第一章高层建筑结构设计1

高层建筑设计与技术建筑学教研室高层建筑设计与技术目录高层建筑结构设计一高层建筑造型设计二3三高层建筑裙房与地下车库设计3四高层建筑设备系统与建筑设计3五高层建筑标准层设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计第一节结构艺术一、结构艺术的概念结构艺术包含着三个基本的要素：效能、经济和雅致。结构效能，对于轻质高强材料的追寻和合理使用也始终贯穿着建筑结构发展的整个历程。结构的经济、即结构的经济性，就是要求用较少的钱建尽可能多的建筑，这是为社会所普遍接受的观点。美学原则不能损害结构的性能，也不能使其造价变得十分昂贵。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计二、结构工程师与建筑师现代建筑设计所要求的宏伟的结构方案“使得建筑师必须要理解结构构思，而且应该达到一定深度和广度：使其能把这种基于物理学、数学和经验资料之上而产生的观念，转化为一种非同一般的综合体，转化为一种直觉和与之同时产生的敏感力”铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计建筑师在建筑设计中的作用：牵头（项目负责人）矛盾协调者导演铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计芝加哥汉考克大厦三、结构艺术的典范芝加哥汉考克大厦建成于1968年，高约344米，共100层，美国som事务所设计。大厦平面成矩形，基座为80.8*50.3米，屋顶平面尺度减少至50.3*30.5米。内部功能从上至下分别是公寓、办公及商业用房。特点：X形支撑。表面共有20个x形支撑与角柱、水平窗和群梁共同组成了高效的建筑抗侧力系统。高技派的代表作。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计芝加哥汉考克大厦铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计芝加哥西尔斯大厦三、结构艺术的典范芝加哥西尔斯大厦建成于1974年，高约443m，共109层，由美国som事务所设计。它曾经拥有世界第一高楼的荣誉长达22年，现在仍为世界第九高楼。它由成束捆扎在一起，22.85m见方的9个相同筒体组成，形成框筒束结构。并在35、66、90的三个避难层或设备层设置一层高的桁架，形成三道圈梁，以提高框筒束抵抗竖向变形的能力。西尔斯大厦的9个筒体分别在不同的高度上截止。这样的造型类似汉考克大厦。提问：这样的优点在哪里？铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计芝加哥西尔斯铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计香港中国银行大厦三、结构艺术的典范香港中国银行大厦香港中国银行大厦简称为中银大厦，建成于1988年，高度368.5m，共70层。由贝律明设计。底层为52m*52m的正方形。从结构体系上看，它具有大型支撑筒体系和框筒束体系的双重特点。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计香港中国银行大厦铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计第二节高层建筑结构设计的特点及发展趋势铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计一、高层建筑结构的内力与变形M=qH2/2M=qH2/3△=qH4/8EI△=11qH4/120EI铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计二、构件的基本形式线形构件平面构件立体构件铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计1、结构平面布置应简单、规则、对齐、对称，力求使平面刚度中心与质量中心重合，或尽量减少两者之间的距离，以降低扭转的不利影响。提问：采用什么样的平面布局对高层建筑较有利？从抗震的角度出发，宜采用方形、矩形、圆形、Y形、三角形等建筑平面。从抗风的角度出发，宜采用风荷载体形系数较小的形状，如圆形、椭圆形、或各种弧线形状。三、高层建筑结构布置的原则铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计对有抗震设防要求的高层建筑，其平面的长宽比宜控制在一定的范围之内，避免两端受到不同地震运动的作用而产生复杂的应力情况。同样，平面中突出部分的长宽比也需要控制。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计2、结构竖向布置建筑竖向体形应力求规则、均匀和连续。结构的侧向刚度沿竖向方向均匀变化，由下至上逐渐减小，不发生突变，尽量避免夹层、错层、抽柱及过大的外挑和内收情况。当结构在竖向上出现上刚下柔的情况时，下部刚度不宜小于上部刚度的75%。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计阶梯状建筑是对抗震有利的，但如果收进比例过大，容易引起突变部位的塑性变形集中，反而不利于抗震。因此，b/B宜≥0.75。在高层钢筋混凝土建筑中，其立面尺寸变化率b/B宜≥0.9，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计高宽比的限制铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计结构体系与建筑内部空间在建筑方案设计阶段，应考虑建筑使用功能最内部空间的影响，并结合其他条件综合考虑，确定一种实用、经济、有效的结构体系。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计结构体系适用的建筑高度铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计四、高层建筑造型及结构发展趋势在结构安全的前提下，节约材料和降低造价，结构设计概念不断更新，呈现出以下三种的发展趋势：竖向抗推体系支撑、周边化、空间化建筑体型的革新变化轻质高强材料的运用铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计高层建筑造型及结构发展趋势1)竖向抗推体系支撑、周边化、空间化建立抗侧推体系，由平面体系到空间体系；当建筑平面尺寸较大、柱距增大，框筒的受力变弱，增加斜撑或抗剪墙板，加强空心筒的强度；铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计高层建筑造型及结构发展趋势随着高层建筑层数增多、重心升高，地震时产生扭转，需要加强建筑周边的刚度，来抵抗由此产生的力矩。在转角处形成一个巨柱，并利用交叉斜杆连成一个立体支撑体系，由于巨大角柱在抵抗任何方向倾覆力矩时都具有最大的力臂，从而更能充分发掘结构和材料的潜力。同时，构件沿周边布置还可以形成空间结构，能抵抗更大的倾覆力矩。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计高层建筑造型及结构发展趋势2)建筑体型的革新变化早期的高层建筑的体型规则、单一；现在高层建筑的体型丰富，需要有结构分析水平的保障。超高层建筑为建筑体型的革新变化提供了机遇铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计1．2．3高层建筑造型及结构发展趋势铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计高层建筑造型及结构发展趋势锥体造型在高层建筑结构上突出的优点：①具有最小的风荷载体型系数；②上部逐渐缩小，减少上部的风荷载和地震作用，缓和超高层建筑的倾覆问题；③倾斜外柱轴向力的水平分力，可以部分抵消水平荷载。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计高层建筑造型及结构发展趋势联体结构将各自独立的建筑，通过连接体构成一个整体，使高层建筑结构特征由竖向悬臂梁改变成为巨型框架，从而刚度得到提高，侧移减小。宜采用双轴对称的形式，连接部分与主体之间宜采用刚性连接，并加强连接部分的构造措施。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计高层建筑造型及结构发展趋势3)轻质高强材料的运用随着建筑高度的增加，结构面积所占的比例愈来愈大，自重越大，水平地震作用就越大，建筑经济性的问题突出，对高层建筑结构十分不利。结构构件的增加限制了建筑师创作的自由、影响了建筑的美观。因此，在高层建筑中采用高强材料和轻型材料已是必然趋势。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计高层建筑造型及结构发展趋势轻骨料混凝土的应用美国休斯敦贝壳广场1号大厦(OneShellPlaza)高218m，52层轻质高强混凝土重度为18kN／m3折算自重荷载大约是6kN／m2混凝土自重荷载15～18kN／m2铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计第三节钢筋混凝土结构体系框架体系。剪力墙体系。筒体体系。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计框架体系整个结构的纵向和横向全部由框架单一构件组成的体系称为框架体系。优点：平面灵活。缺点：强度低，刚度小，水平位移大，不适合建造12层以上建筑。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计剪力墙体系体系中竖向承重结构全部由一系列横向或纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成。优点：刚度大，测移小，属刚性结构。理论上可以造百层建筑，考虑经济性一般控制在35层、110m高。缺点：剪力墙造价高，间距小，平面不够灵活。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计筒体体系筒体结构由框架或剪力墙合成竖向井筒，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。优点：结构刚度非常大，可以有效将水平推力传到地面；平面较灵活。缺点：剪力滞后现象。类型：实腹筒体；空腹筒体。筒体很少独立使用。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计筒体体系铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计五、常用钢筋混凝土结构体系框支剪力墙框架—剪力墙框架—筒体筒中筒成束筒铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计框支剪力墙体系体系构成特点：用在高层旅馆、高层综合楼。共同特点为上部小空间，底部大空间。上部采用剪力墙，下部采用框架。受力特征：刚度上部大，底部小。在交界处会产生突变。底部抗震性能差，设计时应注意缩小上下部刚度差。底部结构布置：将纵向和横向落地剪力墙集中布置在大空间区域的两端或较为独立的区域，并将纵、横墙体连成整体，形成封闭筒体，最大限度的提高建筑下部刚度铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计工程实例北京中国国际贸易中心中国大饭店铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计工程实例北京中国国际贸易中心中国大饭店铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计框架——剪力墙体系体系构成与受力特征：在框架体系的基础上增设一定数量的纵向和横向剪力墙，并使框架柱、楼板有可靠连接而形成的结构体系。建筑的竖向荷载由框架柱和剪力墙共同承担，而水平荷载则主要由刚度较大的剪力墙来承受。适用范围：刚度适合，建筑设计提供较大的自由度。结构布置：1、剪力墙沿建筑平面的主要轴线方向布置。2、剪力墙的数量适当。3、剪力墙布置分散、均匀。4、适当多设置双肢墙或多肢墙，保证建筑的稳定性。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计工程实例铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计工程实例铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计框架—筒体体系体系构成与受力特征：由筒体和框架共同组成的结构体系称为框架—筒体体系。其中筒体抗推、框架承担竖向荷载。布置特点：一般将筒体集中布置在建筑中央，以保证框架大空间的完整性，提高建筑平面利用率。体系分类：1、芯筒—框架体系，简称核心筒体系；2、多筒—框架体系。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计工程实例铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计工程实例铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计筒中筒体系体系构成与适应范围：由两个及两个以上的筒体内外嵌套所组成的结构体系，称为筒中筒体系。芯筒一般布置成辅助房间和交通空间，多采用实腹墙筒。刚度极大，适合超高层建筑，30层以下无必要，不经济。受力特征：抗侧力极强。外框筒抗弯强，抗剪不强；内筒抗弯不强抗剪墙。相得益彰。设计要点：矩形框筒体系中，长短边比值不宜大于1.5。框筒柱距不宜大于3m，个别可扩大到4.5m，但一般不大于层高。横梁高度在0.6~1.5m左右。开窗面积不宜大于50%，不得大于60%。内筒长宽不应小于外筒的1/3。铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计筒中筒体系铜陵学院建筑工程学院第一章高层建筑结构设计