高层建筑结构设计.ppt

单击此处编辑标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 高层建筑结构设计,单击此处编辑标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高层建筑设计与技术,*,高层建筑设计与技术,建筑学教研室,高层建筑设计与技术,1,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,第一章 高层建筑结构设计,2,第一章 高层建筑结构设计,3,第一章 高层建筑结构设计,4,第一章 高层建筑结构设计,5,第一章 高层建筑结构设计,第一章 高层建筑结构设计,6,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。,第一章 高层建筑结构设计,7,二、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”,第一章 高层建筑结构设计,8,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,第一章 高层建筑结构设计,9,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。,第一章 高层建筑结构设计,10,芝加哥汉考克大厦,第一章 高层建筑结构设计,11,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？,第一章 高层建筑结构设计,12,芝加哥西尔斯,第一章 高层建筑结构设计,13,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。,第一章 高层建筑结构设计,14,香港中国银行大厦,第一章 高层建筑结构设计,15,第二节 高层建筑结构设计的特 点及发展趋势,第一章 高层建筑结构设计,16,一、高层建筑结构的内力与变形,M=qH,2,/2 M=qH,2,/3,=qH,4,/8EI =11qH,4,/120EI,第一章 高层建筑结构设计,17,二、构件的基本形式,线形构件,平面构件,立体构件,第一章 高层建筑结构设计,18,1、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,第一章 高层建筑结构设计,19,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。,第一章 高层建筑结构设计,20,第一章 高层建筑结构设计,21,2、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%。,第一章 高层建筑结构设计,22,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,。,第一章 高层建筑结构设计,23,高宽比的限制,第一章 高层建筑结构设计,24,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。,第一章 高层建筑结构设计,25,结构体系适,用的建筑高度,第一章 高层建筑结构设计,26,四、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,第一章 高层建筑结构设计,27,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；,第一章 高层建筑结构设计,28,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。,第一章 高层建筑结构设计,29,第一章 高层建筑结构设计,30,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,第一章 高层建筑结构设计,31,1,2,3,高层建筑造型及结构发展趋势,第一章 高层建筑结构设计,32,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：,具有最小的风荷载体型系数；,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；,倾斜外柱轴向力的水平分力，可以部分抵消水平荷载。,第一章 高层建筑结构设计,33,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。,第一章 高层建筑结构设计,34,第一章 高层建筑结构设计,35,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。,第一章 高层建筑结构设计,36,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,(One Shell Plaza),高,218m,，,52,层,轻质高强混凝土重度为,18kN,m,3,折算自重荷载大约是,6kN,m,2,混凝土自重荷载,15,18kN,m,2,第一章 高层建筑结构设计,37,第一章 高层建筑结构设计,38,第一章 高层建筑结构设计,39,第一章 高层建筑结构设计,40,第一章 高层建筑结构设计,41,第一章 高层建筑结构设计,42,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。,第一章 高层建筑结构设计,43,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。,第一章 高层建筑结构设计,44,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。,第一章 高层建筑结构设计,45,第一章 高层建筑结构设计,46,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。,第一章 高层建筑结构设计,47,筒体体系,第一章 高层建筑结构设计,48,五、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,第一章 高层建筑结构设计,49,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,第一章 高层建筑结构设计,50,工程实例,北京中国国际贸易中心中国大饭店,第一章 高层建筑结构设计,51,工程实例,北京中国国际贸易中心中国大饭店,第一章 高层建筑结构设计,52,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。,第一章 高层建筑结构设计,53,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,54,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,55,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。,第一章 高层建筑结构设计,56,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,57,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,58,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,0.61.5m,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,。,第一章 高层建筑结构设计,59,筒中筒体系,第一章 高层建筑结构设计,60,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,61,第一章 高层建筑结构设计,62,框筒束体系,体系构成：框筒束体系是由两个及两个以上的框筒并置在一起所形成的结构体系。,受力特征：框筒束体系抗剪力较差，应设置内墙筒，或主轴方向的剪力墙。,第一章 高层建筑结构设计,63,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,64,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,65,第一章 高层建筑结构设计,66,1、短肢剪力墙,这种结构体系一般是在电梯、楼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截面高度为左右的、十、形截面短肢剪力墙，墙肢之间在楼面处用梁连接，并用轻质材料填充，形成使用功能及受力均较合理的短肢剪力墙结构体系。（在小高层中应用很广）,短肢剪力墙：5H/B8；（墙肢数两肢）,一般剪力墙:H/B,8,第一章 高层建筑结构设计,67,第一章 高层建筑结构设计,68,布置原则,1.对齐，拉直,2.分布均匀，数量适中,3.布置于转角、凹凸处，设连系梁,4.避免一字型短肢剪力墙,5.,短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm。,6.可以混合方柱或扁柱布置,第一章 高层建筑结构设计,69,2、异形柱框架,由形、形、形或十字形截面柱构成的异形柱框架结构，截面各肢的肢高肢厚比不大于4。,其柱截面厚度与墙厚相同，一般为180300mm。,梁高500左右，梁跨度36米,适用于12层以下。,第一章 高层建筑结构设计,70,第一章 高层建筑结构设计,71,3、扁柱（异形柱）-筒体体系,交通部分做筒体，其余部分做扁柱和异形柱组合而成,布置原则：柱网规整，对齐，避免转换层；纵横两个方向均应布有柱的长边；异形柱墙肢厚度应大于300mm。,第一章 高层建筑结构设计,72,第一章 高层建筑结构设计,73,第一章 高层建筑结构设计,74,第一章 高层建筑结构设计,75,第一章 高层建筑结构设计,76,第一章 高层建筑结构设计,77,第一章 高层建筑结构设计,78,第一章 高层建筑结构设计,79,第一章 高层建筑结构设计,80,第一章 高层建筑结构设计,81,第一章 高层建筑结构设计,82,第一章 高层建筑结构设计,83,第一章 高层建筑结构设计,84,第一章 高层建筑结构设计,85,第一章 高层建筑结构设计,86,第一章 高层建筑结构设计,87,第一章 高层建筑结构设计,88,第一章 高层建筑结构设计,89,（三）竖筒悬挂体系,1、体系概述,建立竖筒悬挂体系的首要条件是：建筑采用核心式平面布置，结构上可利用楼面中心部位的公用面积做成竖向芯筒，作为结构体系的主要承力构件，然后，在竖向的顶部或者每隔若干层在竖筒的中段，沿径向伸出若干根悬挂桁架，再在每榀桁架的端部各悬挂一根吊杆，以吊挂其下各楼层的楼盖大梁。,第一章 高层建筑结构设计,90,竖筒,第一章 高层建筑结构设计,91,第一章 高层建筑结构设计,92,第一章 高层建筑结构设计,93,第一章 高层建筑结构设计,94,第四节 钢结构体系,高层建筑钢结构根据制作的材料不同，可分为钢结构、钢,混凝土混合结构、型钢混凝土结构和钢管混凝土结构。,第一章 高层建筑结构设计,95,第一章 高层建筑结构设计,96,钢结构的特点,节约结构面积。,减轻结构自重、降低基础工程造价。,缩短施工周期。,抗震性能好。,用钢量大。,耐火性能差。,第一章 高层建筑结构设计,97,第一章 高层建筑结构设计,98,第一章 高层建筑结构设计,99,第一章 高层建筑结构设计,100,钢结构体系,框架体系,框,撑体系,支撑,刚臂体系,框筒体系,筒中筒体系,框束筒体系,巨型支撑筒体系（巨型桁架体系）,巨型框架体系,悬挂体系,第一章 高层建筑结构设计,101,钢混凝土混合结构,第一章 高层建筑结构设计,102,型钢混凝土结构,第一章 高层建筑结构设计,103,第一章 高层建筑结构设计,104,第一章 高层建筑结构设计,105,钢管混凝土结构,第一章 高层建筑结构设计,106,第一章 高层建筑结构设计,107,第一章 高层建筑结构设计,108,第一章 高层建筑结构设计,109,二、钢框架体系,1、做法,把梁柱刚接成整体，形成空间杆系结构,是最早出现、也是最基本的抗侧力体系,2、特点,A、平面布置比较灵活，可以获得大空间,B、安装简单方便，造价相对较低,C、应用于30层以内的高层建筑,结构种类,结 构 体 系,非抗震,设 防,抗震设防烈度,6,、,7,8,9,钢结构,钢框架,110,110,90,70,框架,-,支撑（剪力墙板）,260,220,200,140,各类筒体,360,300,260,180,第一章 高层建筑结构设计,110,3、实例,长富宫中心,北京，地上25层，地下2层,94m，1987年建成,2层以下和地下室为型钢砼结构,以上全部为钢框架结构,第一章 高层建筑结构设计,111,第一章 高层建筑结构设计,112,三、钢框架 支撑体系,1、做法,把钢框架和支撑桁架共同组合，作为抗侧力体系,第一章 高层建筑结构设计,113,2、特点,A、平面布置比较灵活，不能获得大空间,B、安装较为简单方便,C、应用于30,60层的高层建筑,D、抗侧力刚度比钢框架大,结构种类,结 构 体 系,非抗震,设 防,抗震设防烈度,6,、,7,8,9,钢结构,钢框架,110,110,90,70,框架,-,支撑（剪力墙板）,260,220,200,140,各类筒体,360,300,260,180,第一章 高层建筑结构设计,114,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,115,钢框架-核心体,土,第一章 高层建筑结构设计,116,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,117,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,118,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,119,筒中筒结构体系,第一章 高层建筑结构设计,120,工程实例,第一章 高层建筑结构设计,121,第一章 高层建筑结构设计,122,第一章 高层建筑结构设计,123,第一章 高层建筑结构设计,124,第一章 高层建筑结构设计,125,悬挂结构,第一章 高层建筑结构设计,126,第一章 高层建筑结构设计,127,第一章 高层建筑结构设计,128,第五节 高层建筑其他结构设计,一、带转换层设计,第一章 高层建筑结构设计,129,转换层的类型,第一章 高层建筑结构设计,130,第一章 高层建筑结构设计,131,第一章 高层建筑结构设计,132,第一章 高层建筑结构设计,133,第一章 高层建筑结构设计,134,第一章 高层建筑结构设计,135,第一章 高层建筑结构设计,136,二、旋转餐厅结构设计,1、旋转餐厅的类型,顶层、电梯间、环形轨道、6090分钟一圈。,外挑型、内收型、半挑半收型,2、旋转餐厅承重结构,悬挂式、挑托式、直接支承式,第一章 高层建筑结构设计,137,第一章 高层建筑结构设计,138,三、高层建筑主楼裙房,基础交接,设计,第一章 高层建筑结构设计,139,第一章 高层建筑结构设计,140,第一章 高层建筑结构设计,141,第一章 高层建筑结构设计,142,第一章 高层建筑结构设计,143,第一章 高层建筑结构设计,144,第一章 高层建筑结构设计,145,The end!,第一章 高层建筑结构设计,146,