多高层建筑结构.ppt
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1、第三篇 多高层建筑结构,第一节 高层建筑结构概述,一、高层建筑概述,1.1 高层建筑的定义 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ-2002)中定义: 10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑。高层建筑 高度一般指室外地面至主要屋面的距离,不包括局部突 出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。 1.2 我国高层建筑的发展 我国高层建筑在解放前很少,5060年代陆续建成一 些,如1959年的北京民族饭店,高47.4m,12层;1964年的 北京民航大楼,15层,高60.8m;1968年的广州宾馆,27 层,高88m,是60年代我国建成的最高建筑。 70年代开始我国高层建筑有了较大发展,主要用于住 宅
2、、旅馆和办公楼,层数一般在2030层。,1.3 国外高层建筑简介,1883年美国芝加哥建成的11层家庭保险大楼为近代高 层建筑的开端,国外较著名的高层建筑有:美国,帝国大厦 (纽约,381m,102层)、世界贸易中心(纽约,402m,110 层)、西尔斯大厦(芝加哥,443m,110层)、水塔广场大厦 (芝加哥,262m,76层);马来西亚,石油大厦(450m,88层, 钢-混凝土组合结构);朝鲜,柳京饭店(305m,101层,最高 的钢筋混凝土大厦)。,国内主要高层建筑(374-500m),主要高层建筑介绍,台北101大厦,西尔斯大厦,世贸大厦,平壤 柳京饭店 105层 320米 三千个房
3、间 金字塔型建筑,金茂大厦,CCTV大楼 采用ETABS和 ANSYS两种通 用有限元软件 进行结构计算。,上海环球金融中心 结构示意图,时代华纳中心大楼(Time Warner Center),建筑师:斯基德莫尔后代大卫,欧文斯与美林律师事务所 位置:哥伦布环岛10号 位于中央公园西南方、面向哥伦布圆环 始建:2003 高度:225米,55层 类型:办公建筑,时代华纳中心大楼(Time Warner Center),时代华纳中心大楼(Time Warner Center),时代华纳中心大楼(Time Warner Center),Waterview Tower,建筑师:+Teng & Ass
4、ociates,Inc 位置:芝加哥 高度:319米, 地上90层,地下4层 结构:cast in place concrete 功能:2-11层为车库(矩形) 中部为酒店(矩形) 29层退出屋顶花园 上部为住宅,Waterview Tower,Waterview Tower,东京蚕茧办公楼(Mode Gakuen Cocoon Tower),建筑师:Tange Associates 位置:东京 概念:“蚕茧”,在卵状的外形里是学生成长的空间 高度:203.7米, 层数:50 结构:cast in place concrete 功能:三个学校: 东京时尚学校(Mode Gakuen) 东京IT
5、数码学校(HAL Tokyo) 医学护理学校(Shuto Iko) 这座垂直的校园可供1万名学生使用,其3层中庭被称作“学生客厅”,多用途的走廊也是学生相互交流的场所。 大厦的楼层布局很简单。三块矩形的教室区围绕着内核旋转120度角。从1层到50层,这些矩形教室区以曲线排列。内核中有升降梯、楼梯和升降机井。“学生客厅”位于教室之间,面朝东、西南和西北三个方向。地层种植的植物带来了天然的气息,椭圆的外形缠绕在铝制幕墙内,从每一层来看都很悦目。,东京蚕茧办公楼(Mode Gakuen Cocoon Tower),东京蚕茧办公楼(Mode Gakuen Cocoon Tower),重庆“城市森林”,
6、建筑师: MAD建筑事务所 高度:385米 该“城市森林”的设计方案由MAD建筑事务所设计,位于中国重庆。设计师的设计灵感来源于国画中的多山的景观。这座高耸的商业大楼每层楼都为抽象的曲线形,大楼中心有一个圆柱体结构,每层楼都由玻璃包围作为墙体结构。这种设计增加了建筑的透明性,同时使得每层楼看起来好像悬浮于下面一层之上。建筑总体设计结合绿色的空间和广阔的城市景色,将自然带入到这个大都市之中。,重庆“城市森林”,重庆“城市森林”,重庆“城市森林”,天津中钢国际广场,建筑师: MAD建筑事务所 高度:358米 楼层:88层 预计竣工时间:2012年,天津中钢国际广场,天津中钢国际广场,天津中钢国际广
7、场,南京绿地广场紫峰大厦,建筑师:美国SOM建筑事务所 建筑有效高度 :339.250m 最高屋顶高度 :381.250m 天线顶标高 :450.000m 楼层使用情况: B4-B2 停车、酒店后勤 B1 非机动车停车、酒店后勤、设备用房 B1夹层 餐饮、食品店、酒店后勤、设备用房、观光大堂 1F 顶级商务大堂、酒店大堂、宴会厅、奢侈品商业中心、商业中庭 2F-5F 奢侈品商业中心 6F 商业中心、宴会厅、电影院 7F 会议厅、宴会厅 8F-9F 健身中心、游泳池、室外花园、 10F 办公 11F-12F 避难层、设备层 15F-41F 超甲级写字楼 42F-43F 设备用房 45F-46F
8、空中大堂/餐厅 47F 咖啡吧 48F 酒店后勤 49F-71F 六星级洲酒店客房 72F 观光层 73F, 75F 设备层 76F-77F 中餐厅 78F-79F 特色西餐厅 80F-81F 总统套房 82F 绿地 83F 水箱层 85F-86F 机房 87-89F 灯塔 塔尖,南京绿地广场紫峰大厦,用地面积:18721平方米 总建筑面积:约250000平方米 位置: 位于南京南鼓楼区鼓楼广场,东至中央路,西至北京西路。鼓楼周边区域有玄武湖、北极阁、鼓楼、明城墙等历史文物古迹; 该地段是南京城区的中心点及城市的制高点,周边远景尽收眼底。 东可眺望紫金山、西可望长江、南有雨花台、北有幕府山。也
9、是全国著名高等学府南京大学、东南大学名校集聚之地。 该地段交通便利,地铁一号线重要站点设置其中。 是南京行政中轴线和商业中轴线的交界之处。,南京绿地广场紫峰大厦,南京绿地广场紫峰大厦,天津环球金融中心,功能:写字楼、六星级酒店、豪华公寓、酒店式公寓和顶级商业配套 位置:项目距天津滨海国际机场车程30分钟,距天津火车站及未来的京津高铁步行5分钟,毗邻大沽北 路、张自忠路等城市主干道,写字楼东侧是未来地铁2、3号线交汇处,酒店中轴正对城市景观哈 密道绿轴。 总建筑面积:约60万平方米 总投资:预计约50多亿元,建筑师:美国SOM建筑事务所 高度:337米 楼层:地上75层,地下4层,天津环球金融中
10、心,天津环球金融中心,Q1大厦(Q1 Tower),建筑师Atelier SDG 高度: 322.5米 楼层: 78层 用途:住宅 竣工时间:2005年 全球最高的纯住宅大厦,具有十层楼高的了望台和南半球最快捷之电梯升降系统,以及全球最长的螺旋尖顶。 建筑的设计源自悉尼奥运会场及悉尼歌剧院的优美线条。Q1象征黄金海岸顶级公寓大楼居住风格,结合度假胜地的悠闲及都会区的时髦、便利及高科技网络建设。 它有一个小森林于第60层,令住客可以到小型森林,吸收新鲜空气。,Q1大厦(Q1 Tower),Q1大厦(Q1 Tower),Q1大厦(Q1 Tower),U型宝来塔 (U-bora Tower),建筑师
11、:Aedas Ltd. 位置:迪拜 高度:250米 功能: 80000SM公室(面积由底部1100SM增加到顶部2000SM), 30000SM住宅及 7000SM零售,二、高层建筑设计的特点,水平荷载和地震作用成为高层建筑的控制因素。高层结 构设计不仅需要较大的承载能力,还需要较大的刚度控制水 平荷载作用下结构的侧向位移。,控制侧向位移的原因: 1)过大的侧向变形会使人不舒服,影响使用; 2)过大的侧向变形会使填充墙或建筑装修出现裂缝或损 坏,也会使电梯轨道变形; 3)过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝甚至损坏; 4)过大的侧向变形会使结构产生附加内力甚至倒塌。,三、高层建筑的结构类型(按材
12、料分),按照承重结构材料类型可分为钢结构与钢筋混凝土结构 两种。高层钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工 方便快捷等优点,但缺点是造价高、耐火性能差,大量防火 涂料的使用也影响工期与造价。 钢筋混凝土结构具有造价低、耐火性能好、侧向刚度 大、截面形式多样等优点,缺点是构件尺寸较大、自重大、 使用空间受限。,目前大多数高层建筑采用混合结构,即钢框架或型钢混 凝土框架与钢筋混凝土筒体所组成的混合结构体系。框架柱 多采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱,框架梁多采用型钢混 凝土梁或钢梁。为加强结构承载力与抗侧刚度,混合结构中 还经常采用加强层、巨型支撑、伸臂桁架等结构形式。,第二节 高层建筑结构体系
13、与布置原则,主要结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙 结构、筒体结构、束筒及巨型框架。 2.1 框架结构 主要承重构件由梁、柱组成的结构。 优点:建筑平面布置灵活,能提供较大的室内空间,易于满 足多功能的使用要求。在结构受力方面,框架结构自振周期 长,地震反应小,经合理设计后可具有良好的延性。 缺点:抗侧移刚度小,地震作用下侧向位移大,易使填充墙 开裂,并引起非结构构件的破坏。建筑高度不能过高,一般 在15层以下。,框架结构受力及设计要点,1.全部荷载由梁柱承担; 2.框架侧向变形由梁柱弯曲变形与柱轴向变形两部分组成; 3.整体侧向变形呈剪切型变形; 4.应设计为双向框架结构; 5.
14、隔墙应采用轻质隔墙或轻质填充材料。 6.宜采用现浇混凝土楼盖。,2.2 剪力墙结构,利用钢筋混凝土墙体作为承受竖向、水平荷载的结构。 墙体本身也可作为维护和房间分隔构件,该结构形式主要应 用于高层住宅和旅馆。 优点:整体性好、刚度大、承载力高、水平荷载下的侧向变 形小。 缺点:墙体间距不能过大,平面布置不灵活,结构自重大, 材料强度无法充分发挥,不能满足公共建筑使用要求。 当剪力墙的高宽比较大时,可视为一个受弯为主的悬臂 构件,其侧向变形是弯曲型。,底部大空间剪力墙(部分框支剪力墙)结构,2.3 框架-剪力墙结构,框架-剪力墙是指由框架和剪力墙共同承受荷载的结构体 系。即保留了框架结构布置灵活
15、、使用方便的特点,又具有 剪力墙结构抗侧刚度大,抗震性能好的优点。在该结构体系 中,剪力墙承担绝大部分的水平荷载,是主要抗侧力体系。 框架则主要承担竖向荷载,以及少量的水平作用。 框架本身在水平荷载作用下呈剪切型变形,而剪力墙则 呈弯曲型变形,当二者通过楼盖协同工作时,变形必须协 调,侧向变形将呈弯剪型。根据以上分析的受力特点,框架- 剪力墙结构无论是承载力还是侧向变形都较纯框架有较大的 提高,,剪力墙的布置原则,1) 剪力墙宜沿主轴方向或其它方向双向布置,墙肢截面简 单规则; 2) 剪力墙应尽量布置在结构区段的楼梯间、电梯间、平面 形状变化及恒载较大的部位,剪力墙间距不宜过大; 3) 纵、横
16、剪力墙宜组成L、T、形等型式; 4) 剪力墙应贯通建筑物全高,避免刚度突变,洞口应尽量做到上下对齐; 5) 抗震设计时,剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50; 6) 较长的墙肢宜开设洞口将其分成长度均匀的若干墙段,墙段之间用弱连梁连接,每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2,墙肢截面高度不宜大于8m。,2.4 板柱-剪力墙结构,板柱结构:由钢筋混凝土无梁楼板和柱组成。 优点:施工方便,使用空间大,布置灵活; 缺点:节点抗震性能差,整体刚度小。 通过设置剪力墙,或将楼、电梯间做成钢筋混凝土筒体,即形成板柱-剪力墙结构,该结构适用于抗震设防烈度不超过8度
17、且高度有限制的建筑中。,2.5 框架-支撑(抗震墙板)结构,支撑框架:框架中设置支撑斜杆,多用于钢结构; 框架-支撑结构:框架+支撑框架。 受力特点:支撑框架侧向刚度大,承担水平荷载多,其作用 类似于剪力墙。 支撑框架的类型:中心支撑框架和偏心支撑框架。 中心支撑框架:支撑斜杆的轴线交汇于框架梁柱轴线的 交点。基本形式有单斜杆支撑、人字形 支撑、V形支撑、K形支撑和交叉支撑。 注意:抗震结构不采用K形支撑;,偏心支撑:支撑连接位置偏离梁柱节点,每根斜杆应至少一 端与框架梁相连,在梁端或梁跨中形成消能梁段。 基本形式有:单斜杆、人字形和V形等。 地震作用下,消能梁段腹板剪切屈服,通过腹板 塑性变
18、形耗散地震能量,支撑斜杆、框架柱 和消能梁段以外的梁均保持弹性,其抗震性能明 显优于中心支撑框架。,2.6 筒体结构,由单个或多个筒体承受 荷载的结构体系。筒体可分 为实腹筒、框筒和桁架筒。 前面提到的剪力墙围成的筒 体称为实腹筒。在实腹筒的 墙体上开出许多规则排列的 窗洞所形成的开孔筒体称为 框筒,它实际上是由密排柱 和刚度很大的窗裙梁形成的 密柱深梁框架围成的筒体。 如果筒体的四壁是由竖杆和 斜杆形成的桁架组成,则称 为桁架筒。,束筒或多筒体系:两个以上框筒(或其它筒体)排列在一起形成的束状结构称为成束筒。例如美国西尔斯大厦就是9个框筒组成的正方形筒体。成束筒结构的刚度和承载能力比筒中筒又
19、有提高。,2.7 巨型框架,利用筒体作为柱子,在各筒体之间每隔数层用巨型框架 连接,筒体与巨型梁之间即形成巨型框架。由于巨型框架的 梁、柱截面很大,抗弯刚度和承载能力也很大,因此它的抗 侧刚度比一般框架大很多。,2.8 高层建筑结构布置原则,钢-混凝土混合结构房屋 适用的最大高度及高宽比限值,高规一般规定:高层建筑不应采用严重不规则的结 构体系,应:具有必要的承载能力、刚度和变形能力;避免因 部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、 风荷载和地震作用的能力;对可能出现的薄弱部位,应采取 有效措施予以加强。宜:结构的竖向和水平布置宜具有合理 的刚度和承载力分布,避免因局部突变和扭转效
20、应而形成薄 弱部位;宜具有多道抗震防线。,2.8.1 结构平面布置,1.平面宜简单、规则、 对称,减少偏心; 2.平面长度不宜过长, 突出部分不宜过大。 3.不宜采用角部重叠的 平面图形或细腰形平面;,4.结构平面布置应减少扭转的影响;在考虑偶然偏心影响的 地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,A 级高度不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于平均值的 1.5倍。B级高度相应值为1.2,1.4。 5.当楼板平面比 较狭长、有较大 的凹入和开洞而 使楼板有较大削 弱时,应在设计 中考虑楼板削弱 产生的不利影响;,2.8.2 结构竖向布置,1.高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大
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