第4章_高层建筑结构

第四章高层建筑结构•高层建筑结构概述•高层建筑结构体系的结构类型•高层建筑结构体系的设计原则•剪力墙结构•框架－剪力墙结构•筒体结构第一节高层建筑结构概述一.高层建筑定义(1)世界高层建筑委员会1972年建议，将高层建筑划分为以下四类：第一类：916层，高度不超过50m;第二类：1725层，高度不超过75m;第三类：2640层，高度不超过100m;第四类：40层以上，高度100m以上。（2）我国对高层建筑的定义我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3)中规定：10层及10层以上和总高度超过28m的住宅建筑及高度大于24m的其他民用建筑为高层建筑。建筑高度超过100m的建筑均为超高层建筑。注：建筑高度从室外地面至檐口，屋面面层的高度计算，屋顶上的水箱间、电梯机房、排烟机房和楼梯出口小间等设备用房不计入建筑高度内。二.高层建筑的发展概况1.国外高层建筑的发展高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物，至今已有100余年的历史。多年来，世界上最高的高层建筑集中在美国、加拿大，直到80年代末，北美洲一直是世界高层建筑的中心。即北美洲占了84%。第一阶段是19世纪中期以前，由于主要建筑材料是砖石和木材，以及设计手段和施工技术的限制，欧美国家一般只能建造6层及以下的建筑。第二阶段是19世纪中期开始的20世纪50年代初，1855年发明了电梯系统，使人们建造更高的建筑成为可能。家庭保险公司大楼，11层，高55m，建于18841886年，采用铸铁框架承重结构，标志着一种区别于传统砌筑结构的新结构体系的诞生。第三阶段从20世界50年代开始，由于在轻质高强材料、抗风抗震结构体系、施工技术及施工机械等方面都取得了很大进步以及计算机在设计中的应用，使得高层建筑飞速发展。•1972年在纽约建造了世界贸易中心大楼(WorldTradeCenterTowers)，110层，钢结构；•北楼高417m，南楼高415m；•总建筑师为日本的山崎实。进入90年代，亚洲成为经济发展最快的地区，西太平洋沿岸的日本、朝鲜、韩国、中国大陆、台湾、新加坡和马来西亚等国家和地区，陆续建成了超过200m、300m的高层建筑。1990年至今，世界上新建的最高建筑，几乎全部集中在这一地区。一般高度的高层建筑（80—150米）更是大量兴建朝鲜平壤市的柳京饭店，地面以上101层，高305.4m，钢筋混凝土结构位于马来西亚吉隆坡的双塔高层建筑，88层，高451.9m，钢筋混凝土结构2.我国高层建筑的发展(1)我国古代高层建筑的发展公元524年在河南建造了嵩岳寺塔(15层筒结构，高50m)公元704年在西安建造了大雁塔(7层砖木结构，总高64m)公元1055年在河北定县建造了料敌塔(11层筒体结构，高82m)公元1056年山西建造了应县木塔(9层，高67m)，堪称世界木结构的奇迹(2)我国近代高层建筑的发展（四个阶段）第一阶段从新中国成立到60年代末初步发展，20层以下的框架结构1959年建成的北京民族饭店(12层，高47.4m)1964年建成了北京民航大楼(15层，高60.8m)1966年建成了广州人民大厦(18层，高63m)第二阶段为70年代，20—30层，主要用于住宅、旅馆、办公楼1974年建成的北京饭店新楼(20层，高87.4m，是当时北京最高的建筑)上海漕溪路20幢1216层剪力墙住宅楼；北京前门40幢916层大模板施工的剪力墙住宅楼第三阶段为80年代，仅19801983年所建的高层建筑就相当于1949年以来30多年中所建高层建筑的总和。深圳发展中心大厦，(43层，高165.3m，加上天线的高度共185.3m)，是我国第一座大型高层钢结构建筑。第四阶段从90年代开始，（1）高层建筑兴建速度加快1990—1994年间，每年建成10层以上建筑在1000万平方米以上，占全国已建成的高层建筑的40%（2）超高层建筑的发展高层建筑的发展及层数和高度增长更快，建成了多座200米以上的高层建筑三.国内外高层结构实例上海环球金融中心RC核心筒+外伸桁架和巨型型钢）柱(三重结构体系)，101层，高492m，7度抗震设防沈阳房地产交易中心西尔斯大厦四.高层结构受力风建筑物的惯性力从地面矗立的建筑物细高型高层建筑竖立在地面上的悬臂梁剪切破坏弯曲破坏过大振动外力作用下（风、地震等）高层建筑结构的特点A.高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用;B.动力反应不可低估;C.结构轴向变形、剪切变形以及温度、沉降的影响加剧;D.材料用量、工程造价呈抛物线关系增长。第二节高层建筑结构体系的选择和布置•框架结构体系•剪力墙结构体系•框架－剪力墙（框架－筒体）结构体系•筒中筒结构体系钢砼结构各种体系的最大适用高度一.结构体系的选择表4.3.2-1A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（2011年高规）非抗震设计6度7度8度9度框架7060504024框架-剪力墙15013012010050全部落地剪力墙15014012010060部分框支剪力墙13012010080不应采用框架-核心筒16015013010070筒中筒20018015012080板柱-剪力墙110807055不应采用适宜采用的结构体系框架结构框架是由梁和柱刚结而成的平面结构体系。如果整幢结构都由框架作为抗侧向力单元，就称为框架结构体系。一.传力途径竖向荷载：板－次梁－主梁－柱－基础水平荷载：柱（楼盖整体作用）－基础二.适用范围多高层建筑高度：非抗震70m6度60m７度55m8度45m高宽比：非抗震５6度7度４８度3三.优缺点：优点：①平面布置灵活，分隔方便；②整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力；③采用轻质填充材料时，结构自重小。缺点：侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差。正是这一点，限制了框架结构的建造高度四.结构布置•两个主轴方向都应设置框架，设计成双向梁柱抗侧力体系•主体结构不应采用铰接，不宜采用单跨框架•设计成延性框架，强柱弱梁、强剪弱弯、强节点•框架柱网一般不宜超过6～8m，过大的柱网将给实现强柱弱梁及延性框架增加一定困难。剪力墙结构钢筋混凝土结构中，用实心的钢筋混凝土墙片作为抗侧力单元，同时由墙片承担竖向荷载。一.传力途径竖向荷载：板－次梁－主梁－墙－基础水平荷载：墙（楼盖整体作用）－基础二.适用范围高层建筑高度：非抗震150m6度140m７度120m8度100m高宽比：非抗震66度7度6８度5三.优缺点：优点：①整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强；②抗震性能好，设计合理具有较好的塑性变形能力。缺点：受楼板跨度的限制（一般为3～8m），剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活。四.结构布置平面布置墙应正交布置,双向布置立面布置门窗洞口宜上下对齐，成列布置刚度避免突变，上下连续将框架、剪力墙两种抗侧力结构结合在一起使用，就形成了框架－剪力墙结构体系。框架－剪力墙一.传力途径竖向荷载：板－次梁－主梁－墙、柱－基础水平荷载：墙、柱（楼盖整体作用）－基础二.适用范围高层建筑高度：非抗震140m6度130m７度120m8度100m高宽比：非抗震56度7度5８度4结论：1.按纯框架设计后再加了剪力墙，应按框架剪力墙重新设计2.有楼电梯间等布置了少量剪力墙，应按框架剪力墙设计，否则，中部或上部框架偏不安全三.剪力墙布置1.布置原则：均匀、分散、对称、周边2.应沿各主轴方向布置3.布置位置：•竖向荷载较大处•平面变化较大处，•楼电梯间•端部附近•宜贯通建筑物的全高，开洞时，洞口宜上下对齐第六节筒体结构框架－筒体结构、框筒结构、筒中筒结构、多筒结构一.传力途径竖向荷载：板－次梁－主梁－墙、柱－基础水平荷载：内筒受剪为主、外筒抵抗倾覆力矩为主二.适用范围高层建筑高度：非抗震200m6度180m７度150m8度120m高宽比：非抗震66度7度6８度5筒体结构高宽比应大于3,高度应大于60m1.平面布置要求•结构平面布置应简单、规则、对称、减少偏心•平面长度不宜过长，突出部分长度不应过长•凹角和端角不宜设楼电梯间•楼面开洞应满足要求2.竖向布置要求•竖向体型应规则、均匀、避免过大的内收和外挑•结构刚度应下大上小、逐渐均匀变化高层建筑结构布置原则：二.结构平面布置要求•结构平面布置应简单、规则、对称、减少偏心•平面长度不宜过长，突出部分长度不应过长•凹角和端角不宜设楼电梯间•楼面开洞应满足要求1/2B、30％、5m、2m三.结构竖向布置要求•竖向体型应规则、均匀、避免过大的内收和外挑•结构刚度应下大上小、逐渐均匀变化－－70%、80%•应设地下室1.H1/H0.2时，B1/B0.75。2.上部外挑B/B10.9、a4m钢砼高层结构最大高宽比第八节多高层建筑结构基础类型一.独立基础一般应用于多层建筑二.十字交叉梁基础一般应用于多层建筑三.筏形基础一般应用于多高层建筑四.箱形基础一般应用于高层建筑•高层建筑地下室埋深要求：天然地基：H/15桩基础：H/18•高层建筑基础偏心限值：e0.1W/A五.桩基础一般应用于多高层建筑桩型：摩擦桩、端承桩、摩擦端承桩桩间距：3d