高层建筑结构设计 2结构体系与结构布置 第2章高层建筑的结构体系与结构布置 主要内容 ◆结构体系(重点) ◆结构总体布置(重点) ◆高层建筑的楼盖结构及基础(了解) 问题:高层建筑主要有几种结构体系? 高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、筒体等,由它们可以组成多种结构体系。 框架 框架一剪力墙结构 剪力墙 筒体 框架一核心筒结构}带加强层的高层结构 2.1结构体系 2.1.1框架结构体系 1.定义 框架结构:房屋结构均由梁、柱构件通过节点连接而构成。 异行框架:由L形、T形、Z形或十字形截面柱构成的框架结构。柱截面宽度与填充 墙厚度相同,使用功能良好。 我国最高的钢筋混凝土框架结构:北京长城饭店,18层,局部22层 ◆我国最高的钢框架结构:北京长富宫,26层,94m:; 纵向连系梁 横向主梁 图2.1.2异形柱框架结构平面示例 2.分类 按施工方法不同,可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。 3.变形特点 架结构的侧移一般由两部分组成 (1)水平力引起的楼层剪力,使梁、柱产生弯曲变形,形成框架结构的整体剪切变 形
高层建筑结构设计 2 结构体系与结构布置 -1- 第 2 章 高层建筑的结构体系与结构布置 主要内容 结构体系（重点） 结构总体布置 （重点） 高层建筑的楼盖结构及基础 （了解） 问题：高层建筑主要有几种结构体系 ？ 高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、筒体等，由它们可以组成多种结构体系。 框架 剪力墙 筒体 2.1 结构体系 2.1.1 框架结构体系 1．定义 框架结构：房屋结构均由梁、柱构件通过节点连接而构成。 异行框架：由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形或十字形截面柱构成的框架结构。柱截面宽度与填充 墙厚度相同，使用功能良好。 我国最高的钢筋混凝土框架结构：北京长城饭店，18 层，局部 22 层； 我国最高的钢框架结构：北京长富宫，26 层，94m； 2．分类 按施工方法不同，可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。 3．变形特点 架结构的侧移一般由两部分组成： （1）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变 形us ； 横向主梁 柱 纵向连系梁 框架－剪力墙结构 框架－核心筒结构 带加强层的高层结构
高层建筑结构设计 2结构体系与结构布置 (2)水平力引起的倾覆力矩,使框架柱产生轴向变形(一侧柱拉伸,另一侧柱压缩), 形成框架结构的整体弯曲变形l。 ◆层数不多时,其侧移主要表现为整体剪切变形; (b) 图2.1.3框架结构的侧移 4.优缺点 优点:平面布置灵活,能获得大空间;计算理论较成熟 缺点:侧向刚度较小,水平荷载作用下侧移较大。 框架结构以15-20层以下为宜。 2.12剪力墙结构体系 定义:竖向承重结构全部由剪力墙组成 图2.1.5剪力墙的受力状态 2.变形特点 在竖向荷载作用下,剪力墙是受压的薄壁柱 在水平荷载作用下,剪力墙则是下端固定、上端自由的悬臂柱。 ◆属于刚性结构,对于高宽比较大的剪力墙,侧向变形呈弯曲型。 3.优缺点: 优点:水平承载力和侧向刚度均很大,侧向变形较小; 缺点:结构自重较大;平面布置局限性大,难获得大空间 剪力墙结构高度:几十米-100多米。 ◆框支剪力墙结构 1)将剪力墙结构房屋的底层或底部几层做成框架,亦称为带转换层结构
高层建筑结构设计 2 结构体系与结构布置 -2- （2）水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩）， 形成框架结构的整体弯曲变形ub 。 层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形； 4．优缺点 优点：平面布置灵活，能获得大空间；计算理论较成熟； 缺点：侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大。 框架结构以 15~20 层以下为宜。 2.1.2 剪力墙结构体系 1．定义：竖向承重结构全部由剪力墙组成。 2．变形特点： 在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱； 在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端自由的悬臂柱。 属于刚性结构，对于高宽比较大的剪力墙，侧向变形呈弯曲型。 3．优缺点： 优点：水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小； 缺点：结构自重较大；平面布置局限性大，难获得大空间。 剪力墙结构高度：几十米~ 100 多米。 框支剪力墙结构 1）将剪力墙结构房屋的底层或底部几层做成框架，亦称为带转换层结构
高层建筑结构设计 2结构体系与结构布置 2)破坏特点:转换层上、下层间侧向刚度发生突变,形成柔性底层或底部,在地震 作用下易遭破坏甚至倒塌 3)布置原则:把落地剪力墙布置在两端或中部,并将纵、横向墙围成筒体 囗□口 (b) 图2.1.6带转换层高层建筑结构(部分框支剪力墙结构) ◆短肢剪力墙结构: 一般在电梯部位布置剪力墙形成筒体,其他部位则根据需要,在纵横墙交接处设置短 肢剪力墙,墙肢之间在楼面处用梁连接。(在小高层中应用很广) L.日 图2.1.8某高层商住楼结构平面示意图 2.1.3框架一剪力墙结构体系 1、定义: 当建筑物需要有较大空间,且高度超过了框架结构的合理高度时,可采用框架和剪力 墙共同工作的结构体系 框架柱 框架 剪力墙
高层建筑结构设计 2 结构体系与结构布置 -3- 2）破坏特点：转换层上、下层间侧向刚度发生突变，形成柔性底层或底部，在地震 作用下易遭破坏甚至倒塌。 3）布置原则：把落地剪力墙布置在两端或中部，并将纵、横向墙围成筒体。 短肢剪力墙结构 ： 一般在电梯部位布置剪力墙形成筒体，其他部位则根据需要，在纵横墙交接处设置短 肢剪力墙，墙肢之间在楼面处用梁连接。（在小高层中应用很广） 2.1.3 框架－剪力墙结构体系 1、定义： 当建筑物需要有较大空间，且高度超过了框架结构的合理高度时，可采用框架和剪力 墙共同工作的结构体系。 剪力墙 框架梁 框架柱
高层建筑结构设计 2结构体系与结构布置 2、受力变形特点: 框架-剪力墙结构体系以框架为主,并布置一定数量的剪力墙,通过水平刚度很大的楼 盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载。其中剪力墙承担大部分水平荷载,框架只承担较 小的一部分。 框架-剪力墙 剪力墙 不同结构的变形图 图2.1.10框架与剪力墙的协同作用 水平荷载作用下 框架的侧向变形属剪切型,层间侧移自上而下逐层增大; 剪力墙的侧向变形一般是弯曲型,层间侧移自上而下逐层减小 框架-剪力墙结构,各层楼盖使框架与剪力墙的变形协调一致,其侧向变形介于剪 切型与弯曲型之间,一般属于弯剪型。 3、优点 兼有框架和剪力墙的优点,比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高,比剪 力墙结构布置灵活,可应用于10~20层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。 4、剪力墙的数量和布置 1)剪力墙的数量:不宜过多,以满足位移限值为宜。 2)剪力墙的布置:不宜过长;不宜少于3道,最好做成筒体;对称布置;在纵横向 数量接近;应贯通全高,上下刚度连贯而均匀。 2.1.4筒体结构体系 1、定义:由一个或几个筒体作为竖向承重结构的结构体系 图2.1.11筒体的基本形式 2、分类:实腹筒、框筒和桁架筒
高层建筑结构设计 2 结构体系与结构布置 -4- 2、受力变形特点： 框架-剪力墙结构体系以框架为主，并布置一定数量的剪力墙，通过水平刚度很大的楼 盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载。其中剪力墙承担大部分水平荷载，框架只承担较 小的一部分。 水平荷载作用下 框架的侧向变形属剪切型，层间侧移自上而下逐层增大； 剪力墙的侧向变形一般是弯曲型，层间侧移自上而下逐层减小 框架-剪力墙结构，各层楼盖使框架与剪力墙的变形协调一致，其侧向变形介于剪 切型与弯曲型之间，一般属于弯剪型。 3、优点： 兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高，比剪 力墙结构布置灵活，可应用于 10～20 层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。 4、剪力墙的数量和布置： 1）剪力墙的数量：不宜过多，以满足位移限值为宜。 2）剪力墙的布置：不宜过长；不宜少于 3 道，最好做成筒体；对称布置；在纵横向 数量接近；应贯通全高，上下刚度连贯而均匀。 2.1.4 筒体结构体系 1、定义：由一个或几个筒体作为竖向承重结构的结构体系。 2、分类：实腹筒、框筒和桁架筒
高层建筑结构设计 2结构体系与结构布置 1)实腹筒:钢筋混凝土剪力墙围成的筒体。 2)框筒:布置在房屋四周的密排柱和高跨比很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成 的筒体。 3)桁架筒:将筒体的四壁做成桁架,就形成桁架筒。 3、受力变形特点: 筒体最主要的受力特点是空间性能,在水平荷载作用下,筒体可视为下端固定、顶端 自由的悬臂构件。 注:1)空间性能:按材料力学计算其应力分布特点。 2)剪力滞后现象:对于框筒结构,在翼缘框架中,远离腹板框架的各柱轴力愈来愈 小;在腹板框架中,远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律递减的要快。上述现 象称为剪力滞后。 角柱处 实际应力分布 树料力学解 应力较大 ■■■■■■ 绿架 「树料力举解答 力较小 板■ La最 实际应力分布 (b) 44444荷作用方向 3)产生剪力滞后现象的原因:框筒中各柱之间存在剪力,剪力使联系柱子的窗裙梁 产生剪切变形,从而使柱之间的轴力传递减弱 4)框筒中剪力滞后现象愈严重,参与受力的奚缘框架柱愈少,空间受力性能愈弱。 5)如何减少剪力滞后: 要求设计密柱深梁 ◆建筑平面应接近方形; ◆结构高宽比宜大于3,高度不小于60m; ◆楼板的整体性好。 优缺点 筒体结构具有很大的侧向刚度及水平承载力、很好的抗扭刚度 5、应用 1)筒中筒结构 内筒:一般用实腹筒,可集中布置电梯、楼梯、竖向管道 外筒:框筒(密排柱)或桁架筒做 变形特点:框筒以剪切变形为主,内筒以弯曲变形为主,二者通过楼板联系,共同抵
高层建筑结构设计 2 结构体系与结构布置 -5- 1）实腹筒：钢筋混凝土剪力墙围成的筒体。 2）框筒：布置在房屋四周的密排柱和高跨比很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成 的筒体。 3）桁架筒：将筒体的四壁做成桁架，就形成桁架筒。 3、受力变形特点： 筒体最主要的受力特点是空间性能，在水平荷载作用下，筒体可视为下端固定、顶端 自由的悬臂构件。 注：1）空间性能：按材料力学计算其应力分布特点。 2）剪力滞后现象：对于框筒结构，在翼缘框架中，远离腹板框架的各柱轴力愈来愈 小；在腹板框架中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律递减的要快。上述现 象称为剪力滞后。 (b) 3）产生剪力滞后现象的原因：框筒中各柱之间存在剪力，剪力使联系柱子的窗裙梁 产生剪切变形，从而使柱之间的轴力传递减弱。 4）框筒中剪力滞后现象愈严重，参与受力的翼缘框架柱愈少，空间受力性能愈弱。 5）如何减少剪力滞后： 要求设计密柱深梁； 建筑平面应接近方形； 结构高宽比宜大于 3，高度不小于 60m； 楼板的整体性好。 4、优缺点： 筒体结构具有很大的侧向刚度及水平承载力、很好的抗扭刚度。 5、应用： 1）筒中筒结构 内筒：一般用实腹筒，可集中布置电梯、楼梯、竖向管道 外筒：框筒（密排柱）或桁架筒做。 变形特点：框筒以剪切变形为主，内筒以弯曲变形为主，二者通过楼板联系，共同抵 实际应力分布 翼缘框架 腹 板 框 架 腹 板 框 架 翼缘框架 荷载作用方向 材料力学解答 实际应力分布 角柱处 材料力学解答 应力较大 中部应 力较小