第二章-结构体系与结构布置课件.ppt

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1、高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、筒体等，由它们可以组成多种结构体系。,2.1.1 框架结构体系2.1.2 剪力墙结构体系2.1.3 框架-剪力墙结构体系2.1.4 筒体结构体系2.1.5 巨型结构体系,2.1 结构体系,2.1.1 框架结构体系 1、定义：房屋结构均由梁、柱构件通过节点连接而构成。,2、分类：按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。在地震区，多采用梁、柱、板全现浇或梁柱现浇、板预制的方案；在非地震区，有时可采用梁、柱、板均预制的方案。,3、受力变形特点：框架结构的侧移一般由两部分组成：1）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构

2、的整体剪切变形Us；2）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩）形成框架结构的整体弯曲变形Ub；3）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。框架结构侧移曲线呈剪切型，特点是结构层间位移随楼层增高而减小。,4、优缺点：1）优点：建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商场、餐厅等）也可按需要隔成小房间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低。2）缺点：抗侧刚度较小，水平荷载作用下侧移较大，有时会影响正常使用；如果框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用

3、也较大。因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。（以1520层以下为宜）,2.1.2 剪力墙结构体系 1、定义：由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。,2、受力变形特点：在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱；在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端自由的悬臂柱。注：剪力墙结构水平承载力和抗侧刚度均很大，侧移较小。剪力墙结构以弯曲变形为主，其位移曲线呈弯曲型，特点是结构层间位移随楼层增高而增加。3、优缺点：1）优点：剪力墙结构抗侧刚度大，结构顶点水平位移和层间位移通常较小；房间墙面及天花板平整，特别适用于住宅、宾馆等建筑（开间较小）。（结构高度：几十米 100多米）2）缺点：结构自重较大；建筑平面

4、布置局限性大，较难获得大的建筑空间（一般剪力墙间距38m）。,4、框支剪力墙结构：1）框支剪力墙结构将剪力墙结构房屋的底层或底部几层做成框架，这种结构亦称为带转换层高层建筑结构。2）破坏特点：带转换层高层建筑结构在其转换层上、下层间抗侧刚度发生突变，形成柔性底层或底部，在地震作用下易遭破坏甚至倒塌。3）布置原则：在底部大空间剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布置在两端或中部，并将纵、横向墙围成筒体；另外，还应采取增大墙体厚度、提高混凝土强度等措施加大落地墙体的侧向刚度，使上、下部侧向刚度差别尽量小。,2.1.3 框架-剪力墙结构体系 1、定义 为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构抗侧刚度

5、大的特点，当建筑物需要有较大空间，且高度超过了框架结构的合理高度时，可采用框架和剪力墙共同工作的结构体系。,2、受力变形特点：框架-剪力墙结构体系以框架为主，并布置一定数量的剪力墙，通过水平刚度很大的楼盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载。其中剪力墙承担大部分水平荷载，框架只承担较小的一部分。注：在水平荷载作用下，框架的侧向变形属剪切型，层间侧移自上而下逐层增大；剪力墙的侧向变形一般是弯曲型，其层间侧移自上而下逐层减小。当框架与剪力墙通过楼盖形成框架-剪力墙结构时，各层楼盖因其巨大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致，其侧向变形介于剪切型与弯曲型之间，一般属于弯剪型。,3、优点：兼有框架和剪力

6、墙的优点，比框架结构的水平承载力和抗侧刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于商业大厦、图书馆、办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。4、框架-剪力墙结构中剪力墙的数量和布置：1）剪力墙的数量：不宜过多，以满足位移限值为宜。2）剪力墙的布置：不宜过长；不宜少于3道，最好作成筒体；对称布置；在纵横向数量接近；应贯通全高，上下刚度连贯而均匀。,2.1.4 筒体结构体系 1 定义是指由一个或几个筒体作为承重结构的高层建筑结构体系。,2、筒体基本形式：实腹筒、框筒和桁架筒。1）实腹筒：钢筋混凝土剪力墙围成的筒体。2）框筒：布置在房屋四周、由密排柱和高跨比很大的梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。3）

7、桁架筒：将筒体的四壁做成桁架，就形成桁架筒。,2.1 结构体系,3、分类：1）筒中筒结构 一般用实腹筒做内筒，框筒或桁架筒做外筒。内筒可集中布置电梯、楼梯、竖向管道等。框筒的侧向变形以剪切变形为主，内筒一般以弯曲变形为主，二者通过楼板联系，共同抵抗水平荷载，其协同工作原理与框架-剪力墙结构类似。,2）框筒结构 框筒也可作为抗侧力结构单独使用。为了减小楼板和梁的跨度，在框筒中部可设置一些柱子。这些柱子仅用来承受竖向荷载，不考虑其承受水平荷载。,3）成束筒结构 成束筒是由若干单筒集成一体成束状，形成空间刚度极大的抗侧力结构。自下而上逐渐减少筒体数量的处理手法，使高层建筑结构更加经济合理。但这些逐渐

8、减少的筒体结构，应对称于建筑物的平面中心。,4）框架-核心筒结构 1、定义：由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层建筑结构。2、受力变形特点：筒体主要承担水平荷载，框架主要承担竖向荷载。结构兼有框架结构与筒体结构两者的优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又具有较大的抗侧刚度和水平承载力，其受力和变形特点与框架-剪力墙结构类似。,1）巨型框架结构 由楼、电梯井组成大尺寸箱形截面巨型柱，在各柱之间每隔数层用巨型梁相连，巨型柱和巨型梁即构成巨型框架。巨型框架具有很大的承载能力和抗侧刚度。由于它可以看作是由两级框架组成，第一级为巨型框架，是承载的主体；第二级是位于巨型框架单元内的辅助框架（只承受竖向荷载

9、），也起承载作用。因此，这种结构是具有两道抗震防线的抗震结构，具有良好的抗震性能。,2.1.5 巨型结构体系,上海证券交易所,2）巨型桁架结构,2.2.1 房屋适用高度和高宽比 1、最大适用高度（A级和B级）级高度的钢筋混凝土高层建筑是指符合表 2-1高度限值的建筑，也是目前数量最多，应用最广泛的建筑；级高度的高层建筑是指较高的（其高度超过表 2-1规定的高度）、设计上有严格要求 高层建筑，其最大适用高度应符合表 2-2 的规定。,2.2 结构总体布置原则,2、适用的高宽比 房屋的高宽比愈大，水平荷载作用下的侧移愈大，抗倾覆作用的能力愈小。因此，应控制房屋的高宽比，避免设计高宽比很大的建筑物。

10、钢筋混凝土高层建筑结构的高宽比H/B不宜超过表2-3的数值。高宽比大于5的高层建筑应进行整体稳定验算和抗倾覆验算。,2-3,2.2.2 结构平面布置原则 1、基本要求 高层建筑的结构平面布置，应有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，受力明确，传力直接，力求均匀 对称，减少扭转的影响。1)在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。,2）高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。对抗风有利的平面形状是简单、规则的凸平面。例如：圆形、正多边形、椭圆形、鼓形等平面。对抗风不利的平面是有较多凹、凸的复杂平面形状，如形，形、形、弧形等平面。,3）

11、抗震设计的钢筋混凝土高层建筑，其平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心；平面长度 L 不宜过长，突出部分长度 l 不宜过大，平面各部分尺寸宜满足表2-4的要求。,表2-4 平面尺寸L、l的限值,4)抗震设计的级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑，其平面布置应简单、规则，减少偏心。注：级高度钢筋混凝土高层建筑和混合结构高层建筑的最大适用高度较高，复杂高层建筑的竖向布置已不规则，这些结构的地震反应较大，故对其平面布置的规则性应要求更严一些。5)结构平面布置应减少扭转的影响。平面不规则、质量中心与刚度中心偏心较大和抗扭刚度太弱的结构，其震害严重。,2、对楼板开洞的限制（略）,3、变

12、形缝的设置1）缝的分类：沉降缝、伸缩缝和防震缝。2）设缝的优缺点：优点：用缝将复杂建筑分为规则的部分，或减小温度应力。缺点：影响建筑使用功能；立面处理不便；基础防水不易处理等。趋势：目前趋势是避免设缝，或尽可能少设缝。,3）沉降缝（1）设缝：高层建筑的主体结构周围常设置裙房，它们与主体结构的重量相差悬殊，会产生相当大的沉降差。这时可用沉降缝将二者分成独立的结构单元，使各部分自由沉降。（2）不设缝：需采取以下措施：A、采用桩基，桩支承在基岩上；或采取减少沉降的有效措施并经计算，沉降差在允许范围内。B、楼与裙房采用不同的基础形式。C、先施工主楼，后施工裙房，使两者最终沉降量一致。,4）伸缩缝 由温

13、度变化和混凝土干缩引起的结构内力，使房屋产生裂缝，影响正常使用。伸缩缝使房屋分成相互独立的单元，各单元可随温度变化等自由变形。伸缩缝必须贯通基础以上的建筑高度。,增大伸缩缝间距的措施：提高顶层、底层、山墙等部位的配筋率。采用有效隔热措施。使用混凝土添加剂等减少收缩。施工中预留后浇带。提高每层楼板的构造配筋率或采用预应力楼板等。,注：后浇带应通过建筑物的整个横截面，将全部墙、梁和楼板分开；在后浇带处，板、墙钢筋应采用搭接接头，梁主筋可不断开；后浇带应从结构受力较小的部位曲折通过，不宜在同一平面内通过；一般情况下，后浇带可设在框架梁和楼板的 1/3 跨处，设在剪力墙洞口上方连梁跨中或内外墙连接处。

14、,5）防震缝 地震作用下，当建筑平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时，宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。缺点：地震作用时，防震缝两侧的房屋很容易发生碰撞而造成震害。,设置防震缝时，应符合下列规定：,为防止缝两侧建筑的碰撞，缝必须留有足够的宽度。防震缝最小宽度应符合下列要求：a框架结构房屋，高度不超过15m时不应小于100mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度分别每增高5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；b框架-剪力墙结构房屋可按第a条数值的70采用，剪力墙结构房屋可按第a条数值的50采用，但二者均不宜小于100mm。,防震缝两侧结构体系不同时，防

15、震缝宽度应按不利的结构类型确定；防震缝两侧的房屋高度不同时，防震缝宽度可按较低的房屋高度确定。当相邻结构的基础存在较大沉降差时，宜增大防震缝的宽度。防震缝宜沿房屋全高设置；地下室、基础可不设防震缝，但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接。结构单元之间或主楼与裙房之间如无可靠措施，不应采用牛腿托梁的做法设置防震缝。,2.2.3 结构竖向布置 高层建筑结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化宜均匀、连续,不应突变。竖向布置应符合下列要求：1）竖向宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收；抗侧刚度宜下大上小，逐渐均匀变化；不应采用竖向布置严重不规则的结构。,2）为防止结构出现薄弱层，A 级高度高层建筑

16、的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的 65%；B 级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的 75%。3）抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。,4）抗震设计时，当结构上部楼层相对于下部楼层有收进、或外挑时，应满足：（1）当上部楼层有收进，且 H1/H之比大于 0.2 时，B1不宜小于B的 0.75 倍；（2）当上部楼层有外挑时，B不宜小于上部楼 层水平尺寸B1的 0.9 倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。,5）结构顶层取消部分墙、柱形成空旷房间时，其楼层侧向刚度和承载力与其下部楼

17、层相 差较多，形成刚度和承载力突变，此时应进行详细的计算分析，并采取有效的构造措施。如用弹性动力时程分析进行补充计算、沿柱子全长加密箍筋、大跨度屋面构件要考虑竖向地震作用效应等。6）高层建筑设置地下室，可利用土体的侧压力防止水平力作用下结构的滑移、倾覆，减轻地 震作用对上部结构的影响；还可降低地基的附加压力，提高地基的承载能力。震害经验也表明，有地下室的高层建筑，其震害明显减轻。因此，高层建筑宜设地下室，而且同一结构单元应全部设置地下室，不宜采用部分地下室，地下室应有相同的埋深。,2.2.4 结构截面尺寸初估,（1）柱截面尺寸的估计柱截面尺寸一般可由轴压比控制来进行初估。轴压比由下式计算：（2

18、）梁截面尺寸估计（课本表2.8）梁截面宽度与高度之比一般为1/2 1/4，且至少比柱宽小50mm；梁截面高度与跨度之比在1/8 1/20之间；（3）板厚的估计（课本表2.9）楼板厚度与跨度之比在1/25 1/35之间。,2.3.1 楼盖结构布置 1、分类：现浇楼盖、装配式楼盖 2、选型,2.3 楼盖结构及基础结构布置,3、楼盖构造要求(略)2.3.2 基础结构布置（略）,（1）按弹性方法计算的风荷载或多遇地震楼层层间最大位移与层高之比u/h宜符合以下规定(不考虑偶然偏心的影响):高度不大于150m的高层建筑，u/h不宜大于下表的限值；高度不小于250m的高层建筑，u/h不宜大于1/500；高度

19、在150250m之间的高层建筑，u/h的限值按和的限值线性插入取用。,2.4 水平位移限制和舒适度要求,（2）高层建筑结构在罕遇地震作用下有时需进行弹塑性变形验算，防止结构因局部楼层变形过大而倒塌破坏。结构薄弱层(部位)层间弹塑性位移应符合下式要求：,（3）高度超过150m的高层建筑结构应满足风振舒适度要求，按现行国家标准建筑结构荷载规范(GB 50009)规定的10年一遇的风荷载标准值作用下，结构顶点的顺风向和横风向最大加速度amax不应超过下表的限值。,2.5 结构布置实例,住宅建筑（1）住宅建筑一般采用剪力墙结构。（2）剪力墙住宅早期多为小开间，横墙间距为2.73.9m，全部墙体均作为承

20、重墙，因而可采用较薄楼板。目前较多采用大开间剪力墙结构，剪力墙间距为6.07.2m。（3）剪力墙结构不便于布置商场、餐厅、停车场等服务设施。,46,（1）旅馆建筑按建筑功能可以分为两大部分：客房部分和公共部分。（2）50m以下的高层旅馆建筑通常采用框架、剪力墙结构和框架-剪力墙结构等结构形式。（3）50m以上的高层旅馆常采用框架-剪力墙结构和筒体结构。,47,旅馆建筑,精品课件！,精品课件！,50,公共性建筑,按不同用途选择结构体系可参考下表。,（1）高层公共性建筑除一般办公楼外，还包括商业、文教、医疗等公共用途的建筑。（2）50m以下的高层办公建筑，大体上采用框架、框架-剪力墙结构；50m以上的高层办公建筑，较多采用筒体结构。,