高层建筑结构设计 课件.ppt
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1、高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,吴方伯 教授电话:E-mail:,湖南大学土木工程学院,Page 2,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,绪论,一、本课程讲授的主要内容,高层建筑的一般知识 高层建筑结构的体系与布置 高层建筑结构的荷载与设计要求 框架结构的计算 剪力墙的计算 框架剪力墙结构的内力和位移计算 扭转近似计算,Page 3,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,二、本课程的学习重点,以现行钢筋混凝土高层建筑结构设计规范、规程为重点,介
2、绍高层钢筋混凝土结构的设计原理与方法 ;能够进行高层钢筋混凝土结构,特别是高层框架结构、高层剪力墙结构和高层框架剪力墙结构的设计。,Page 4,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,三、本课程的学习方式,课堂讲授与自学相结合 讲课与作业相结合,四、主要参考文献,1.建筑结构荷载规范(GB 50009-2012)2.高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3-2010)3.建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)4.混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)5.现行地基与桩基设计规范6.赵西安,现代高层建筑结构设计,1999年7.沈蒲生,
3、高层建筑结构设计,20068.傅学怡,实用高层建筑结构设计,2010年,Page 5,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,第一章 高层建筑的一般知识,Page 6,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures,一、高层建筑的定义(世界各国无统一的定义),表1-1 一部分国家和组织对高层建筑起始高度的规定,Page 7,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures,二、发展高层建筑的意义,图1-1 世界人口变化图,节约用地 节省城市基础设施费用 改善城市市容,Page
4、 8,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures,金茂大厦Jinmao Building,【竣工日期】:1999年3月18日【占地面积】:2.3公顷 【建筑面积】:29万平方米 【建筑层数】:地上88层, 地下3层【建筑高度】:420.5米【结构形式】:钢筋混凝土结构,三、典型工程(已建成),Page 9,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures,上海环球金融中心Shanghai World Financial Center,【竣工日期】 : 2008年8月29日【用地面积】 : 30,000 m2 【占地面
5、积】 : 14,400 m2 【建筑面积】 : 381,600 m2 【建筑层数】 : 地上101层、 地下3层 【建筑高度】 : 492米 【结构形式】 : 钢筋混凝土结构 (SRC结构)、 钢结构(S结构),Page 10,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures,台北101TAIPEI 101,【竣工日期】 :2003年10月。【建筑层数】 :地上101层、 地下5层 。【建筑高度】 :508米 。【结构形式】 :钢筋混凝土结构 新型的巨型结构,Page 11,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures
6、,吉隆坡石油双塔The Petronas Twin Towers,【开工时间】:1993年12月27日【竣工时间】:1996年2月13日【占地面积】:40公顷【建筑面积】:28.95万平方米【建筑高度】:452米【建筑层数】:88层,Page 12,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures,广州塔(小蛮腰)Canton Tower,【竣工时间】:2009年9月【占地面积】:17.546万平方米【建筑面积】:11.4054万平方米【建筑高度】:塔身主体454米, 天线桅杆156米, 总高度610米。【建筑层数】:108层, 最细处在66层【结构形式】:
7、钢筋混凝土结构,Page 13,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures,迪拜塔Burj Dubai,【开工时间】:2004年9月21日【竣工时间】:2010年1月4日【建筑面积】:344,000万平方米【建筑高度】:总高度828米。 当前世界第一高楼。【建筑层数】:162层【结构形式】:钢筋混凝土结构,Page 14,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures,四、典型工程(未建成),上海中心大厦Shanghai Center Tower,【开工时间】:2008年11月29日【竣工时间】:2015年投入使用
8、【建筑高度】:结构高度580米 总高度632米【建筑层数】:127层【结构形式】:钢筋混凝土核心筒 -外框架结构,Page 15,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures,深圳证券交易所营运中心Shenzhen International Trade Center,深圳证券交易所营运中心营运中心占地面积3.91万平方米,建筑总高度245.8米,建设规模约26.7万平方米,其中地上部分约为18.3万平方米,地下部分约为8.4万平方米。 深圳证券交易所营运中心营运中心大楼外观为立柱形,大厦底座被抬升至30多米形成一个巨大的“漂浮平台”,平台的“腰部”由一
9、条鲜亮的红色光带“缠绕”,整体造型犹如一个漂亮的烛台。,Page 16,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures,深圳平安国际金融中心PingAn International Finance Center,“平安国际金融中心”共115层,18层为裙房,用作商业,8115层是办公区。带外伸臂的混合结构。本工程于2011年11月15日动工,工期45年,计划于2016年3月竣工。 设计高度为塔顶646米,屋面588米,该中心将成为深圳市标志性建筑物。,Page 17,高层建筑结构设计Design of Tall Building structures,九龍
10、倉长沙国际金融中心Changsha International Finance Center,“九龍倉”位于长沙市五一商圈和中央商务核心区。 最高塔楼设计高度510米,建成后将成为湖南第一高楼,长沙市的新地标。项目计划于2016年全部建成。,Page 18,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,第二章 结构体系及布置,Page 19,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,2-1 引言,一、高层建筑结构的受力特点,当建筑物高度增加时,水平荷载(风荷载及地震作用)对结构起的作用将愈来愈大。除了结构内力将
11、明显加大外,结构侧向位移增加更快。图2-1是结构内力(N,M)、位移()与高度的关系,弯矩和位移都成指数曲线上升。,内力或位移,=f (H4),M=f (H2),N=f (H),H,图2-1 结构内力、位移与高度的关系,Page 20,二、高层建筑结构设计的一般规定,高层建筑结构设计应注重概念设计,重视结构选型与平、立面布置的规则性,择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系,加强构造措施。在抗震设计中,应保证结构的整体性能,使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。结构应满足下列规定:,应具有必要的承载力、刚度和变形能力; 应避免因局部破坏而导致整个结构破坏; 对可能的薄弱部位要采取加强措施; 结构
12、选型与布置合理,避免局部突变和扭转; 宜具有多道抗震防线。,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,Page 21,三、高层建筑结构体系,多层和高层建筑抗侧力体系在不断的发展和改进,建筑高度也不断增高。 现在,多层和高层建筑结构体系大约可分为四大类型:,框架结构; 剪力墙结构; 框架剪力墙结构; 筒体结构。各有不同的适用的高度和优缺点。,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,Page 22,2-2 常用结构体系,框架、剪力墙、框架-剪力墙结构体系是多层及高层建筑中传统的、广为应用的抗侧力体系; 在高度
13、较大的高层建筑中,利用结构空间作用,又发展了:框架-筒体结构、框筒结构、筒中筒结构及多筒结构等多种抗侧力很好的结构体系。,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,Page 23,一、框架结构 梁、柱、板构成,当采用梁、柱组成的结构体系作为建筑竖向承重结构,并同承受水平荷载时,称其为框架结构体系。,1、结构特点: 建筑平面布置灵活; 可形成大空间; 施工简便,较经济; 抗侧刚度小,侧移大; 对支座不均匀沉降敏感; 宜用于15层以下,最大 适用高度70m。,图2-2 框架结构示例,高层建筑结构设计Design of Tall Building Stru
14、ctures,Page 24,2、类别: 整体式框架整体现浇; 装配式框架构件预制; 装配整体式框架部分现浇、部分预制(采用叠合梁)。 3、承重分类: 横向框架承重; 纵向框架承重; 纵横向框架承重。,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,Page 25,二、剪力墙结构剪力墙、梁、板构成,利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构,称为剪力墙结构体系。,结构特点: 抗侧刚度大; 整体性、抗震性好; 平面布置不灵活。 最大适用高度150-180m。,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,图2-3 剪
15、力墙结构示例,Page 26,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,三、框架-剪力墙结构,结构特点: 剪力墙承受大部分水平荷载, 框架主要承受竖向荷载。 一般用于140-170m。,图2-4 框架-剪力墙结构示例,Page 27,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,四、筒体结构,1、框架-核心筒结构,结构特点: 类似框架-剪力墙结构。 最大适用高度160-220m。,图2-5 框架-核心筒结构示例,Page 28,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures
16、,2、筒中筒结构,结构特点: 刚度大、空间整体性好。 最大适用高度200-300m。,图2-6 筒中筒结构示例,Page 29,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,3、多筒体结构,图2-7 多筒体结构示例,当建筑物高度大,受到的水平荷载较大,筒中筒结构的强度和刚度不能满足要求时,可以采用多重筒结构。 即:在建筑平面内也布置多个筒体,形成如图2-7所示的多筒体结构。,Page 30,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,五、其他结构,结构特点: 分两级结构,第二级为一般框架,只承受竖向荷载,并将其传
17、递给第一级。第一级结构承受全部水平荷载和竖向荷载。 适用于超高层建筑。,图2-8 新的竖向承重结构体系,巨型框架结构、巨型桁架结构、悬挂结构等。,Page 31,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,2-3 结构布置,1、柱网、层高按300mm进级,一般3m、3.3m、3.6m、3.9m、4.2m等。 2、主体结构不应采用铰接。 3、抗震不宜采用单跨框架。 4、填充墙宜用轻质墙,抗震设计如采用砌体填充墙应符合如下要求: (1)上、下层刚度不宜变化过大; (2)减小抗侧移刚度偏心; (3)避免形成短柱。 5、抗震不应采用砌体墙与框架梁混合承重。 6
18、、抗震框架结构少量剪力墙位置产生较大刚度偏心时,宜将剪力墙减 薄,开竖缝等措施减小剪力墙的作用。,一、框架结构,Page 32,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,1、非抗震时宜双向布置剪力墙,抗震时避免单向布置剪力墙,抗侧移 刚度不宜过大。2、不应采用全短肢剪力墙(h/b8)结构,其中,h为剪力墙墙肢截面高 度,b为剪力墙墙肢截面厚度。3、剪力墙门窗洞口宜上下对齐,成列布置,形成明确的墙肢和连梁。4、H/B应大于2,防止地震力太大和受剪破坏,其中,H为剪力墙高 度,B为剪力墙宽度。,二、剪力墙结构,Page 33,高层建筑结构设计Design
19、 of Tall Building Structures,1、剪力墙布置力求对称、均匀。2、各层刚度中心位置力求一致。3、剪力墙尽可能离开房屋重心,提高抗扭能力。4、沿高度刚度不宜发生突变,避免产生局部摆动。5、尽可能增加剪力墙承担的竖向荷载,从而可以减少钢筋的用量。6、每道剪力墙承担的水平剪力不宜超过总水平剪力的40%。,三、框架剪力墙结构,Page 34,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,2-4 变形缝的设置,1、伸缩缝,减小温度变化和混凝土收缩对结构的影响而设置的缝,缝宽 t5cm。,表2-1 伸缩缝最大间距,采用后浇带可适当放宽伸缩缝
20、间距:后浇带每3040m一道,带宽8001000mm;钢筋采用搭接,宜在2个月后浇筑。,Page 35,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,3、防震缝,避免地震附加力对结构的影响而设置的缝,缝宽按规范要求设置。防震缝最小缝宽应符合下列规定: (1)框架房屋,高度不超过15m 的部分,可取70mm;高度超过15m的部分,6度、7度、8度、9度相应每增加5m、4m、3m、2m,宜加宽20mm。 (2)框架-剪力墙结构房屋可按第一项规定的70%采用,剪力墙结构房屋可按第一项规定的50%采用,但二者均不宜小于70mm。,2、沉降缝,避免不均匀沉降对结构
21、的影响而设置的缝,缝宽t5cm。 沉降缝不但上部结构要断开,基础也要断开。,Page 36,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,2-5 结构高宽比控制,结构高宽比应控制在相应的范围内,保证抗侧移刚度和抗倾覆能力。,表2-2 A级高度钢筋混凝土高层建筑适用的最大高宽比,Page 37,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,2-6 结构平面和竖向布置原则,二、竖向布置,体型规则、均匀、避免过大的外挑和内收;侧移刚度下大上小,逐渐均匀变化。,一、平面布置,结构平面应尽量设计成规则、对称而简单的平面形状,
22、尽量减少因形状不规则产生结构扭转的可能性。,Page 38,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,2-7 楼盖结构,1、房屋高度超过50m时宜采用现浇楼盖; 2、高度不超过50m时,8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用现浇楼盖,6、7度抗震设计的框架或剪力墙结构可采用装配式楼盖。 3、楼盖结构型式:普通肋形楼盖、无梁楼盖、组合式楼盖等。,Page 39,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,2-8 高层建筑的地基基础设计,高层建筑地基基础的设计应该因地制宜,主要取决于具体工程及所在地的工程地质状
23、况和施工条件。 一、具有共性的三个必须遵循的设计原则: 1、适宜的地基(桩基)刚度,保证高层建筑的稳定和嵌固; 2、地基(桩基)的承载力控制,避免高层建筑在重力荷载、水平荷载等作用下发生地基破坏(主要是剪切破坏)。 3、重力荷载合力中心与基础(桩基)平面形心的重合,保证高层建筑的稳定和抗倾覆。,Page 40,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,二、基础型式及选择,1、柱下独立基础 适用:层数不多、土质较好的框架结构。,2、交叉梁基础 双向为条形基础 适用:层数不多、层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架剪 力墙结构。,图2-9 交叉梁基础,P
24、age 41,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,3、片筏基础 适用:层数不多土质较弱或层数较多土质较好时用。,图2-10 带墩基的片筏基础,图2-11 梁板式片筏基础,Page 42,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,4、箱形基础 适用:层数较多、土质较弱的高层建筑。,图2-12 箱形梁基础剖面图,Page 43,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,5、桩基础 适用:地基持力层较深时采用。,图2-13 桩基础,图2-14 桩筏基础,图2-15
25、 桩箱基础,6、复合基础 适用:层数较多或土质较弱时采用。,Page 44,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,第三章 高层建筑的荷载及设计要求,Page 45,高层建筑结构设计Design of Tall Building Structures,高层建筑结构主要承受竖向荷载和水平荷载。,与多层建筑结构有所不同,高层建筑结构: 1)竖向荷载效应远大于多层建筑结构; 2)水平荷载的影响显著增加,成为其设计的主要因素; 3)对高层建筑结构尚应考虑竖向地震的作用。,Page 46,高层建筑结构设计Design of Tall Building Str
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