2高层建筑结构体系

第二节高层建筑结构与造型高层建筑造型设计与结构密切相关设计中要对高层建筑的受力特点和结构选型有整体认识。结构构思也可成为高层建筑造型设计的基点与灵感源泉。结构形式由房屋性质、层数、高度和在物质技术条件等因素确定•一、从建筑材料划分高层结构形式•砌体结构普通砌体用于多层建筑，高层建筑用配筋砌体•钢筋混凝土结构承载力高、刚度好、抗震好、耐火耐久性好；自重大、构件断面大、湿作业、施工周期长。•钢结构初期的主要形式，自重轻、构件断面小、抗震好、施工快；用钢量大、耐火性差、造价高。•钢—钢筋混凝土混合结构钢筋混凝土做筒体或剪力墙，钢框架依附其上承受竖向荷载。可充分发挥两种材料的优势。二、高层建筑结构体系•高层建筑结构特点：•1、高度大、竖向荷载大，要求结构有很高的承载力。•2、水平力大（风和地震产生），作用高度高。建筑底部产生很大的弯矩和倾覆力矩。•3、顶部位移大。会造成轴力的改变，偏心增大。要求具有很好的抗侧力抗侧向位移的性能。•4、房屋易产生扭转。房屋刚度中心与地震力合力作用线相距较远时，则产生附加扭矩。要求结构中心与质量中心尽量接近。•设计要求•结构要有足够得强度和抗侧推刚度。•抗震设计到达到“小震不坏、大震不倒”结构要有一定的延性，即塑性变形能力•要从材料、结构体系、结构总体布置、构件设计、节点连接构造上采取措施。高层建筑结构体系分类（一）纯框架体系整个结构的纵向与横向全部由框架单一构件组成的体系•1、结构特征竖向承重由框架组成，水平刚度小、承载力低、位移大、为柔性结构体系。•2、适用范围6~15层，最经济是10层，高烈度地区不用。•3、特点空间较大、平面布置灵活。•4、柱网尺寸跨度4~9米之间，梁高h=（1/15~1/10）L；梁宽b=（1/2~1/3）h。柱截面高不小于300（矩形）350（圆形）高宽比不大于3•5、开间住宅3.3~4.5米，公建6.6~7.5m•6、纯框架体系的分类横向框架、纵向框架、纵横向框架（二）纯剪力墙体系竖向承重结构全部由一系列纵或横向钢筋混凝土剪力墙组成•1、结构特征竖向承重由纵横向的钢筋混凝土墙组成，类似与砖混结构的砖墙换成钢筋混凝土墙，水平刚度大、侧位移小、为刚性结构体系。•2、适用范围理论上可达100~150层，但过高墙会增厚，使用和经济不利，宜40层以下。非地震区150m，7度区可达130m，8度区120m，9度区70m。•3、特点空间较小、平面布置欠灵活。•4、结构布置与建筑设计原则•（1）、横向布置剪力墙间距3~6.6m，刚度好、空间小，用于住宅、旅馆等。•（2）、纵向布置剪力墙•（3）、纵横向布置剪力墙•（4）、建筑物高宽比h/b《6（三）筒体结构•（1）结构特征筒体结构由框架或剪力墙围合成竖向井筒，并以各层楼板将井筒四壁相互连接起来，形成一个空间构架，比单片框架或剪力墙的空间刚度大得多，不仅能承受竖向荷载，而且能承受很大的水平荷载。筒体结构适用于超高层建筑，尤其在地震区更能显示其优越性。实腹式筒体：由剪力墙围合的筒体（墙式筒体、墙筒）空腹式筒体：由密集立柱围合的筒体（框架式筒体、框筒）•（2）适用范围超高层建筑都用筒体结构•（3）特点可将受力构件集中，创出较大的室内空间。•（4）筒体结构的布置常用平面形状有：圆形、椭圆形、矩形、三角形、多边形等。轴对称或中心对称。矩形框筒：长短边比不宜大于1.5。框筒柱距不宜大于3m；个别可扩大到4.5m，但不宜大于层高。（四）体系组合•根据建筑功能的需要和结构受力的特点，可将上述基本体系重新组合，形成框支剪力墙、框架-剪力墙、框架-筒体、筒中筒、束筒等结构体系。4.1框支剪力墙体系用框架支承剪力墙下部采用框架适用于空间需求。适用于高层旅馆、综合楼等。上部刚度大，底部刚度小；交接处易产生突变。设计中要考虑减力的向下传递。实例：框支剪力墙体系北京中国大饭店地上21层，底下2层，高76m底层层高6m，标准层2.95m，3层以下框架——剪力墙，四层以上剪力墙。4.2框架—剪力墙体系1、结构特征框架中布置剪力墙，并使楼板与框架有可靠连接的结构体系。竖向荷载由剪力墙和框架承担，水平荷载由剪力墙承担。2、适用范围绝大多数高层建筑都为框架剪力墙结构。15~25层较多，非地震区120m，7度区可达100m，8度区90m，9度区40m。3、特点结构布置较灵活，为现常用结构。4、结构布置与建筑设计的原则1）剪力墙平面位置应使建筑结构相协调。利用山墙、楼梯电梯井周围的墙。（1）地震区应纵、横两方向布置，非地震区可单横向。（2）宜对称布置，设在建筑端部，平面变化及净荷载大的部位。（3）剪力墙中心线应与柱形心重合，利于传力。2）剪力墙高度布置上应贯通全高、厚度不变；尽量不开洞，必开时面积应小于16%3）剪力墙间距不宜过大L/B《4。现浇板,L/B《2。5装配板（L——剪力墙间距，B——房屋宽度）4）建筑高宽比不宜大于h/b=4~54.3框架-筒体体系有筒体和框架共同组成的结构体系1、结构特征发挥筒的抗侧推刚度强特点，作为主要抗侧力构件，承担水平力，框架承担重力荷载。通常将公共设施及服务用房集中在筒内，框架创造较大使用空间。2、结构类型核心筒框架体系——筒布置在核心框架布置在外围。p11图1-10多筒框架体系——两个以上的筒与框架组合。p11图1-11两个端筒+框架p12图1-12核心筒+端筒+框架p12图1-13核心筒+角筒+框架p11图1-10核心筒框架体系4.4筒中筒结构体系有两个及以上的筒内外嵌套组成1、结构特征筒筒嵌套抗侧力性能好，形成的内部空间较大，一般内筒用实腹筒外筒用空腹筒。内外筒之间通过楼板连成整体如世贸中心、香港合和中心和深圳国贸大厦等均采用该结构体系。外筒开窗面积不宜大于50%，不得大于60%内筒长宽均不应小于外筒的1/32、适用范围30层以上。办公旅馆等超高层建筑。•（5）筒体结构的类型•（1）单筒结构：单筒很少单独使用，通常和框架组合，根据二者位置关系的不同，有外筒内框架和内筒外框架两种布置方式。•（2）筒中筒结构：内外套置的几层筒体，内外筒之间通过楼板连成整体，筒中筒比单筒有更好的抗推能力。如世贸中心、香港合和中心和深圳国贸大厦等均采用该结构体系。外筒开窗面积不宜大于50%，不得大于60%内筒长宽均不应小于外筒的1/3•（3）束筒结构：若干个筒体相并列，美国芝加哥西尔斯大厦就是采用的束筒结构。4.4束筒体系若干个筒体相并列，连结成一个结构体系。1、结构特征束筒抗弯能力抗剪能力及抗侧移刚度得到极大提高。每一个筒单元可以是不同的平面形式，可以在不同的高度终止，不影响结构完整性。2、适用范围高烈度110层以下建筑美国芝加哥西尔斯大厦就是采用的束筒结构。三、高层建筑造型设计一、造型设计的影响因素结构与工程技术，功能，气流与地震因素，环境规划与艺术，采光二、设计的原则1、满足功能要求功能为建筑之根本，但不可机械的依附，否则成为功能主义。2、创造美的空间环境建筑内部空间外部形象——尺度、对比、体量、虚实、韵律、均衡。3、符合结构及受力特点不同于低层和多层建筑，水平力成为主要因素，抗侧移——高厚比。风力要求体型流畅——流体力学。4、周密考虑周围环境因素规划要求，第五立面（泰山大酒店），阴影区对周围的影响，缝隙缝和涡流。一、基本体型1、方形和棱主体深圳国际贸易中心，迈阿米地铁机关大楼（结构选型—p63）2、圆柱和椭圆柱体p63a、e；3、三棱主体广州汽车大厦、美国4、角锥和收分体芝加哥第一国家银行60层（结构选型—p61）5、其它形式十字型新月型加拿大多伦多市政厅Y型北京便门住宅、大连胜利路住宅结构选型—p105）L型图2-16梯型图2-17深圳国际贸易中心方形和棱主体•圆柱和椭圆柱体角锥和收分体1、其它形式高层建筑结构发展趋势高层建筑的发展原因一种是确因土地紧张向高发展香港、东京、新加坡一种是为某种象征，或轰动效果中国上海、迪拜、双塔结构的发展趋势有以下几方面：1、竖向抗推体系支撑化、周边化、空间化高层建筑结构设计要解决的核心问题是建立有效的抗水平力的竖向抗推系统。发展过程：框架—剪力墙—筒体—框筒—框筒中增设支撑或斜向抗剪墙板抗剪体系从中心房屋周边或分散布置立体支撑——巨大角柱+交叉斜杆2、建筑体型革新化由过去的方盒子多种体型圆锥体优点较小的风荷载体型系数减少风和地震作用，缓和了抗倾覆问题倾斜外柱轴力的水平分力抵消部分水平荷载连体高层（将各独立体通过连体构成一个整体）结构从悬臂巨型框架，刚度提高适合体型平面刚度相同或相近的独立体连接采用双轴对称的形式连接体与主体刚性连接并采取构造措施圆锥体连体高层3、轻质高强材料的运用原因：建筑越高——结构面积比重大，不经济——自重大地震水平作用大，对结构不利——苯大的构件影响建筑创作和美观轻质材料：轻骨料混凝土、轻型隔墙、轻质外墙板高强材料：高强钢、高强混凝土（多层中常用C25、C30高强C80~C120，C400。我国可生产C60~C80）型钢混凝土：钢筋混凝土中的钢筋换成型钢钢管混凝土：在钢管内灌注混凝土。轻骨料混凝土：骨料强度大密度小高性能混凝土：抗弯、折能力强，弹性韧性强