《结构体系》PPT课件.ppt

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1、第一讲 提问 1.高层建筑的定义是怎样的？2.高层建筑结构的特点是什么？3.简述高层建筑结构的发展方向？4.保证超限、复杂高层建筑的抗震安全措施主要有哪些？(南昌大学网络教学平台 李霞),第二讲,第二章的主要问题主要思考,1、高层钢筋混凝土结构的基本结构体系有哪几类？2、结构选型的依据主要有哪些？3、什么是框架结构？其主要特点是什么？框架结构与框架梁、框架柱的概念有区别吗？4、什么是异形柱？异形柱结构的抗震性好吗？为什么？5、什么是板柱结构(含板柱剪力墙结构)？其抗震性好吗？为什么？6、什么是剪力墙？什么是剪力墙结构？其主要特点是什么？7、什么是短肢剪力墙？短肢剪力墙结构的抗震性好吗？为什么？

2、8、什么是框支剪力墙结构的抗震性好吗？为什么？9、什么是框架剪力墙结构？框架剪力墙结构的主要特点是什么？10、什么是钢筋混凝土筒体结构，分几类？什么是框架核心筒结构？什么是筒中筒结构？,2.1 框架结构2.2 剪力结构体系2.3 框架剪力墙结构2.4 板柱剪力墙结构2.5 框架-支撑（抗震墙板）结构2.6 筒体结构2.7 框架核心筒结构2.8 巨型结构2.9 带转换层的结构2.10 房屋最大高度及适用的高宽比2.11 变形缝设置2.12 基础形式,第2章 结构体系,1)框架结构；2)剪力墙结构(含部分框支剪力墙结构)；3)框架剪力墙结构；4)筒体结构(含框架核心筒结构、筒中 筒结构）；5)复杂

3、高层结构(含带加强层或刚臂结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等)；6)混合结构(由多种材料的构件混在一起的结构，如钢筋混凝土构件、钢构件、组合结构构件构成的结构)。高层建筑结构应根据房屋的高度(H)、高宽比(H/B)、抗震设防烈度、场地类别、建筑的重要性、结构材料和施工技术条件等因素，选用适宜的结构体系。,高层建筑的结构体系按其抗侧力主要构件的种类：,2.1 框架结构,框架结构：梁、柱，通过结点的刚性连接组成的，共同承受竖向和水平（纵+横）向荷载的整体结构，优点：柱网布置灵活，延性较好。缺点：结构的横向侧移刚度较小，侧移较大；结构变形曲线以剪切型为主；适用于空间大、层数不太多、房屋高度不太高

4、的建筑。框架应当纵横双向布置，形成双向抗侧力体系。框架结构中的填充墙有一定的抗侧力作用，合理设计填充墙，有效抗震。适宜柱距：410米。,纵梁、柱弯曲变形构成剪切型变形,纵梁、柱的结点角变形导致侧移,剪切变形 弯曲变形 总变形,当 H/B4,框架侧移以剪切变形为主,高层建筑结构设计的基本要求,高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，基本要求是 1)具有必要的承载力、刚度、变形能力（延性）；2)避免结构整体扭转，避免质量与刚度在水平、竖向的局部突变；3)多道设防，多层次保障结构安全。以上要求均应运用概念设计理念指导结构选型与布置；4)对结构进行整体分析，对可能出现的薄弱部位做出合理判断与设计；5)避

5、免局部破坏导致整体破坏；这两点应在结构整体计算后，通过对可能出现的薄弱部位，进行局部附加计算，并在结构构造设计中有落实措施；,完整的结构设计步骤：结构选型;结构计算；结构整体及构件的设计。,高层建筑结构设计的基本原则是：合理选址，注重概念设计，重视结构选型与平、立面布置的规则性，优选有利于抗风、抗震的结构体系，加强结构构造设计。,抗震概念设计 建筑、结构设计师们用抗震设计原则和思想，总体控制建筑结构的总体和局部设计。做到：前期合理选型，并确定计算模型和构造方案；中期合理计算；后期构造处理力求完善模型的缺陷以及目前人所未能知的可能缺陷。,抗震概念设计的目标是：控制结构的延性，以结构的变形耗能尽量

6、消化地震能，避免地震能对结构局部的首先击溃。随建造层数加多，结构材料用量也将有很大增加，但只要结构工程师和建筑师合作恰当，优化总体设计方案，那么结构的合理性、材料用量、造价是完全可以合理控制的。抗震设计，尤其是高层建筑结构的抗震设计，应选择有利地段，避免不利地段（表4-1），尤其是避免在发震带上建设。选址错误会导致所有相关建设成果变负！2010高规指出：“本规程不适用于建造在发震断裂最小避让距离内的高层建筑结构。”,表2.1（地段划分）有利、一般、不利和危险地段,概念设计在结构总体设计时的具体原则,1、平面：宜简单、规则、尽量对称避免过度凹凸；,3、力求刚度中心和荷载中心重合避免不规则引起的扭

7、转；,4、加强结点设计避免因点及面的破坏；,5、合理设置变形缝避免复杂结构间的碰撞等次应力,6、力求上部结构与基础的协同工作避免不均匀沉降及地基的过度变形。,7、尽量降低结构中心有利于减小水平地震作用的影响，增强结构自稳定能力。,2、竖向：宜刚度和承载力分布均匀 避免结构刚度突变；,高层建筑在立项时，就应根据既有资料合理选址，并对场地进行初勘或在城市规划部门调阅，在可建设条件下，应遵循以下设计原则。,2.2高层建筑的结构选型,高层建筑结构选型的主要内容 主要内容 1）选择合适的竖向承重结构（墙、柱及其组合）；2）选择合适的水平承重结构（梁、板及其构成）；3）选择合适的基础结构（最具设计艺术的问

8、题）。,结构选型的主要依据：1)房屋高度；2)总高宽比；3)地区抗震设防烈度；4)房屋的抗震设防类别；5)场地类别；6）结构体系形式；7)结构主体的施工方式；,结构选型的主要要求 1）满足使用要求；2）尽可能实现建筑意图；3）平、立面形式宜规则，满足承载、刚度、延性要求；4）施工可行便捷；5）经济合理。,高层建筑竖向承重结构的选型,1.高层建筑的结构体系分类：,1)框架结构(含板柱结构)；2)剪力墙结构(含部分框支剪力墙结构)；3)框架剪力墙结构；4)筒体结构(含框架核心筒结构、筒中 筒结构）；5)复杂高层结构(含带加强层或刚臂结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等)；6)混合结构(由多种材料

9、的构件混在一起的结构，如钢筋混凝土构件、钢构件、组合结构构件构成的结构)。,1）框架结构(含板柱结构),框架结构：梁、柱，通过结点的刚性连接组成的，共同承受竖向和水平作用的整体结构；优点：柱网布置灵活，延性较好。缺点：结构的横向侧移刚度较小，侧移较大；结构变形曲线以剪切型为主；适用于空间大、层数不太多、房屋高度不太高的建筑，如商场、车站、展览馆、停车库、宾馆的门厅、餐厅等。框架应当纵横双向布置，形成双向抗侧力体系。框架结构中的填充墙有一定的抗侧力作用，合理设计填充墙，有效抗震。,板柱框架结构（板柱剪力墙结构）,板柱框架（剪力墙）结构由楼板直接与框架柱（剪力墙）形成的结构体系，楼板为无梁楼板。,

10、该结构体系便于使用滑摸施工法施工，施工方便，工期短，层高较小；抗侧力能力差，抗震性能较差。,异形柱、异形柱框架结构,异形柱由形、形、形或十字形截面柱构成框架结构柱，其截面厚度基本同填充的墙厚，其截面形式与剪力墙截面形似，但截面各肢的肢高厚比不大于4，不足以构成剪力墙。,异形柱框架结构的特点：优点：框架柱基本不占非墙面积，使用空间大，经济；缺点：框架柱的整体性、稳定性弱，柱与楼盖的连接节点复杂，施工难度大；抗震性能不足；适用性：适用于墙多层，跨度不大的框架体系住宅，不适用于高烈度设防。,异形柱框架结构由异形柱作为框架柱形成的结构体系。,2）剪力结构体系,剪力墙:钢筋混凝土墙抵抗自身平面内的水平剪

11、力、弯矩的能力突出，是高层建筑中的主要抗测力结构。墙肢截面形式主要有 T 形、+形，形。,剪力墙结构的缺点：空间布置受限，结构重，延性较差，刚度大，适用于空间较小、层数较高、房屋的高度较高高的建筑，如住宅、宾馆、单身宿舍。,剪力墙结构的优点：整体性好，水平抗侧刚度大，适合建造高度较高、层数较多的建筑。,剪力墙结构:以剪力墙为主要承受竖向和水平作用于结构。结构中 墙应纵横双向均衡设置，形成稳定的平面。结构变形曲线以弯曲型为主。,短肢剪力墙结构体系，一般是在小高层的电梯、楼梯部位布置剪力墙形成筒体，其他部位则根据需要，在纵横墙交接处设置、十、形截面短肢剪力墙，墙肢之间在楼面处用梁连接。,短肢剪力墙

12、：按墙肢的水平截面高厚比hw/bw划分：1）hw/bw4时，构件刚度较小，称柱；2）hw/bw8时,构件刚度较大，称普通剪力墙；3）4hw/bw8时，构件刚度偏强但还弱，称短肢剪力墙；,短肢剪力墙结构的延性较差，不易在大震条件下进行内力重分布，抗震性能差，高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构。,剪力墙结构的平面及侧移,结构变形曲线以弯曲型为主；,1)部分框支剪力墙结构中，直接支撑剪力墙的楼层称为框支层。2)框支层中，结构易于发生刚度突变，从而形成薄弱层(柱铰导致)，所以框支层楼面应有较大刚度。3)框支层楼面刚度很大时，可以完成荷载的有效传递，结构型式的有效转换，有时称该层为转换层。4)有时，

13、为完成上下部结构型式的转变、荷载的传递，特别设置一些刚度很大的构件，也称转换结构，如转换梁、转换桁架、转换板等.,部分框支剪力墙结构,框支剪力墙结构 底部一层或两三层为框架结构，上部为剪力墙的结构。,部分框支剪力墙结构 有目的地在框支剪力墙结构底部，一定间距范围内，增设刚度较大的落地剪力墙，以增强结构底部以及结构的整体刚度。,落地剪力墙,转换层,框支层,部分框支剪力墙结构,部分框支剪力墙结构,薄弱层,3）框架剪力墙结构,框架剪力墙结构 由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。变形曲线为弯剪型。地震区建筑，宜设两道及以上的抗震防线，即多重设防。,优点：既能布置大空间房屋，又具有较大的侧向刚度

14、，以适应较复杂的建筑功能要求；缺点：剪力墙布置往往受限，刚心与质心难以重合或接近；侧向刚度依然偏小，房屋建造高度受限。,框架剪力墙结构的特点：,典型框架-剪力墙结构：,非典型框架-剪力墙结构：,剪力墙(或核心筒)通常承担大部分水平力(8090)，是主要的抗侧力构件；框架主要承担竖向荷载，提供较大的灵活布置空间。这类结构适用于公共建筑和旅馆建筑。,剪力墙承担的底部倾覆力矩低于50%，主要在框架中起提高结构抗侧刚度的作用。这类结构中，框架的设计应按纯框架结构设计。,变形曲线为弯剪型,4）筒体结构,筒体结构:竖向受力结构封闭围合形成的高层建筑结构体系。分由剪力墙围成的实腹薄壁筒、由密柱深梁围成的框筒

15、两大类。框架核心筒结构：由刚性楼面梁或厚板将内侧实腹核心筒和筒外框架连成完整的结构。桁架筒结构：稀柱、浅梁、支撑斜杆组成桁架，布置于建筑物外边，形成桁架筒结构。(外)框筒结构:由密排柱及深梁形成封闭的外筒。筒中筒结构：由实体的内筒与空腹的外框筒组成。筒中筒结构体系具有更大的整体性与侧向刚度，因此适用于高度很大的建筑。束筒结构：筒体组合成成组筒结构体系，则侧向刚度更大，可适用于特别高的超高层建筑。,框架核心筒结构,由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层建筑结构称框架核心筒结构。,楼电梯间及一些服务用房做内核心筒；大空间房布置在外，做外框架。核心筒的整体性好，抗侧刚度很大，故框架核心筒结构体系适用于高

16、度较高，功能较多的建筑。,芝加哥的约翰汉考克大厦，100层，用钢量1.45kN/m2 香港中国银行，钢斜撑、钢梁、钢骨组合混凝土柱的空间桁架体系.,桁架筒结构,桁架筒结构,上海金贸大厦内筒为八角形钢筋混凝土核心筒，外筒由八根复合巨型柱、8根钢柱，用钢量0.7kN/m2。（芝加哥的约翰汉考克大厦，100层，用钢量1.45kN/m2）,筒中筒结构,广东国际大厦，63层，200m，钢筋混凝土内筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成.,薄壁内筒和密柱外框筒（桁架筒）组成，抗风、抗震能力好.,筒体结构(空间受力体系),（1）框筒结构：内筒承受竖向荷载，外筒承受水平荷载，柱距一般在3m以内，框筒梁比较高，开洞面

17、积在60%以下,1931年102层帝国大厦：钢框架剪力墙体系，用钢量2.06kN/m21972年110层世界贸易中心：筒中筒结构体系，用钢量1.81kN/m21974年110层西尔斯大楼：钢成束筒结构体系，用钢量1.61kN/m2,高层建筑水平承重结构的选型高层建筑下部结构的选型,混合结构：由钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体(或剪力墙)所组成的共同承受竖向和水平作用的高层建筑结构.带转换层的结构；错层结构：楼板高度使楼层产生错层。错层结构对抗震设计不利，错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系，不归并为一层计算。多塔楼结构：两个或两个以上塔楼用裙房(底盘)相连组成多塔楼结构。此结构

18、体型复杂，计算难，应重视其平面及竖向布置，应加强构造措施。带加强层高层建筑结构：利用建筑 避难层、设备层空间，设置适宜刚度的水平伸臂构件（斜腹杆桁架、实体梁、整层或跨若干个层高的箱形梁、空腹桁架），构成带加强层的结构。巨型框架结构：体系由两级结构组成，一级巨梁、巨柱或巨型桁架框架；二级小框架或支撑或悬挂在一级矩形框架梁上。框架-支撑(抗震墙板)结构：框架中含支撑杆件。多为纲结构用。,5）其他结构,加强层 设置连接内筒与外围结构的水平外伸臂(梁或桁架)结构的楼层(13层),水平外伸臂构件必须贯通核心筒并在核心筒转角处布置，形成井字形。必要时还可沿该楼层外围结构周边设置带状水平或桁梁.加强层的合理

19、位置和数量：1个加强层时，可设在0.6 H附近；两个加强层时，可在顶层和0.5 H附近分别设置；多个加强层时，宜沿竖向从顶层向下均匀布置。,体系由两级结构组成：一级为：跨越若干楼层的巨型梁（或巨型桁架梁）、巨型桁架柱（或实腹筒体柱），提供很大的抗侧刚度和抗弯承载力；二级：位于巨型框架单元内的辅助框架（只承受竖向荷载），也将荷载产生的内力传递到一级结构上。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。,巨型框架结构,上海证券交易所,结构优化设计的结果：改每6层办公楼加插一个3层楼净高空中花园 每8层办公楼加插一个4层楼净高的空中花园,钢骨钢筋混凝土框架,框架-支撑（抗震墙板）结构,框架-支撑（抗震墙板）结构：钢框架中设置支撑的带支撑框架结构。,带转换层的高层建筑结构：将上部楼层的部分竖向构件，通过大刚度结构转换层传递到底层或基础。结构转换层常采用钢筋砼大梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、斜撑等构件构成；非抗震设计和6度抗震设转换构件，7、8度抗震设计时地下室的转换构件可采用厚板。,钢巨型桁架结构,国家体育场钢巨型桁架结构,