和環(huán)形桁架組成的巨型框架結(jié)構(gòu)第二重:鋼板剪力墻和鋼筋混凝土剪力墻組成的核心筒結(jié)構(gòu)第三重:型鋼伸臂桁架和型鋼連接梁組成的核心筒和巨型柱框架結(jié)構(gòu)的連接部分抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系圖

高層建筑結(jié)構(gòu)42第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.4案例2—上海中心大廈1.巨型柱巨型柱包含8根巨型柱和4根角柱。巨型柱結(jié)構(gòu)不僅承擔(dān)結(jié)構(gòu)的豎向荷載，也在產(chǎn)生水平荷載時(shí)共同協(xié)調(diào)承擔(dān)一部分由核心筒傳遞的水平荷載。2.核心筒結(jié)構(gòu)核心筒結(jié)構(gòu)為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，主要承擔(dān)由內(nèi)筒和外筒樓板傳遞來(lái)的豎向荷載以及由風(fēng)和地震引起的剪力和傾覆力矩。3．伸臂桁架伸臂桁架貫穿了整個(gè)核心筒剪力墻，與外框架柱相連，能有效提高巨型框架占結(jié)構(gòu)總體抗傾覆力矩的比例。每道伸臂桁架均設(shè)置了環(huán)帶桁架以傳遞周邊次框架柱的豎向荷載至周邊外框架柱。

高層建筑結(jié)構(gòu)43第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.5案例3—阿聯(lián)酋迪拜哈利法塔迪拜哈利法塔是目前世界上最高的建筑，高度為828米，其中混凝土高度為601米。基礎(chǔ)底面埋深為-30米，樁尖深度為-70米。有效樓層162層，建筑面積526700m2，塔樓建筑面積344000m2，總造價(jià)為15億美元。

高層建筑結(jié)構(gòu)44第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.5案例3—阿聯(lián)酋迪拜哈利法塔1.結(jié)構(gòu)平面布置哈利法塔采用下部混凝土結(jié)構(gòu)、上部鋼結(jié)構(gòu)的全新結(jié)構(gòu)體系。平面布置為三叉形平面，可以取得強(qiáng)大的側(cè)向剛度。整個(gè)抗側(cè)力體系是一個(gè)豎向帶扶壁的核心筒。中心閉合六邊形核心筒如鋼管截面，提高良好的抗扭作用。核心筒得到三個(gè)翼翅上的6道縱墻扶壁加強(qiáng)；而縱墻又得到分戶橫墻加強(qiáng)。結(jié)構(gòu)平面示意圖

高層建筑結(jié)構(gòu)45第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.5案例3—阿聯(lián)酋迪拜哈利法塔2.結(jié)構(gòu)豎向布置哈利法塔從基礎(chǔ)到601m高度采用型鋼混凝土剪力墻體系；601以上采用空間鋼桁架結(jié)構(gòu)，其中601~760m為帶斜撐的鋼框架，760米以上是可伸縮的鋼塔架尖頂。整體結(jié)構(gòu)豎向布置連續(xù)，抗側(cè)剛度下部大，隨著高度的增高逐步減小，建筑外形與結(jié)構(gòu)受力完美結(jié)合。3.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按美國(guó)規(guī)范

ACI318-02進(jìn)行?；炷翉?qiáng)度等級(jí)：127層以下C80；127層以上C60。C80混凝土90d彈性模量E=43800N/mm2。材料選用見(jiàn)第三章案例相關(guān)內(nèi)容結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和計(jì)算。

高層建筑結(jié)構(gòu)46第九章超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3.5案例3—阿聯(lián)酋迪拜哈利法塔4.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)601m以上是帶交叉斜撐的鋼框架，它承受重力、風(fēng)力和地震作用。鋼框架逐步收進(jìn)，從核心筒六邊形逐漸收進(jìn)到頂部小三角形，最后只剩直徑為1200mm的桅桿。這根桅桿是為了保持建筑高度世界第一高樓而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，它可以從下面接長(zhǎng)，不斷頂升。5.抗風(fēng)設(shè)計(jì)對(duì)建筑立面的收進(jìn)和建筑朝向進(jìn)行了優(yōu)化以減少風(fēng)荷載的不利影響。風(fēng)洞模擬試驗(yàn)顯示，施加在塔樓平面翼翅尖端的風(fēng)力比施加在翼翅側(cè)邊的風(fēng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響小，這是流體劈裂效應(yīng)的結(jié)果。高層建筑的未來(lái)

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我們共同的課題2023/12/2847熊海貝2019-高層建筑結(jié)構(gòu)高層建筑結(jié)構(gòu)48高層建筑結(jié)構(gòu)第十章新型高層建筑10.1高層木與木混合結(jié)構(gòu)建筑10.2高層減震建筑10.3高層隔震建筑

10.4地震可恢復(fù)功能高層建筑

熊海貝

教授，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)工程系

xionghaibei@

高層建筑結(jié)構(gòu)49問(wèn)：你知道中國(guó)最高的木結(jié)構(gòu)建筑是什么嗎？有多高？你了解哪些木結(jié)構(gòu)高層建筑？它們有什么特點(diǎn)？分別是什么結(jié)構(gòu)體系？高層結(jié)構(gòu)的減震和其他結(jié)構(gòu)最大的區(qū)別是什么？你了解過(guò)哪些隔震結(jié)構(gòu)？他們是如何發(fā)揮作用？暢想一下可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)應(yīng)該是什么樣子？

高層建筑結(jié)構(gòu)50第十章新型高層建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)51【學(xué)習(xí)目標(biāo)】通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解新型高層建筑采用的新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)，了解目前最具代表性的高層木結(jié)構(gòu)和木混合結(jié)構(gòu)、減震高層建筑、隔震高層建筑，以及功能可恢復(fù)高層建筑的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)原則?！緦W(xué)習(xí)方法】面向未來(lái)，人類(lèi)需要健康發(fā)展，人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境需要可持續(xù)發(fā)展，是否有更好的材料可以用以建設(shè)高層建筑？是否可以在設(shè)計(jì)中通過(guò)減少地震作用或風(fēng)作用確保材料節(jié)省，建筑安全？是否可以建造具有韌性的高層建筑，在大震后不留下難以修復(fù)的損壞？節(jié)約材料、選用可再生材料可以減少建造過(guò)程對(duì)環(huán)境的不利影響。這一章的內(nèi)容是引子，期待每一位讀者讀后進(jìn)一步思考，在今后的學(xué)習(xí)和工作中創(chuàng)新發(fā)展，建造安全、綠色、環(huán)保的高層建筑。第十章新型高層建筑10.1.1高層木與木混合結(jié)構(gòu)體系10.1高層木與木混合結(jié)構(gòu)建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)52第十章新型高層建筑目前對(duì)高層木和木混合結(jié)構(gòu)建筑的定義一般以層數(shù)或高度為標(biāo)準(zhǔn)：①按層數(shù)分類(lèi)時(shí)，指地面上層數(shù)不低于6層的木及木混合結(jié)構(gòu)建筑；②按高度分類(lèi)時(shí)，指建筑高度大于27m的木結(jié)構(gòu)住宅建筑、以及建筑高度大于24m的非單層木結(jié)構(gòu)公共建筑和其他民用木結(jié)構(gòu)建筑。10.1.1高層木與木混合結(jié)構(gòu)體系

高層建筑結(jié)構(gòu)53第十章新型高層建筑項(xiàng)目名稱(chēng)建造地點(diǎn)層數(shù)結(jié)構(gòu)體系建筑用途建成時(shí)間默里格羅夫大廈（MurrayGrove）英國(guó)倫敦9CLT剪力墻結(jié)構(gòu)住宅2009布德波特大廈（BirdportHousing）英國(guó)倫敦8CLT剪力墻結(jié)構(gòu)+首層混凝土結(jié)構(gòu)住宅2010霍茲大廈（Holz8）德國(guó)巴德艾比林8CLT剪力墻+混凝土核心筒商/住2011壹號(hào)生態(tài)塔（LifeCycleTowerOne）奧地利多恩比恩8CLT剪力墻+膠合木梁柱+混凝土核心筒商業(yè)2012復(fù)地大廈（Forté）澳大利亞墨爾本10CLT剪力墻結(jié)構(gòu)住宅2012契尼迪坎比亞門(mén)托大廈（CennidiCambiamento）意大利米蘭9CLT剪力墻結(jié)構(gòu)住宅2012特里特大廈（Treet）挪威卑爾根14膠合木梁柱支撐+CLT木模塊+混凝土樓板加強(qiáng)層住宅2015布洛克學(xué)生公寓（BrockCommons）加拿大溫哥華18膠合木柱+CLT樓板+混凝土筒體住宅2017歐瑞均公寓（OrigineCondominiumTower）加拿大魁北克13CLT剪力墻結(jié)構(gòu)+首層混凝土結(jié)構(gòu)住宅2018維也納大廈（HOHOTower）奧地利維也納24CLT剪力墻結(jié)構(gòu)+混凝土核心筒住宅2018湖之塔大廈（Mj?st?rnet）挪威布魯蒙達(dá)爾18膠合木梁柱支撐+CLT墻體+混凝土樓板加強(qiáng)層商/住201910.1.1高層木與木混合結(jié)構(gòu)體系

高層建筑結(jié)構(gòu)54第十章新型高層建筑高層純木結(jié)構(gòu):輕型木結(jié)構(gòu)、木框架支撐結(jié)構(gòu)、木框架剪力墻結(jié)構(gòu)及正交膠合木剪力墻結(jié)構(gòu)，其承重構(gòu)件均采用木材或木材制品制成；高層木混合結(jié)構(gòu):木結(jié)構(gòu)構(gòu)件與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件混合承重，主要包括下部為混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)、上部為純木結(jié)構(gòu)的上下混合木結(jié)構(gòu)以及混凝土核心筒木結(jié)構(gòu)。10.1.1高層木與木混合結(jié)構(gòu)體系

高層建筑結(jié)構(gòu)55第十章新型高層建筑特點(diǎn)：①自重輕，對(duì)風(fēng)荷載敏感。②自重輕，高寬比限值小。③節(jié)點(diǎn)連接較弱。④木樓板出平面剛度小，對(duì)人行振動(dòng)敏感。⑤木材彈性模量較小，橫紋抗壓變形和順紋蠕變較大。⑥木結(jié)構(gòu)因結(jié)構(gòu)自重輕，因此地震作用明顯減小。⑦木材是可燃材料，應(yīng)注重防火及抗火性能設(shè)計(jì)。10.1.2高層木與木混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)56第十章新型高層建筑設(shè)計(jì)理念與普通高層建筑設(shè)計(jì)方法基本一致承載能力、剛度、延性要求設(shè)計(jì)時(shí)需注意：高度與高寬比的選擇（木材抗側(cè)性能相對(duì)較低，蠕變性能等）連接節(jié)點(diǎn)的選擇及其假定（整體性及延性）木材與其他材料的共同工作和長(zhǎng)期性能木結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)的相互作用樓板平面假定與抗側(cè)力分配分析模型（暫未有成熟的計(jì)算軟件）10.1.3高層木與木混合結(jié)構(gòu)案例

高層建筑結(jié)構(gòu)57第十章新型高層建筑18層學(xué)生公寓（BrockCommons）BrockCommons學(xué)生公寓位于加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)內(nèi)，建筑物高度53m，共18層，建筑寬度15m、長(zhǎng)度56mBrockCommons公寓采用雙混凝土核心筒作為抗側(cè)力體系，而四周的木結(jié)構(gòu)柱僅承受豎向荷載，結(jié)構(gòu)傳力路徑清晰。10.1.3高層木與木混合結(jié)構(gòu)案例

高層建筑結(jié)構(gòu)58第十章新型高層建筑18層學(xué)生公寓（BrockCommons）木結(jié)構(gòu)部分采用平臺(tái)式裝配建造方式，即每層木柱在樓板處不連續(xù)，每根木柱工廠施工，現(xiàn)場(chǎng)安裝10.1.3高層木與木混合結(jié)構(gòu)案例

高層建筑結(jié)構(gòu)59第十章新型高層建筑18層學(xué)生公寓（BrockCommons）CLT木樓板與混凝土剪力墻水平向的連接采用100mm寬鋼拉帶，以有效傳遞樓板傳來(lái)的水平作用力；CLT樓板與混凝土剪力墻豎向連接采用角鋼支撐，金屬角固定在鋼混凝土墻上，樓蓋擱置在角鋼上，可調(diào)節(jié)因混凝土和木材蠕變性能的差異造成的豎向變形差10.1.3高層木與木混合結(jié)構(gòu)案例

高層建筑結(jié)構(gòu)60第十章新型高層建筑18層學(xué)生公寓（BrockCommons）消防工程是該項(xiàng)目的重點(diǎn):為確保木的消防水平不低于對(duì)同規(guī)模不可燃（即混凝土）建筑，采取了兩道消防策略:主動(dòng)消防+被動(dòng)消防此外，該項(xiàng)目還采取了全過(guò)程虛擬設(shè)計(jì)和施工模擬，通過(guò)建立綜合三維虛擬模型，實(shí)現(xiàn)了多工種協(xié)調(diào)、碰撞檢查、工料估算、四維規(guī)劃和排序、可施工性審核以及數(shù)字化制造，充分體現(xiàn)了信息化建造的優(yōu)勢(shì)10.1.3高層木與木混合結(jié)構(gòu)案例

高層建筑結(jié)構(gòu)61第十章新型高層建筑挪威Treet大廈Treet大廈建成于2014年，共14層，高度為52.8m，包含64個(gè)公寓單元，是當(dāng)時(shí)世界最高的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑。10.1.3高層木與木混合結(jié)構(gòu)案例

高層建筑結(jié)構(gòu)62第十章新型高層建筑挪威Treet大廈采用膠合木框架支撐結(jié)構(gòu)體系豎向荷載:主要由框架梁柱承受并傳遞水平荷載:主要由斜撐和木框架承擔(dān)中部采用CLT板作為電梯井及部分內(nèi)墻通過(guò)第5層、第10層及屋頂?shù)募訌?qiáng)層提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度,加強(qiáng)層采用預(yù)制混凝土板和環(huán)帶桁架組成。10.1.3高層木與木混合結(jié)構(gòu)案例

高層建筑結(jié)構(gòu)63第十章新型高層建筑挪威Treet大廈很好地體現(xiàn)了木結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢(shì)——裝配化：①結(jié)構(gòu)在建造時(shí)均采用標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)嵌鋼板螺栓節(jié)點(diǎn)②結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性地采用了預(yù)制化模塊化單元建造內(nèi)嵌鋼板螺栓連接節(jié)點(diǎn)建造過(guò)程10.1.3高層木與木混合結(jié)構(gòu)案例

高層建筑結(jié)構(gòu)64第十章新型高層建筑挪威Treet大廈Treet大廈所處的卑爾根市設(shè)計(jì)地震加速度為0.7m/s2，而設(shè)計(jì)風(fēng)壓為1.26kN/m2，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)以抗風(fēng)設(shè)計(jì)為主，主要通過(guò)以下幾點(diǎn)保證結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能：（1）通過(guò)理論計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)試優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2）采用分析軟件建立了精細(xì)化有限元分析模型（3）同時(shí)考慮了風(fēng)荷載的動(dòng)力效應(yīng)與靜力效應(yīng)求得結(jié)構(gòu)的最大側(cè)向位移為71mm，約為結(jié)構(gòu)總高度的1/634，可滿足規(guī)范要求限值1/500，因此結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)可滿足規(guī)范要求。10.1.4未來(lái)超高層木-混合結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

高層建筑結(jié)構(gòu)65第十章新型高層建筑木-鋼組合結(jié)構(gòu)、木-混凝土組合結(jié)構(gòu)是超高層木結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向10.1.4未來(lái)超高層木-混合結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

高層建筑結(jié)構(gòu)66第十章新型高層建筑英國(guó)PLP建筑事務(wù)所和劍橋大學(xué)建筑系正在設(shè)計(jì)一幢高1000英尺（304.8m）的木結(jié)構(gòu)摩天大樓“橡木塔”(OakwoodTower)

?？箓?cè)力體系為膠合木巨型桁架體系，中部桁架筒體，房屋底部和下部尚有四個(gè)木框架?chē)希纬筛咝У目箖A覆體系。

立面效果圖

鳥(niǎo)瞰效果圖

抗側(cè)力體系示意圖10.1.4未來(lái)超高層木-混合結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

高層建筑結(jié)構(gòu)67第十章新型高層建筑日本住友林業(yè)公司提出2041年在東京建造高度為350m的鋼木結(jié)構(gòu)。該方案平面呈回字形，可有效控制建筑的高寬比，且中心花園可以有充足的采光和通風(fēng)。大樓的主體結(jié)構(gòu)采用鋼支撐-木框架結(jié)構(gòu)，全部約45.5萬(wàn)平方米的樓面將全部采用日本櫸木制成的正交膠合木墻板。

立面效果圖

抗側(cè)力體系局部效果圖10.1.4未來(lái)超高層木-混合結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

高層建筑結(jié)構(gòu)68第十章新型高層建筑同濟(jì)大學(xué)熊海貝團(tuán)隊(duì)立足我國(guó)國(guó)情，提出了一種混凝土框筒-木模塊混合結(jié)構(gòu)體系概念:混凝土框架-筒體結(jié)構(gòu)為主結(jié)構(gòu)，木模塊單體為子結(jié)構(gòu)，形成混凝土與木的組合結(jié)構(gòu)體系。其特點(diǎn)是混凝土主結(jié)構(gòu)的樓層高度約10m左右，木模塊高度略低于10m，為三層單體。主要抗側(cè)力體系和豎向受力體系均為混凝土結(jié)構(gòu)，木模塊子結(jié)構(gòu)僅自承重。新型高層木-混凝土混合結(jié)構(gòu)體系概念圖10.1.4未來(lái)超高層木-混合結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

高層建筑結(jié)構(gòu)69第十章新型高層建筑以同樣功能的高層混凝土框筒結(jié)構(gòu)（100m，30層）的對(duì)比分析，該結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①在高密度城市，最大化使用木（竹）結(jié)構(gòu)材以部分替代混凝土材料和鋼材；②充分發(fā)揮混凝土框筒結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力性能，促進(jìn)超高層木組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展；③每三層高度設(shè)置混凝土樓板，有效提升木（竹）結(jié)構(gòu)的防火性能；④子結(jié)構(gòu)為木結(jié)構(gòu)，有效減輕自重，可大幅減少地基基礎(chǔ)的建造成本；⑤木模塊工廠建造現(xiàn)場(chǎng)安裝，有效提升施工建設(shè)速度；⑥與相同功能的純混凝土高層建筑相比，有效減少對(duì)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的不利影響。10.2.1減震結(jié)構(gòu)10.2高層減震建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)70第十章新型高層建筑結(jié)構(gòu)減震技術(shù)是在結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置耗能元件，通過(guò)耗能元件產(chǎn)生摩擦、彎曲(或剪切、扭轉(zhuǎn))、彈塑(或黏滯、黏彈)性滯回變形等來(lái)耗散或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，以減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌，達(dá)到減震控震的目的。根據(jù)是否需要輸入外部能量，減震技術(shù)大體分為：被動(dòng)控制技術(shù)、主動(dòng)控制技術(shù)和半主動(dòng)控制技術(shù)。10.2.1減震結(jié)構(gòu)10.2高層減震建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)71第十章新型高層建筑被動(dòng)控制技術(shù)是在結(jié)構(gòu)中設(shè)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耗能元件即阻尼器，結(jié)構(gòu)振動(dòng)使耗能元件被動(dòng)地往復(fù)相對(duì)變形或者在耗能元件間產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速度、位移和加速度，從而耗散結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量、減輕結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)。近年來(lái)常見(jiàn)的被動(dòng)耗能元件大體上可以分為三類(lèi)：位移相關(guān)型耗能元件：例如金屬屈服型阻尼器、摩擦型阻尼器速度相關(guān)型耗能元件：例如黏滯阻尼器、黏彈性阻尼器調(diào)諧吸振型耗能元件：例如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、調(diào)諧液體阻尼器10.2.1減震結(jié)構(gòu)10.2高層減震建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)72第十章新型高層建筑主動(dòng)控制技術(shù)需要實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)構(gòu)反應(yīng)或環(huán)境干擾，采用算法在精確的結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上運(yùn)算和決策最優(yōu)控制力，最后作動(dòng)器在的外部能量輸入下實(shí)現(xiàn)控制力。在結(jié)構(gòu)反應(yīng)觀測(cè)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)控制稱(chēng)為反饋控制，而在結(jié)構(gòu)環(huán)境干擾觀測(cè)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)控制則稱(chēng)為前饋控制。主動(dòng)控制裝置：1.主動(dòng)控制作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器2.主動(dòng)斜撐主動(dòng)錨索系統(tǒng)10.2.1減震結(jié)構(gòu)10.2高層減震建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)73第十章新型高層建筑半主動(dòng)控制技術(shù)的原理與主動(dòng)控制技術(shù)的基本相同，只是實(shí)施控制力的作動(dòng)器需要少量的能量調(diào)節(jié)以便使其主動(dòng)地利用結(jié)構(gòu)動(dòng)的往復(fù)相對(duì)變形或相對(duì)速度，盡可能地實(shí)現(xiàn)主動(dòng)最優(yōu)控制力。半主動(dòng)控制作動(dòng)器通常是被動(dòng)的剛度或阻尼裝置與機(jī)械式主動(dòng)調(diào)節(jié)器復(fù)合的控制系統(tǒng)。常見(jiàn)的半主動(dòng)控制裝置：1.主動(dòng)變剛度系統(tǒng)2.主動(dòng)變阻尼系統(tǒng)10.2.2高層建筑減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)10.2高層減震建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)74第十章新型高層建筑高層建筑減震設(shè)計(jì)方法大體與普通高度建筑減震設(shè)計(jì)方法相同。常見(jiàn)的方法有：1.基于附加阻尼比的設(shè)計(jì)方法2.基于能力譜的設(shè)計(jì)方法3.基于位移的設(shè)計(jì)方法4.性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法10.2.2高層建筑減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)75第十章新型高層建筑基于附加阻尼比的設(shè)計(jì)方法：首先通過(guò)振型分解反應(yīng)譜法分析，求得結(jié)構(gòu)滿足性能目標(biāo)所需的附加阻尼比。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)減震概念設(shè)計(jì)的原則合理布置阻尼器，確定各層阻尼器的阻尼力以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)附加阻尼比，進(jìn)一步確定各層阻尼器的數(shù)量和參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：基于附加阻尼比的減震設(shè)計(jì)方法原理清晰、步驟簡(jiǎn)單，能夠很好地與我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)接，且無(wú)需大量迭代工作，因此廣泛應(yīng)用于我國(guó)工程實(shí)踐當(dāng)中。適用范圍：該方法主要適用于附加剛度可以忽略、以提供附加阻尼為主的阻尼器。10.2.2高層建筑減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)76第十章新型高層建筑能力譜方法：①對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行推覆分析得到其推覆曲線，即基底剪力-頂點(diǎn)位移關(guān)系曲線；②通過(guò)推覆曲線得到假定頂點(diǎn)位移下結(jié)構(gòu)的等效阻尼比；③將推覆曲線轉(zhuǎn)換為能力譜曲線，將反應(yīng)譜曲線轉(zhuǎn)換為需求譜曲線，兩曲線的交點(diǎn)得到頂點(diǎn)位移，若其與假定值相差較大，則需通過(guò)反復(fù)迭代以實(shí)現(xiàn)收斂；④按照確定的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移下各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的割線剛度，進(jìn)行模態(tài)分析和振型組合，得到結(jié)構(gòu)最終的頂點(diǎn)位移和層間位移；⑤根據(jù)性能目標(biāo)確定初步減震方案和需求附加阻尼比，進(jìn)而確定阻尼器類(lèi)型、數(shù)量、參數(shù)和布置位置。10.2.2高層建筑減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)77第十章新型高層建筑基于位移的減震設(shè)計(jì)方法：1.首先根據(jù)規(guī)范或者性能需求確定目標(biāo)位移。2.假定阻尼器提供給結(jié)構(gòu)的附加阻尼比。3.將結(jié)構(gòu)等效為單自由度體系，根據(jù)目標(biāo)位移或目標(biāo)位移減震率在反應(yīng)譜曲線上確定減震結(jié)構(gòu)的等效周期，確定減震結(jié)構(gòu)的等效剛度。4.配置相應(yīng)數(shù)量和參數(shù)的阻尼器以滿足減震結(jié)構(gòu)等效剛度的要求，實(shí)現(xiàn)減震初步設(shè)計(jì)。5.進(jìn)行減震結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算分析，計(jì)算當(dāng)前設(shè)計(jì)下阻尼器實(shí)際提供的附加阻尼比，如果該值與設(shè)計(jì)初期的假定值不一致，則重新假定阻尼器的附加阻尼比，重復(fù)上述流程，直到實(shí)現(xiàn)收斂為止。6.最后，驗(yàn)算減震結(jié)構(gòu)在不同地震水準(zhǔn)下的位移，必要時(shí)可對(duì)減震方案進(jìn)行微調(diào)。10.2.2高層建筑減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)78第十章新型高層建筑結(jié)構(gòu)主動(dòng)、半主動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)：包括傳感器類(lèi)型選擇、數(shù)量和位置等參數(shù)的設(shè)計(jì)，將直接影響系統(tǒng)的狀態(tài)輸出、反饋和控制性能?？刂破飨到y(tǒng)設(shè)計(jì)：包括作動(dòng)器數(shù)量、位置以及作動(dòng)器出力等參數(shù)的設(shè)計(jì)，將直接影響系統(tǒng)的控制效果，是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。作動(dòng)器出力設(shè)計(jì)：是在給定作動(dòng)器數(shù)量和位置的前提下，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)期的控制效果為目標(biāo)來(lái)合理地確定作動(dòng)器出力與系統(tǒng)狀態(tài)或輸出的關(guān)系以及各個(gè)作動(dòng)器出力的具體量值。10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)79第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)1）金屬屈服型阻尼器金屬阻尼器利用金屬材料進(jìn)入塑性后滯回性能良好的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)發(fā)生變形前先行屈服，以耗散大部分地面運(yùn)動(dòng)傳遞給結(jié)構(gòu)的能量常見(jiàn)的阻尼器材料包括軟鋼、低屈服點(diǎn)鋼、鉛和形狀記憶合金等。軟鋼在進(jìn)入塑性范圍后具有良好的滯回特性鉛具有較高的延性和柔性，在變形過(guò)程中可以吸收大量的能量，并有較強(qiáng)的變形跟蹤能力，適合用于抗震耗能10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)80第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)1）金屬屈服型阻尼器北京銀泰中心屈曲約束支撐北京銀泰中心由于伸臂桁架對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗震性能有較為突出的影響,因此將伸臂桁架在內(nèi)筒與外框筒之間的鋼支撐用屈曲約束支撐代替,以進(jìn)一步改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)81第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)1）金屬屈服型阻尼器鉛黏彈性阻尼器潮汕星河大廈潮汕星河大廈、采用框架核心筒結(jié)構(gòu)。施工至12層時(shí)，業(yè)主提出增加3層，主樓結(jié)構(gòu)變?yōu)?5層，總高98.7m，為保證加層后結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求，采用了加設(shè)28個(gè)復(fù)合鉛黏彈性阻尼器的方案10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)82第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)2）摩擦型阻尼器由組合構(gòu)件和摩擦片在一定預(yù)緊力下組成一個(gè)能夠產(chǎn)生滑動(dòng)和摩擦力的機(jī)構(gòu)，利用滑動(dòng)摩擦力做功耗散能量，對(duì)結(jié)構(gòu)起耗能減震作用。在正常情況下：阻尼器只為結(jié)構(gòu)提供附加剛度，不產(chǎn)生滑移在強(qiáng)震作用下：阻尼器產(chǎn)生滑移為結(jié)構(gòu)提供附加阻尼，并依靠摩擦做功來(lái)耗散能量常見(jiàn)的摩擦型阻尼器型式：摩擦耗能節(jié)點(diǎn)、板式摩擦型阻尼器、筒式摩擦型阻尼器、復(fù)合摩擦型阻尼器等10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)83第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)帶Pall摩擦阻尼器的耗能支撐肯考迪亞大學(xué)圖書(shū)館肯考迪亞大學(xué)圖書(shū)館采用摩擦阻尼器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剪力墻或普通支撐。該結(jié)構(gòu)總共采用了143個(gè)起滑荷載為600～700kN的摩擦阻尼器，帶摩擦阻尼器的耗能支撐屬非承重構(gòu)件，安裝簡(jiǎn)單，對(duì)結(jié)構(gòu)建筑功能及外觀的影響很小，而且能有效減輕結(jié)構(gòu)自重，降低基礎(chǔ)造價(jià)。2）摩擦型阻尼器10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)84第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)3）粘滯阻尼器黏滯阻尼器是根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)特別是當(dāng)流體通過(guò)節(jié)流孔時(shí)會(huì)產(chǎn)生黏滯阻力的原理而制成的，是一種速度相關(guān)型阻尼器。圓筒式黏滯阻尼器和黏滯阻尼墻：通過(guò)內(nèi)部黏滯材料發(fā)生剪切變形產(chǎn)生阻尼力，如由內(nèi)部鋼板、外部鋼板及處于內(nèi)外鋼板之間的黏滯液體組成的黏滯阻尼墻，內(nèi)部鋼板固定于上層樓面，外部鋼板固定于下層棱面，內(nèi)鋼板受外界激勵(lì)沿平面運(yùn)動(dòng)，使高濃度阻尼材料發(fā)生剪切變形，從而產(chǎn)生阻尼力缸式黏滑流體阻尼器：在外界激勵(lì)下，活塞桿在缸體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，迫使受壓流體通過(guò)孔隙或縫隙，進(jìn)而產(chǎn)生阻尼力。10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)85第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)黏滯阻尼墻現(xiàn)場(chǎng)安裝圖上海世茂國(guó)際廣場(chǎng)上海世茂國(guó)際廣場(chǎng)采用巨型鋼骨柱框架-筒體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度246m。裙房為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)高度48m。為解決裙房偏心導(dǎo)致結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形突出的問(wèn)題，在裙房?jī)?nèi)部5～9層樓層位移較大的角部區(qū)域設(shè)置共10組黏滯阻尼墻，并10層主樓與裙房之間設(shè)置了為35組50t圓筒黏滯阻尼器和5組75t圓筒黏滯阻尼器。3）粘滯阻尼器10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)86第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)4）黏彈性阻尼器黏彈性材料同時(shí)具有黏性材料以及彈性材料的力學(xué)特性，能同時(shí)儲(chǔ)存能量和耗散能量。目前開(kāi)發(fā)的各種黏彈性阻尼器主要是由黏彈性材料和鋼板疊合黏結(jié)而成控制要點(diǎn)：黏彈性材料的性能以及它與鋼板的粘結(jié)效果常見(jiàn)的黏彈性阻尼器：條板式黏彈性阻尼器、黏彈性阻尼墻、杠桿黏彈性阻尼器等。10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)87第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)黏彈性阻尼器安裝位置紐約世貿(mào)中心雙子塔紐約世貿(mào)中心雙子塔曾為美國(guó)紐約最高的建筑物及標(biāo)志性建筑，高達(dá)411.48m，在9.11恐怖襲擊事件中坍塌。每幢樓安裝了大約一萬(wàn)個(gè)黏彈性阻尼器，阻尼器的選擇、數(shù)量、形狀和位置是基于塔樓的動(dòng)態(tài)力學(xué)狀態(tài)以及要達(dá)到的性能目標(biāo)所需阻尼來(lái)確定的。在使用年限中，這些黏彈性阻尼器很好地抵御了強(qiáng)風(fēng)對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響。4）黏彈性阻尼器10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)88第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)黏彈性阻尼器的安裝南京大報(bào)恩寺南京大報(bào)恩寺古塔是明代初年至清代前期南京最負(fù)盛名的標(biāo)志性建筑，2007年復(fù)建南京大報(bào)恩寺和琉璃塔。南京大報(bào)恩寺新塔總高度為108m。該新塔平面為雙層柱網(wǎng)的正八邊形，主體采用鋼結(jié)構(gòu)，外圍護(hù)材料主要為建筑琉璃制品。為了抵抗強(qiáng)風(fēng)、地震等環(huán)境影響，南京大報(bào)恩寺新塔設(shè)置了新型材料黏彈性阻尼器。4）黏彈性阻尼器10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)89第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)5）調(diào)諧質(zhì)量阻尼器調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TunedMassDamper,TMD）系統(tǒng)由彈簧或吊索、質(zhì)量塊、阻尼器組成基本原理：在目標(biāo)主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特定位置上附加一個(gè)振動(dòng)子系統(tǒng)，適當(dāng)選擇該子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、動(dòng)力參數(shù)以及與主系統(tǒng)的耦合關(guān)系以實(shí)現(xiàn)其固有振動(dòng)頻率與主結(jié)構(gòu)所控振型頻率諧振，改變主系統(tǒng)的振動(dòng)狀態(tài)。10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)90第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器臺(tái)北101大樓臺(tái)北101大樓是臺(tái)灣的標(biāo)志性建筑，高度508m。臺(tái)北101大樓在87~92層間設(shè)置了調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，通過(guò)高強(qiáng)度鋼索將660t的質(zhì)量塊懸吊，并用支架從底部支撐，在支架周?chē)O(shè)置8組黏滯阻尼器實(shí)現(xiàn)減震耗能5）調(diào)諧質(zhì)量阻尼器10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)91第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)上海中心上海中心大廈位于上海陸家嘴金融中心，建筑高度632m，結(jié)構(gòu)高度580m。上海中心大廈設(shè)置了被動(dòng)式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，阻尼器質(zhì)量為1000t，是目前已建成的最大型阻尼裝置。相較于傳統(tǒng)的黏滯型調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器可實(shí)現(xiàn)變阻尼5）調(diào)諧質(zhì)量阻尼器10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)92第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)5）調(diào)諧液體阻尼器調(diào)諧液體阻尼器(TunedLiquidDamper,TLD)是一種有效的結(jié)構(gòu)減振控制裝置,它是利用固定水箱中的液體在晃動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)側(cè)壓力來(lái)提供減振力的。調(diào)諧液體阻尼器具有造價(jià)低、易安裝、維護(hù)少、自動(dòng)激活性能好、容易匹配調(diào)諧頻率等優(yōu)點(diǎn),而且可以設(shè)置在已有建筑物上,并可兼作供水水箱用。調(diào)諧液體阻尼器主要分兩類(lèi)：第一類(lèi)是矩形、圓柱形或圓環(huán)形的水箱第二類(lèi)是一種U型管狀水箱10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)93第十章新型高層建筑1.被動(dòng)控制技術(shù)金山大廈采用調(diào)頻液體阻尼器來(lái)實(shí)現(xiàn)主樓的風(fēng)振控制。采用矩形淺水水箱，其位置為主樓屋面停機(jī)坪下核心筒周?chē)膴A層空隙中。該工程中淺水TLD對(duì)高柔結(jié)構(gòu)風(fēng)振加速度的控制效應(yīng)顯著5）調(diào)諧液體阻尼器金山大廈位于珠海市由主樓、副樓和裙房組成總高度162m主樓采用筒中筒結(jié)構(gòu)10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)94第十章新型高層建筑2.半主動(dòng)控制技術(shù)主動(dòng)控制技術(shù)缺點(diǎn)：高投資和維修費(fèi)大、功率需要高和可靠性問(wèn)題提出了具有變阻尼和變剛度的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器即半主動(dòng)控制技術(shù)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。半主動(dòng)控制技術(shù)：較低的投資和維修費(fèi)用以及較小的功率常見(jiàn)的半主動(dòng)控制裝置：1.主動(dòng)變剛度系統(tǒng)；2.主動(dòng)變阻尼系統(tǒng)目前高層建筑應(yīng)用半主動(dòng)控制技術(shù)的案例較少10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)95第十章新型高層建筑3.主動(dòng)控制技術(shù)主動(dòng)質(zhì)量阻尼器(ActiveMassDamper,AMD)是主動(dòng)控制減震技術(shù)的代表AMD將結(jié)構(gòu)響應(yīng)的反饋和（或）結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵位置處外激勵(lì)的前饋，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析處理向作動(dòng)器發(fā)送適當(dāng)?shù)男畔?，于是作?dòng)器對(duì)抗質(zhì)量塊而將慣性控制力施加于結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制。常用的主動(dòng)元件：電液伺服系統(tǒng)、電磁式作動(dòng)器和壓電式作動(dòng)器等10.2.3高層建筑用減震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)96第十章新型高層建筑3.主動(dòng)控制技術(shù)廣州電視塔廣州電視塔塔高600m，其主塔體高450m，天線桅桿高150m。為了提高結(jié)構(gòu)在風(fēng)載作用下的舒適性以及強(qiáng)風(fēng)作用下的安全性，在主塔標(biāo)高438.4m處設(shè)置了復(fù)合調(diào)諧控制裝置，由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的AMD系統(tǒng)組成主動(dòng)質(zhì)量阻尼器10.3.1隔震結(jié)構(gòu)10.3高層隔震建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)97第十章新型高層建筑隔震設(shè)計(jì)：在房屋基礎(chǔ)、底部或下部結(jié)構(gòu)與上部之間設(shè)置由隔震支座和阻尼裝置等部件組成具有整體復(fù)位功能的隔震層，以延長(zhǎng)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的自振周期，減少輸入上部結(jié)構(gòu)的水平地震作用，達(dá)到預(yù)期防震要求。抗震建筑隔震建筑10.3.1隔震結(jié)構(gòu)

高層建筑結(jié)構(gòu)98第十章新型高層建筑作用機(jī)理：引入隔震層后，結(jié)構(gòu)整體剛度下降，結(jié)構(gòu)基本周期延長(zhǎng)，地震作用降低，而位移反應(yīng)增加。提高結(jié)構(gòu)阻尼，則可以使地震作用和位移響應(yīng)都得到控制加速度反應(yīng)譜位移反應(yīng)譜隔震層要求：1.具備良好的豎向承壓能力以及較低的水平剛度2.需要具備恢復(fù)原始狀態(tài)的復(fù)位能力3.需要阻尼以耗散地震能量10.3.2高層隔震建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)99第十章新型高層建筑分部設(shè)計(jì)法：將隔震結(jié)構(gòu)以隔震層為界劃分為上部結(jié)構(gòu)、隔震層、下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)等部分，對(duì)每一部分分別按照傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)水平向減震系數(shù)：彈性計(jì)算或時(shí)程計(jì)算分析時(shí)，隔震結(jié)構(gòu)和非隔震結(jié)構(gòu)各層層間剪力（彎矩）比值的最大值使用水平向減震系數(shù)對(duì)規(guī)范反應(yīng)譜中地震影響系數(shù)最大值αmax進(jìn)行折減，然后使用折減后的αmax按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。10.3.2高層隔震建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)100第十章新型高層建筑

10.3.3高層建筑隔震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)101第十章新型高層建筑常規(guī)的疊層橡膠支座:幾毫米厚的橡膠薄片和薄鋼板交互疊放，在一定高溫、高壓條件下，經(jīng)硫化粘結(jié)而成目前常使用的疊層橡膠支座主要有天然橡膠支座（NRB）、鉛芯橡膠支座（LRB）、高阻尼橡膠支座（HRB）等1.疊層橡膠支座天然橡膠支座鉛芯橡膠支座10.3.3高層建筑隔震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)102第十章新型高層建筑地鐵上蓋結(jié)構(gòu)存在剛度突變、體系轉(zhuǎn)換等復(fù)雜情況，故采用上蓋隔震方案，在層間設(shè)置疊層橡膠隔震層，采用分部設(shè)計(jì)法，隔震設(shè)計(jì)目標(biāo)為上部結(jié)構(gòu)降低一度1#樓和7#樓減震系數(shù)均滿足要求，能較好的實(shí)現(xiàn)隔震目標(biāo)1.疊層橡膠支座1#樓隔震模型7#樓隔震模型上海徐涇地鐵上蓋項(xiàng)目10.3.3高層建筑隔震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)103第十章新型高層建筑西昌盛世建昌酒店采用框架-筒體結(jié)構(gòu)形式在基礎(chǔ)底部設(shè)置疊層橡膠隔震層，采用分部設(shè)計(jì)法，隔震設(shè)計(jì)目標(biāo)為上部結(jié)構(gòu)降低一度。根據(jù)規(guī)范求得的水平向減震系數(shù)為0.32，滿足規(guī)范中降低一度設(shè)計(jì)的要求。1.疊層橡膠支座有限元模型西昌盛世建昌酒店西昌盛世建昌酒店10.3.3高層建筑隔震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)104第十章新型高層建筑工作原理：利用兩個(gè)曲面與各自對(duì)應(yīng)凹球面間的滑動(dòng)，形成一個(gè)鐘擺式的機(jī)構(gòu)，以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期；滑動(dòng)面與凹球面間的摩擦來(lái)消耗地震能量+結(jié)構(gòu)整體被抬升時(shí)動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化2.摩擦擺支座摩擦擺示意摩擦擺支座10.3.3高層建筑隔震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)105第十章新型高層建筑隔震層設(shè)置在地下室上，層高1.8m，上部剪力墻下設(shè)置轉(zhuǎn)換梁和支墩，上支墩下連接摩擦擺支座根據(jù)規(guī)范求得的水平向減震系數(shù)為0.32，滿足規(guī)范中降低一度設(shè)計(jì)的要求。2.摩擦擺支座喀什天使花園4號(hào)樓建筑結(jié)構(gòu)高度83.1m純剪力墻結(jié)構(gòu)形式10.3.3高層建筑隔震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)106第十章新型高層建筑其空中連橋結(jié)構(gòu)采用摩擦擺隔震形式的柔性連接，采用摩擦擺支座保障了空中連橋的安全性。2.摩擦擺支座重慶來(lái)福士廣場(chǎng)總占地面積約為91782m2由8棟高層建筑、6層商業(yè)裙房和3層地下室組成，其中4棟在屋頂通過(guò)一座長(zhǎng)達(dá)300m的空中橋彼此相連10.3.3高層建筑隔震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)107第十章新型高層建筑滑板支座具有較大豎向承載能力，滑動(dòng)摩擦系數(shù)較小、滑動(dòng)位移較大，但自身不具備回復(fù)力，通常由上連接板、上封板、下封板、下連接板、滑移面板和滑移材料組成3.滑板支座示意圖實(shí)物圖10.3.3高層建筑隔震技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)108第十章新型高層建筑空氣彈簧：一種由有簾線的橡膠囊和充入其內(nèi)腔的壓縮空氣所組成的非金屬?gòu)椥栽涓粽裥阅苤饕艿絼偠忍匦?、頻率特性和阻尼特性的影響4.空氣彈簧支座空氣彈簧10.4.1可恢復(fù)功能建筑10.4地震可恢復(fù)功能高層建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)109可恢復(fù)功能：體系在受到外力擾動(dòng)后，具有可快速恢復(fù)到正常使用功能的能力外力：地震及其次生災(zāi)害等多種災(zāi)害作用和疲勞、腐蝕、凍融等長(zhǎng)期環(huán)境作用可恢復(fù)功能體系：可恢復(fù)功能城市可恢復(fù)功能系統(tǒng)可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)1．可恢復(fù)功能定義第十章新型高層建筑10.4.1可恢復(fù)功能建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)110魯棒性：結(jié)構(gòu)在遭受一定強(qiáng)度地震后，結(jié)構(gòu)的功能依然保持在較高水平快速性：結(jié)構(gòu)可以迅速地恢復(fù)部分功能或在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)全部功能，避免造成間接損失增加結(jié)構(gòu)冗余度增加資源調(diào)配靈活性1．可恢復(fù)功能定義第十章新型高層建筑10.4.1可恢復(fù)功能建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)111三種典型的地震可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)體系:1.設(shè)置搖擺構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系2.自復(fù)位結(jié)構(gòu)體系3.設(shè)置可更換構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系2．基本原理和方法可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)：控制地震作用下結(jié)構(gòu)變形的集中發(fā)生部位，并在變形部位設(shè)置耗能裝置、自復(fù)位裝置，或是在損傷之后進(jìn)行更換，以保證結(jié)構(gòu)功能的快速可恢復(fù)性第十章新型高層建筑10.4.1可恢復(fù)功能建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)1122．基本原理和方法搖擺結(jié)構(gòu)具有悠遠(yuǎn)的歷史：古希臘和古羅馬神廟的支撐柱可在界面上搖擺在早期的搖擺建筑結(jié)構(gòu)中，一般做法為放松結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的約束:即上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)交界面可以受壓但幾乎沒(méi)有受拉能力，在水平傾覆力矩作用下，允許上部結(jié)構(gòu)在與基礎(chǔ)交界面處發(fā)生一定的抬升彎曲變形、剪切變形或彎剪變形模式整體的剛體擺動(dòng)模式第十章新型高層建筑10.4.1可恢復(fù)功能建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)1132．基本原理和方法自復(fù)位結(jié)構(gòu)在放松界面約束的結(jié)構(gòu)上施加預(yù)應(yīng)力，使得結(jié)構(gòu)在地震作用下首先發(fā)生一定的彎曲變形，超過(guò)一定限值后發(fā)生搖擺，其思想來(lái)源于預(yù)制無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土框架的研究附加自復(fù)位裝置（預(yù)應(yīng)力拉索等）地震下保持彈性狀態(tài)消除結(jié)構(gòu)構(gòu)件因屈服耗能而導(dǎo)致的殘余變形，降低結(jié)構(gòu)的修復(fù)時(shí)間第十章新型高層建筑10.4.1可恢復(fù)功能建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)1142．基本原理和方法可更換機(jī)制要求在盡量減少對(duì)結(jié)構(gòu)使用功能影響的前提下，實(shí)現(xiàn)可更換、易更換和快速更換要求：結(jié)構(gòu)的耗能構(gòu)件、結(jié)構(gòu)柱或自復(fù)位構(gòu)件與結(jié)構(gòu)構(gòu)件并行布置，使構(gòu)件的更換不影響正常使用，且結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和構(gòu)造上應(yīng)盡量將可更換部件集中設(shè)置，以減少維修時(shí)間和功能中斷時(shí)間第十章新型高層建筑10.4.1可恢復(fù)功能建筑

高層建筑結(jié)構(gòu)1152．基本原理和方法耗能構(gòu)件是地震可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)的核心部分之一通過(guò)布置耗能構(gòu)件將地震輸入能量集中在可更換的阻尼裝置中，從而使地震可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)可兼顧結(jié)構(gòu)安全和可恢復(fù)功能能力“旗幟型”力-位移關(guān)系示意第十章新型高層建筑10.4.2高層建筑地震可恢復(fù)功能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)1161．抗震性能水準(zhǔn)第十章新型高層建筑傳統(tǒng)抗倒塌設(shè)防目標(biāo)小震不壞中震可修大震不倒震后可恢復(fù)功能目標(biāo)（四水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)）小震及中震不壞大震可更換、可修復(fù)巨震不倒塌由于可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)具有比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更高的抗震性能10.4.2高層建筑地震可恢復(fù)功能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)1171．抗震性能水準(zhǔn)第十章新型高層建筑結(jié)構(gòu)體系抗震性能水準(zhǔn)第一水準(zhǔn)第二水準(zhǔn)第三水準(zhǔn)第四水準(zhǔn)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)完全可用修復(fù)后可用生命安全—可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)完全可用完全可用更換后可使用/修復(fù)后可使用生命安全地震可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)設(shè)防目標(biāo)10.4.2高層建筑地震可恢復(fù)功能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)1182.抗震設(shè)計(jì)方法第十章新型高層建筑傳統(tǒng)：基于力進(jìn)行設(shè)計(jì)1.加速度反應(yīng)譜2.地震作用3.構(gòu)件截面設(shè)計(jì)4.驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)體系在地震作用下具有較大的變形能力采用基于位移的設(shè)計(jì)方法更合理1.采用彈性反應(yīng)譜等價(jià)線性化思想2.基于非線形反應(yīng)譜的設(shè)計(jì)思想（1）基于位移的設(shè)計(jì)方法10.4.2高層建筑地震可恢復(fù)功能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)1192.抗震設(shè)計(jì)方法第十章新型高層建筑（2）設(shè)計(jì)流程10.4.3高層建筑可恢復(fù)功能技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)1201.搖擺技術(shù)第十章新型高層建筑放松構(gòu)件與基礎(chǔ)或構(gòu)件之間的約束，使其在接觸面處可以發(fā)生抬起或擺動(dòng)，從而降低地震后結(jié)構(gòu)功能的破壞采用搖擺技術(shù)的結(jié)構(gòu)體系不是利用結(jié)構(gòu)樓層本身的變形來(lái)耗散地震能量，而是通過(guò)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的搖擺，將變形集中在搖擺界面上，通常在這些部位設(shè)置耗能構(gòu)件10.4.3高層建筑可恢復(fù)功能技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)1211.搖擺技術(shù)第十章新型高層建筑日高和牧野針對(duì)搖擺聯(lián)肢剪力墻，提出搖擺聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，如圖所示。該體系中變形較集中的部位為邊界單元，邊界單元由鋼連梁、鋼筋混凝土墻肢、鋼管混凝土邊柱組成搖擺聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)左：傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)右：新型結(jié)構(gòu)1-端部單元2-邊界單元3-塑性鉸10.4.3高層建筑可恢復(fù)功能技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)1221.搖擺技術(shù)第十章新型高層建筑大樓原為框架結(jié)構(gòu)，加固過(guò)程中采用搖擺墻+鋼阻尼構(gòu)件的形式加固前后的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。此加固工程經(jīng)歷了地震的考驗(yàn)，加固后的結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能和可恢復(fù)功能日本東京工業(yè)大學(xué)G3教學(xué)樓10.4.3高層建筑可恢復(fù)功能技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)1231.搖擺技術(shù)第十章新型高層建筑搖擺框架結(jié)構(gòu)：通常和預(yù)應(yīng)力技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)放松梁柱節(jié)點(diǎn)約束允許框架梁的轉(zhuǎn)動(dòng)使結(jié)構(gòu)發(fā)生搖擺，并通過(guò)預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)自復(fù)位，形成后張預(yù)應(yīng)力預(yù)制框架結(jié)構(gòu)日本東京工業(yè)大學(xué)G3教學(xué)樓10.4.3高層建筑可恢復(fù)功能技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)1241.自復(fù)位技術(shù)第十章新型高層建筑自復(fù)位技術(shù)是在搖擺技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)給搖擺構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力等技術(shù)，使其在震后可以回復(fù)到原來(lái)的位置復(fù)位功能能夠消除結(jié)構(gòu)的永久變形，使結(jié)構(gòu)在地震后能夠繼續(xù)使用，同時(shí)降低了結(jié)構(gòu)震后被拆除的風(fēng)險(xiǎn)10.4.3高層建筑可恢復(fù)功能技術(shù)及案例

高層建筑結(jié)構(gòu)1251.自復(fù)位技術(shù)第十章新型高層建筑1）自復(fù)位框架技術(shù)帶可搖擺式框架節(jié)點(diǎn)的后張預(yù)應(yīng)力鋼框架結(jié)構(gòu)這種框架具有足夠的剛度、強(qiáng)度及延性，表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)框架體系的性能，將摩擦阻尼器增加到此類(lèi)節(jié)點(diǎn)中，可增加節(jié)點(diǎn)耗能鋼框架后張拉預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)1-墊板

2-無(wú)黏結(jié)后張預(yù)應(yīng)力鋼絞線

3-翼緣加強(qiáng)板