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•本章介绍了高层建筑的重承单体与抗侧力结构单元的主要类型及其组成的各种常用结构体系，并说明了每种结构体系的特点及结构布置要点；•结合国家现行相关规范介绍了各种结构体系的总体控制指标，主要包括：房屋结构的最大适用高度及高宽比限值、变形缝的类型与设置；•对高层建筑基础也作了简要介绍。第2章结构体系教学提示•了解水平力对结构内力及变形影响；•熟悉不同结构体系的特点及适用范围；•熟悉不同结构体系结构布置的要点；•了解各种结构缝的处理；•了解地基基础选型。教学要求2.1高层建筑的承重单体与抗侧力结构单元建筑结构的作用是承受建筑及结构本身的重量以及其他多种多样的荷载和作用，它是一个空间的结构整体。一般来说，建筑的上部结构由水平分体系和竖向分体系组成。水平分体系在能够承受局部竖向荷载作用的同时，尚需承受水平荷载并把荷载传给竖向分体系并保持其界面的结合形状。竖向分体系在传递整个竖向荷载的同时，承受水平荷载并将水平剪力传给基础。竖向分体系必须由水平分体系联系在一起以便有更好的抗弯和抗压曲能力。水平分体系作为竖向分体系的横向支撑将其联接起来，减小其计算长度并影响其侧向刚度及侧向稳定性。竖向分体系的间距也影响水平分体系的选型及布置。建筑结构的基本构件有板、梁、柱、墙、筒体和支撑等，基本构件或其组合如柱、墙、桁架、框架、实腹筒、框筒等便是联系杆件和分体系的“桥梁”，它是建筑结构基本的受力单元，称作承重单体或抗侧力单元。竖向承重单体或抗侧力结构单元是竖向或水平分体系的基本组成部分，它们的抗力是高层建筑结构分体系的抗力的基本组成单元。高层建筑的抗侧力结构尤为重要，要求结构工程师在设计高层建筑结构时认真选择结构体系并布置好结构的抗侧力单元。当采用梁、柱组成的结构体系作为建筑竖向承重结构，并同时承受水平荷载时，称其为框架结构体系。它适用于多层及高度不大的高层建筑。2.2框架结构框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可做成需要较大空间的会议室、餐厅、办公室及工业车间、实验室等，加隔墙后，也可做成小房间。框架结构的构件主要是梁和柱，布置比较灵活；外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。2.2.1框架结构特点1)建筑特点•构件截面惯性矩小，结构侧向刚度较低，侧向变形大•侧移由两部分组成：梁柱弯曲产生的剪切型变形，柱轴向变形产生的弯曲型变形；侧移曲线呈剪切型。２)结构特点•平面结构按两个正交主轴布置，规则，对称。•抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架，梁柱刚结，保证整体性。•尺寸：柱网、梁截面一般不变、柱截面可调。•框架梁、柱中心线宜重合。•楼电梯间不宜设在结构单元的两端及拐角处，因为单元角部扭转应力大，受力复杂，容易造成破坏。2.2.2结构布置要点•框架刚度沿高度不宜突变，以免造成薄弱层。•同一结构单元宜将框架梁设置在同一标高处，尽可能不采用复式框架，避免出现错层和夹层，造成短柱破坏。•框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重之混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。布置要点耗能力强、变形能力大；平面布置灵活；传力明确。抗侧刚度小、变形大；高度受限。框架结构缺点框架结构优点2.2.3结构优缺点框架结构柱网布置举例2.2.4典型框架柱网布置举例框架结构柱网布置举例典型框架柱网布置（二）框架结构柱网布置举例典型框架柱网布置（三）2.3剪力墙结构•用钢筋混凝土剪力墙承受竖向荷载并抵抗侧向力的结构，称为剪力墙结构。2.3.1剪力墙结构特点1.优点侧向刚度大、空间整体性好、抗震性能好；用钢量较省；房间不露梁柱，整齐美观；可以做成平面比较复杂、体形优美的建筑物。剪力墙的侧移曲线呈弯曲型（以弯曲变形为主，包含剪切变形成分）。剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求；多用于住宅或旅馆建筑；结构自重大。2.缺点3.侧向变形剪力墙结构的平面布置举例•单片剪力墙为平面构件，双向布置，规则，对称，间距3～8m（板跨限制）。剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。•剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。•剪力墙的门窗洞口宜成列上下对齐布置，形成明确的墙肢和连梁。宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置。抗震设计时，一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位不宜采用错洞墙；一、二、三级抗震等级的剪力墙均不宜采用叠合错洞墙。2.3.2结构布置要点叠合错洞墙错洞墙联肢墙•截面宜简单、规则，I、L、T型等较好；•较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接；每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2:1；墙肢截面高度不宜大于8m。•应控制剪力墙平面外的弯矩。当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应至少采取措施，减小梁端部弯矩对墙的不利影响。•抗震设计时，一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值，当剪力墙高度超过150m时，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10。•不宜将楼面主梁支承在剪力墙之间的连梁上。•楼面梁与剪力墙连接时，梁内纵向钢筋应伸入墙内，并可靠锚固。•高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为（5～8）:1的剪力墙，一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8:1的剪力墙。短肢剪力墙平面布置相对灵活，自重相对较轻，但抗震性能差。2.4框架—剪力墙结构•剪力墙刚度大，将承担大部分水平力（有时可达80%～90%），整个结构的侧向刚度大大提高。框架则主要承担竖向荷载，提供较大的使用空间，同时承担少部分水平力。•在框架结构中设置部分剪力墙，使框架和剪力墙两者结合起来，共同抵抗水平荷载，就形成了框架—剪力墙结构。结构特点典型的多道抗震防线的结构形式，罕遇地震作用下，连梁先屈服，框架抵御地震作用增加。在水平荷载作用下，框架呈剪切型变形，剪力墙呈弯曲型变形；两者通过楼板协同工作，共同抵抗水平荷载时，其侧向变形呈弯剪型，上下各层间变形趋于均匀，并减小了顶点位移。同时，框架各层间剪力趋于均匀，各层梁柱截面和配筋也趋于均匀。数量多：抗侧刚度大，侧向变形小，布置难度大；数量少：抗侧刚度小，侧向变形大，对框架的抗震要求高。原则：层间位移角限值，一般要求基本震型地震作用下剪力墙部分承受的倾覆力矩不小于结构总倾覆力矩的百分之五十。结构布置要点框架-剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系。关键问题剪力墙的数量和位置按下表进行剪力墙数量的估算：Aw–剪力墙截面面积;Ac—框架柱截面面积;Af—楼面面积。烈度面积比(Aw+Ac)/AfAw/Af7度II类场地3%~5%1.5%~2%8度II类场地4%~6%2%~2.5%底层结构截面面积与楼面面积之比1.剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、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；2.平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙；3.纵、横剪力墙宜组成L形、T形和I形等型式；4.对称布置，刚度分布均匀，减少扭转效应；框架-剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求：5.剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐；6.楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置；7.抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近；8.单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40%；9.剪力墙间距不宜过大楼、屋盖类型非抗震设计抗震设防烈度6、7度8度9度现浇5.0B,604.0B,503.0B,402.0B,30装配整体3.5B,403.0B,402.5B,30注：B为楼面宽度，单位为“m”。现浇层厚度大于60mm的叠合楼板可以作为现浇板考虑。剪力墙间距(取较小值)•板柱结构：2.4板柱—剪力墙结构钢筋混凝土楼板与柱组成的结构。减小层高，可提供大的使用空间；节点抗震性能差，震害严重；结构刚度小，不宜作为高层建筑的抗震结构。•结构特点：在板柱结构中设置剪力墙或钢筋混凝土井筒形成的结构形式。板柱—剪力墙结构1.应布置成双向抗侧力体系，两主轴方向均应设置剪力墙；2.抗震设计时，房屋的周边应设置框架梁，房屋的顶层及地下一层顶板宜采用梁板结构；3.有楼、电梯间等较大开洞时，洞口周围宜设置框架梁或边梁；4.无梁板可根据承载力和变形要求采用无柱帽板或有柱帽板。结构布置要点当采用托板式柱帽时，托板的长度和厚度应按计算确定，且每方向长度不宜小于板跨度的1/6，其厚度不宜小于1/4无梁板的厚度。抗震设计时，托板每方向长度尚不宜小于同方向柱截面宽度与4倍板厚度之和，托板处总厚度尚不宜小于16倍柱纵筋直径。当不满足承载力要求且不允许设置柱帽时，可采用剪力架，此时板的厚度，非抗震设计时不应小于150毫米，抗震设计时不应小于200毫米；托板式柱帽要求6.抗震设计时，板柱—剪力墙结构中各层横向及纵向剪力墙应能承担相应方向该层的全部地震剪力；各层板柱部分除应符合计算要求外，尚应能承担不少于该层相应方向地震剪力的20%。非预应力楼板预应力楼板无柱帽有柱帽无柱帽有柱帽1/301/351/401/455.双向无梁板厚度与长跨之比，不宜小于下表的规定双向无梁楼板的厚度与长跨的最小比值由支撑框架和框架共同承担竖向和水平荷载的结构称为框架—支撑结构。2.5框架—支撑（抗震墙板）结构•框架中设置支撑斜杆，即为支撑框架。支撑框架框架--支撑结构结构特点支撑框架形成竖向桁架，整体受力性能类似于剪力墙，侧移曲线呈弯曲型，刚度大。框架—支撑结构为双重抗侧力结构体系。中心支撑框架偏心支撑框架支撑框架形式中心支撑框架：更适宜抗风结构偏心支撑框架:更适宜抗震结构消能梁段•特点：墙板预制，现场没有湿作业；与现浇剪力墙相比，墙板刚度较小，与钢框架的刚度更加匹配；预制墙板不承担竖向荷载，仅承担水平力引起的层剪力。•框架-墙板结构：用墙板代替钢支撑，嵌入钢框架而形成的结构形式。结构特点2.6筒体结构2.6.1框筒结构由四榀密柱深梁的框架围成的结构体系。框筒为空间结构，抗侧、抗扭刚度和承载力都很大；适用高度大；框筒柱的轴力分布出现剪力滞后现象。柱距大，支撑斜杆横跨建筑的一个面的边长，竖向跨越几个楼层，形成巨型桁架，4片桁架围成桁架筒，形成整体悬臂结构。刚度大，比框筒结构更能充分利用材料。2.6.2桁架筒结构•用稀柱、浅梁和支撑斜杆组成桁架，布置在建筑物周边，形成桁架筒结构。结构特点用框筒作为外筒，在建筑平面的中心做成内筒，就形成筒中筒结构。钢筋混凝土结构的外筒一般采用框筒，内筒为剪力墙围成的内筒；钢结构的外筒用框筒，内筒一般采用钢框筒或钢支撑框架。2.6.3筒中筒结构双重抗侧力结构，侧移曲线呈弯剪型；外框筒平面尺寸大，有利于抵抗倾覆力矩和扭矩；内筒有较大的抵抗水平剪力的能力。结构特点1.筒中筒结构的高度不宜低于60m，高宽比不应小于3。2.筒中筒结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆形或矩形等，内筒宜居中。3.内筒的边长可为高度的1/12～1/15，如有另外的角筒或剪力墙时，内筒平面尺寸还可适当减小。内筒宜贯通建筑物全高，竖向刚度宜均匀变化。4.矩形平面的长宽比不宜大于2。布置要点（一）5.外框筒应符合下列规定：a.柱距不宜大于4m，框筒柱的截面长边应沿筒壁方向布置，必要时可采用T形截面；b.洞口面积不宜大于墙面面积的60%，洞口高宽比宜与层高与柱距之比值相近；c.外框筒梁的截面高度可取柱净距的1/4；d.角柱截面面积可取中柱的1～2倍。6.核心筒或内筒的外墙与外框柱间的中距，非抗震设计大于12m、抗震设计大于10m时，宜采取另设内柱等措施。两个或两个以上的框筒排列在一起，即为束筒结构。2.6.4束筒结构•建筑平面中心为筒体，周边为稀柱框架(普通框架）的结构体系。•可采用钢结构、钢筋混凝土框架—核心筒结构或混合结构。•混合结构：由钢构件、钢筋混凝土构件和组合构件中两种或两种以上的构件组成的结构。2.7框架—核心筒结构结构特点为使周边框架参与抗倾覆、增大结构抗倾覆力矩的能力，在核心筒和框架柱之间设置水平伸臂构件。伸臂构件使一侧框架柱受压，另一侧框架柱受拉，对核心