高层建筑结构体系及布置原则

高层建筑结构体系及布置原则2.1高层结构的基本受力单元框架剪力墙筒体落地剪力墙框支剪力墙核心筒框筒2.2高层结构体系•框架结构体系优点：布置灵活；缺点：侧向刚度较小。北京长富宫中心26层，90.85m，89年建成。400080008000800080008000400040005800400058006200最经济的层数为10层最适宜的层数为11-13层•框架—支撑结构体系•剪力墙结构体系优点：侧向刚度大缺点：布置受限制广州白云宾馆33层，112.45米，剪力墙结构，1976年建成，国内首栋百米高层。360040008000800066000300036000300066000800080004000360070000785078502300(a)(b)(c)(d)剪力墙北京国际饭店1987年建成，27层，底层层高5m，标准值层层高2.9m，总高度104m，剪力墙厚度为200~600mm。(不小于楼层高度的1/25及160mm)上海花园饭店34层，123m，89年建成。•框架—剪力墙结构体系9×4000=36000750075002000北京民族饭店59年建成，12层框架—剪力墙结构。上海明天广场60层，238m，最高的框架—剪力墙结构，98年建成。•筒体结构体系框筒结构体系筒中筒结构体系束筒结构体系筒体外伸结构体系5.13.437.04.04.04.04.04.03.45.122.835.14.53.33.34.53.93.93.93.93.916.8广东国际大厦1990年建成，63层，底层层高4m，标准层3m，总高200.18米。外筒平面尺寸35.1m×37m，由24根中柱和4根异形角柱组成；内筒为16.8m×22.8m的矩形平面，壁厚300~700mm。香港中环中心广场60层，374米，92年建成。美国西尔斯大厦110层，443米，束筒钢结构，1974年建成。允许位移900mm，实测460mm。用钢76000吨，砼55700立方米，安装了102部高速电梯。1~50层51~66层67~90层91层以上•筒体外伸结构体系•框架—筒体结构体系南京金陵饭店37层，108米，框架-筒体结构，1983年建成。广州中信大厦37层，322米高，97年建成上海金茂大夏1998年建成，框架部分采用了钢骨混凝土，88层，总高度达到421米，是目前中国大陆最高的建筑。深圳地王大厦68层，325m，框架部分为钢结构，96年建成。马来西亚双塔楼88层，450米，框—筒结构，1996年建成。高雄T&C大楼347.6米台北101101层，508米，2004年9月完工•巨型框架结构体系高层建筑中，通常每隔一定的层数就有一个设备层，布置水箱、空调。这些设备层在立面上一般很少布置门窗洞口，因此，可以利用设备层的高度，布置一些强度和刚度都很大的水平构件，即形成水平加强层的作用。这些水平构件既连接建筑物四周的柱子，又将核心筒外柱连接起来，可以约束周边框架核芯筒的变形，减少结构在水平荷载作用下的侧移。香港汇丰银行如何选择结构体系？•选择结构体系通常应考虑两个主要因素：房屋的高度及其用途。•由于不同结构体系的承载力和刚度不同，因此其适用的高度范围也不一样。一般说来，框架结构适用于设防烈度低、多层房屋及层数较少的高层房星。框架－剪力墙结构和剪力墙结构可适用于各种高度的房屋，在层数很多或设防烈度高时，可以采用筒体结构。结构类型非抗震6度7度8度9度框架现浇606060555545452525装配整体式50503525⁄框架-抗震墙现浇1301301301201201001005050装配整体式1001009070⁄剪力墙抗震墙全部落地1401401401201201001006060部分框支1201201201001008080⁄筒体框架-核心筒15014010070筒中筒1801801801501601201207080适用的房屋最大高度（m）•选择结构体系应考虑的第二个因素•是建筑物的用途。目前，国内高层建筑大体上可分为住宅、旅馆、公共性建筑和部分工业建筑，按不同用途可选择结构体系。住宅建筑一般考虑采用剪力墙结构。因为住宅本身要求很多的分隔墙，采用剪力墙结构可以兼作非承重隔墙。用钢量也比框剪结构少，而且室内无外露梁柱，用户比较欢迎。某些情况下(如用框架轻板结构）也可以用框架-剪力墙结构。适宜采用的结构体系2.3高层结构布置原则一、平面布置•简单、规则、对称、减小偏心（平面形心、质量中心和抗侧刚度中心要重合）•高宽比超过限值，需进行整体稳定性和抗倾覆验算•底层大空间的落地剪力墙数量、间距要求•框架剪力墙结构中的剪力墙间距•筒体结构的高宽比不宜太小适用的房屋最大高宽比结构类型非抗震6度7度8度9度框架、板柱-抗震墙554544322框架-抗震墙555554433剪力墙666665544筒体666665544注：（表内数据分别引自《高规JGJ3-91》和《建筑抗震设计规范》（修订））1当有大底盘时，计算高宽比的高度从大底盘顶部算起；2超过表内高宽比和体型复杂的房屋，应进行专门研究。back•框支剪力墙榀数不宜多于同一方向上全部剪力墙榀数的50%，落得剪力墙的间距不宜大于建筑物宽度的2.5倍。back框架剪力墙结构中剪力墙间距的限值楼面形式非抗震设计抗震设防烈度6、7度8度9度现浇≤5B≤60m≤4B≤50m≤3B≤40m≤2B≤30m装配整体≤3.5B≤50m≤3B≤40m≤2.5B≤30m——注：B为楼面宽度back二、竖向布置•规则、均匀，避免过大的外挑和内收。•竖向规则建筑：立面局部收紧尺寸不大于该方向总尺寸的25%；楼层刚度不小于相邻上层刚度的70%，且连续三层的总刚度下降不超过50%。•对于底层大开间建筑，通过增加落地墙体的厚度或提高混凝土等级等措施，使上下层刚度比应控制在一定范围。三、变形缝设置•原则考虑到立面效果、防水处理、施工难度、结构复杂程度、使用方便性等，宜：尽量调整平面尺寸和结构布置，采取构造和施工措施而不设缝；必须设时，则应彻底。（切忌：“分不彻底，连而不牢”、“藕断丝连”）•伸缩缝采取构造措施：☃满足间距要求☃提高温度影响较大部位（如顶层、底层、山墙等）的配筋☃采用有效隔热措施（如保温层、架空层等）☃使用混凝土外加剂减小收缩☃局部（如屋顶）设缝☃设置施工后浇带•沉降缝三种处理方法：☃放——设缝☃抗——端承桩或刚度大的基础☃调——（不同基础形式）调压力差、（施工顺序）调时间差、（计算预留）调标高差•防震缝尽量采取加强措施而不设缝。必须设时，满足最小缝宽要求2.4截面尺寸估算（根据变形限制要求）•会使非结构构件破损•会使人感觉不适•竖向荷载会产生较大的附加弯矩(a)(b)(c)(d)2.5剪力墙的受力特点试验研究发现，当剪力墙上的洞口较小时（图a），剪力墙水平截面内的正应力接近线性分布，仅在洞口附近局部区域有应力集中现象发生，但从整体来讲，洞口对墙体内力的影响可以忽略不计，这类剪力墙称为整截面剪力墙。如果剪力墙上开洞很大，连系梁和墙肢的刚度均较小（图d），在侧向荷载作用下，墙肢内沿截面高度方向几乎每层均有一个反弯点。但由于连系梁和墙肢的截面尺寸比一般的框架梁柱大得多，因而有别于一般框架，这类剪力墙称为壁式框架。当剪力墙上开洞介于上述两者之间时，剪力墙的受力性能也介于(a)、(d)两者之间。根据连系梁刚度的大小，这一范围的剪力墙又可以分为整体小开口剪力墙(b)和联肢剪力墙(c)两种。单榀剪力墙的内力分析可利用计算机进行较精确的有限元分析。从实用出发，工程中常采用简化计算方法。常用的简化计算方法有：材料力学方法(适用于整截面剪力墙和整体小开口剪力墙)连续化方法(适用于联肢剪力墙)D值法(适用于壁式框架)