多高层结构设计第一章.ppt

多高层结构设计第一章本学期学习重点章节本学期学习重点章节n第一章第一章 绪论绪论n第二章第二章 结构选型与结构布置结构选型与结构布置n第三章第三章 荷载与地震作用荷载与地震作用n第四章第四章 结构设计的基本规定结构设计的基本规定n第五章第五章 框架结构设计框架结构设计n第六章第六章 剪力墙结构设计剪力墙结构设计n第七章第七章 框架框架剪力墙结构设计剪力墙结构设计第一章绪论第一章绪论n建筑结构设计中的总体问题建筑结构设计中的总体问题 n高层建筑的定义高层建筑的定义n高层建筑的历史与发展高层建筑的历史与发展n多层与高层建筑结构的特点多层与高层建筑结构的特点n本课程的学习要点本课程的学习要点建筑结构设计中的总体问题建筑结构设计中的总体问题n结构选型与结构布置n荷载与作用（恒、活、雪、风、地震、温度、不均匀沉降等）n计算简图n作用效应计算（内力、变形）n强度、刚度、稳定性、裂缝宽度、舒适度验算n构件设计（墙、柱、梁、板、基础等）高层建筑的定义高层建筑的定义n以高规（高层建筑混凝土结构技术规程）(JGJ 3-2002)的规定为准n10层及10层以上，或房屋高度超过28mn房屋高度指“室外地面以上至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度”n通常将高度超过 100m 或层数在 30 层以上的高层建筑称为超高层建筑超高层建筑。高层建筑的历史与发展高层建筑的历史与发展n古代高层建筑n近、现代高层建筑古代高层建筑多为塔类，材料以砖、石、木材为主。现代高层建筑现代高层建筑n18841885年n美国Chicagon10层n铸铁与钢框架结构n第一座现代意义上的高层建筑美国家庭保险大楼美国家庭保险大楼美国家庭保险大楼美国家庭保险大楼家庭保险大楼家庭保险大楼（Home Insurance Building）建于1885年，位于美国伊利诺伊州伊利诺伊州的芝加哥，楼高10层，42米，公认为世界第一幢摩天建筑，由美国建筑师威廉威廉詹尼詹尼设计。1890年这座大楼又加建2层，增高至55米。最后于1931年拆毁。(1885年到1890年最高)历史上的世界最高摩天大楼历史上的世界最高摩天大楼世界大楼世界大楼（New York World Building），是纽约市纽约市早期的一幢摩天大楼，完工于1890年，在1955年被拆除。它超过家庭保险大楼成为最高摩天大楼。世界大楼拥有地上20层，屋顶高94.2米，含尖顶高106.4米。它的屋顶高度记录于1894年被曼哈顿寿险大楼超越（虽然没有超过它的尖顶高度）。1899年其尖顶高度被公园街大楼超越。（1890-1894）曼哈顿寿险大厦曼哈顿寿险大厦（Manhattan Life Insurance Building）曾经是纽约市纽约市早期的一幢摩天大楼。它拥有348英尺（106.1米）高，18层，完成于1894年并于1904年有一次小幅度的扩建。它代表世界上第一幢高度超过100米大楼的标志。它于1930年被拆毁，改建为欧文信托银行总部大厦。（1894-1899）公园街大楼公园街大楼（英语：Park Row Building）曾经是纽约纽约市市早期的一幢摩天大楼。在1899年完工至1908年胜家大楼完成之前的这段时间，它曾是世界最高的摩天大楼。高度高度119 米(391 英尺)楼层楼层30。（1899-1908）费城大会堂费城大会堂（Philadelphia City Hall）是美国费城的社社区会堂区会堂，建于1901年，这只有9层高大楼楼高167米（548英呎）。建成后曾成为世界最高摩天大楼，7年后（1908年）被胜家大楼取代，但仍然是费城最高建筑物，直到1987年。现为美国国家历史地标（National Historic Landmark）之一，并设有官方网站。胜家大楼胜家大楼（Singer Building）位于美国纽约市纽约市曼哈顿百老汇自由街（Liberty Street），建于1908年，是美国胜家衣车的总部。大楼楼高612英呎（187米），楼层数楼层数47，建成后曾为世界最高摩天大楼，直到翌年（1909年）被同样位于曼哈顿大都会人寿保险大楼取代。最后于1968年拆卸，成为世界最高已拆卸摩天大楼，直到2001年9月11日，世界贸易中心世界贸易中心倒塌为止。（1908-1909）帝国大厦帝国大厦（英语英语：Empire State Building），是位于美国纽约市纽约市的一栋著名的摩天大楼，共有102层，381米，塔尖449米。由Shreeve,Lamb,and Harmon建筑公司设计，1930年动工，1931年落成，只用了410天，它的名字来源于纽约州的别称帝国州（Empire State），所以英文原意“，而”纽约州大厦“实际上是是以英文字面意思”帝国州大厦直接翻译之译法，但因此帝国大厦的译法已广泛流传，故沿用至今。（帝国大厦在1931年1972年曾是全世界最高的大楼。）纽约世界贸易中心纽约世界贸易中心（World Trade Center，1973年2001年9月11日）原为美国美国纽约的地标之一，位于纽约市曼哈顿纽约市曼哈顿岛上，在2001年9月11日发生的九一一袭击事件中倒塌。世贸中心由日裔美籍的建筑师建筑师山崎实（Minoru Yamasaki）设计，由七座建筑组成，最明显的是110层、楼高417（北塔）和415米（南塔）的摩天大楼，北塔在1972年，而南塔在1973年完工，成为当时世界上最高的摩天大楼。但这个头衔并没有维持很久，很快就被西尔斯大楼西尔斯大楼取而代之。韦莱集团大厦韦莱集团大厦（Willis Tower），原名：“西尔斯大厦”，是位于美国伊利诺伊利诺伊州伊州芝加哥的一幢摩天大楼，楼高442.3米，共地上110层，地下3层。大厦在1974年落成，超越纽约纽约的世界贸世界贸易中心易中心，成为当时世界上最高的大楼。落成至2009年7月16日前命名为“西尔斯大厦”（Sears Tower）。2009年7月16日正式更名为韦莱集团大厦韦莱集团大厦。韦莱集团大厦是由建筑师建筑师布鲁斯格雷厄姆(Bruce Graham)和结构工程师法法兹勒汗兹勒汗(Fazlur Khan)所设计。韦莱集团大厦在1973年1998年曾是全世界最高的大楼。98年之前的最高楼全部在美国。双峰塔双峰塔（英语：Petronas Twin Towers，或称佩重纳斯大厦佩重纳斯大厦、马来西马来西亚国家石油大厦亚国家石油大厦、国家石油双塔国家石油双塔、双双子塔子塔），是两栋位于马来西亚马来西亚吉隆坡市区内的摩天大楼，1998年建成，曾经是世界最高的摩天大楼，直到2003年10月17日被台北台北101超越，但仍是目前世界最高的双塔楼，也是世界第5高的大楼。楼高452米，共地上88层，台北台北101（TAIPEI 101）是位于台灣台北市信义区的是位于台灣台北市信义区的一栋摩天大楼。天线尖顶一栋摩天大楼。天线尖顶509.2米米1，屋顶屋顶449.2米，楼层数楼层数101。台北101在2004年2009年曾是全世界最高的大楼。哈里发塔哈里发塔，原称为迪拜塔迪拜塔，是位于阿拉伯联合酋长国阿拉伯联合酋长国的迪拜境内的摩天大楼，于2004年9月21日动工，总建筑师建筑师是芝加哥建筑事务所史基摩尔史基摩尔-欧文斯欧文斯-梅瑞尔梅瑞尔（Skidmore,Owings and Merrill，SOM）的亚德里恩亚德里恩史史密斯密斯（Adrian Smith）。是目前世界第一高楼与建筑建筑，从2007年初开始已有玻璃帷幕玻璃帷幕安装，而金金属属外墙也于2007年6月开始施装，2010年1月4日造价15亿美元的哈里发塔建造完工正式启用，哈里发塔高度为828米（2,717英尺），楼层总数169层楼。哈里发塔自2010年起是全世界最高的大楼。全世界最高的全世界最高的10栋建筑栋建筑1.1.哈里發塔，原称为杜拜塔，2010年1月4日造價15億美元的哈里發塔建造完工正式啟用，哈里發塔高度為828米（2,717英尺），樓層總數169層樓。2.台北台北101（TAIPEI 101）是位於台灣台北市信義區的一棟摩天大樓。由建築師李祖原設計，KTRT團隊建造，是世界已啟用的第二高摩天大樓（不含天線）.天線尖天線尖頂頂509.2米，米，101层。层。台北101在2004年2009年曾是全世界最高的大樓。3.上海环球金融中心上海环球金融中心是位于中国中国上海上海陆家嘴的一栋摩天大楼，目前为中国大陆第一高楼中国大陆第一高楼1、世界第三高楼、世界最高的平顶式大楼，楼高492米，地上101层，开上海环球金融中心公司“发商为，由”日本森大楼公司（森森）主导兴建。4.环球贸易广场环球贸易广场（International Commerce Centre，简称ICC）位于香港西九龙柯士甸道西柯士甸道西1号。第一期（低层楼面）已于2008年9月落成，其余楼面预计于2011年至2012年落成。楼层：118总 层高：484米5.双峰塔双峰塔,是两栋位于马来西亚马来西亚吉隆坡市区内的摩天大楼，曾经是世界最高的摩天大楼，直到2003年10月17日被台北台北101超越，但仍是目前世界最高的双塔楼，也是世界第五高的大楼。楼高452米，共地上88层。7.紫峰大厦紫峰大厦也叫绿地广场绿地广场.紫峰紫峰大厦大厦（Greenland Square Zifeng Tower），位于中国江苏省省会南京市鼓楼区的绿地广场，是一座正在建造的摩摩天大楼天大楼，发展商是上海绿地集绿地集团团及南京国资集团国资集团。该大厦已于2008年9月26日封顶，正式高度为450米，共有楼层89层，目前是世界第七高、中国第三高、大陆第二高的摩天大楼，为江苏省最高的摩天大楼摩天大楼。8.韦莱集团大厦韦莱集团大厦（Willis Tower），原名：“西尔斯大厦”，是位于美国伊利诺伊州伊利诺伊州芝加哥的一幢摩天大楼，楼高442.3米，共地上110层，地下3层。大厦在1974年落成，超越纽约纽约的世界贸易中心世界贸易中心，成为当时世界上最高的大楼。落成至2009年7月16日前命名为“西尔斯大厦”（Sears Tower）。2009年7月16日正式更名为韦莱集团大厦韦莱集团大厦。韦莱集团大厦是由建筑师建筑师布鲁斯格雷厄姆(Bruce Graham)和结构工程师法兹勒汗法兹勒汗(Fazlur Khan)所设计。9.广州国际金融中心广州国际金融中心亦称广广州西塔州西塔，位于中国广州市珠江新城西南部，毗邻花城大花城大道道和珠江西路珠江西路。有440米高，103层，为仅次于中国大陆第3高楼及广州的最高楼。10.金茂大厦金茂大厦（Jin Mao Tower），又称金茂大楼金茂大楼，位于上海浦东新区黄浦江畔的陆家嘴金融贸易区，楼高420.5米，目前是上海第2高的摩天大楼，中国大陆中国大陆第4高楼、世界第10高楼。大厦于1994年开工，1998年建成，有地上88层，若再加上尖塔的楼层共有93层，地下3层，楼面面积27万8,707平方米，有多达130部电梯与555间客房，现已成为上海的一座地标，是集现代化办公楼、五星级酒店、会展中心、娱乐、商场等设施于一体，融汇中国塔型风格与西方建筑技术的多功能型摩天大楼摩天大楼，由著名的美国美国芝加哥SOM设计事务所设计事务所的前任设计合伙人Adrian Smith所设计。14 信兴广场信兴广场，是一座摩天大楼摩天大楼。大楼位于深圳市罗湖区深南东路深南东路，是深圳市的重要标志。因信兴广场所占土地当年拍卖拍得深圳市土地交易最高价格，被称为“地王”，因此公众称之为地王大厦地王大厦。大厦高69层，总高度383.95米米，实高324.8米，是目前深圳第一高楼，也是目前世界第11高的高楼。大厦从1993年开始兴建，于1996年完工。大厦的主要用途是办公室，而大厦顶层也有观光服务，可以俯瞰深圳市景。深圳拟建中国第一高楼，“平安大厦”，高度646米。上海拟建“上海中心大厦”，632米。1 1、水平荷载成为设计的决定性因素、水平荷载成为设计的决定性因素、水平荷载成为设计的决定性因素、水平荷载成为设计的决定性因素 1 1）竖向荷载产生轴向压力与结构高度的一次方成正比；）竖向荷载产生轴向压力与结构高度的一次方成正比；）竖向荷载产生轴向压力与结构高度的一次方成正比；）竖向荷载产生轴向压力与结构高度的一次方成正比；2 2）水平荷载产生的倾覆力矩与高度的二次方成正比。）水平荷载产生的倾覆力矩与高度的二次方成正比。）水平荷载产生的倾覆力矩与高度的二次方成正比。）水平荷载产生的倾覆力矩与高度的二次方成正比。多层与高层建筑结构的特点多层与高层建筑结构的特点2 2、侧移成为设计的控制指标、侧移成为设计的控制指标、侧移成为设计的控制指标、侧移成为设计的控制指标 1 1）结构顶点的侧移）结构顶点的侧移）结构顶点的侧移）结构顶点的侧移 u ut与结构高度与结构高度与结构高度与结构高度 H 的四次方成正比；的四次方成正比；的四次方成正比；的四次方成正比；2 2）结构的侧移与结构的使用功能和安全有着密切的关系；）结构的侧移与结构的使用功能和安全有着密切的关系；）结构的侧移与结构的使用功能和安全有着密切的关系；）结构的侧移与结构的使用功能和安全有着密切的关系；过大侧移会使人产生不安全感；过大侧移会使人产生不安全感；过大侧移会使人产生不安全感；过大侧移会使人产生不安全感；使填充墙和主体结构出现裂缝或损坏，影响正常使用；使填充墙和主体结构出现裂缝或损坏，影响正常使用；使填充墙和主体结构出现裂缝或损坏，影响正常使用；使填充墙和主体结构出现裂缝或损坏，影响正常使用；因因因因P-P-效应而使结构产生的附加内力，甚至破坏。效应而使结构产生的附加内力，甚至破坏。效应而使结构产生的附加内力，甚至破坏。效应而使结构产生的附加内力，甚至破坏。3 3）必须选择可靠的抗侧力结构体系，使结构不仅具有较大的）必须选择可靠的抗侧力结构体系，使结构不仅具有较大的）必须选择可靠的抗侧力结构体系，使结构不仅具有较大的）必须选择可靠的抗侧力结构体系，使结构不仅具有较大的承载力，而且还应具有较大的侧向刚度。承载力，而且还应具有较大的侧向刚度。承载力，而且还应具有较大的侧向刚度。承载力，而且还应具有较大的侧向刚度。3 3、轴向变形的影响在设计中不容忽视轴向变形的影响在设计中不容忽视轴向变形的影响在设计中不容忽视轴向变形的影响在设计中不容忽视 1 1）竖向荷载产生的结构轴向变形对其内力及变形的影响）竖向荷载产生的结构轴向变形对其内力及变形的影响）竖向荷载产生的结构轴向变形对其内力及变形的影响）竖向荷载产生的结构轴向变形对其内力及变形的影响;2)2)对预制构件的下料长度和楼面标高会产生较大的影响；对预制构件的下料长度和楼面标高会产生较大的影响；对预制构件的下料长度和楼面标高会产生较大的影响；对预制构件的下料长度和楼面标高会产生较大的影响；Houston 75Houston 75层的某商业大厦，采用剪力墙和钢柱混合体系，由于层的某商业大厦，采用剪力墙和钢柱混合体系，由于层的某商业大厦，采用剪力墙和钢柱混合体系，由于层的某商业大厦，采用剪力墙和钢柱混合体系，由于钢柱负荷面积大，其底层钢柱压缩变形比墙多钢柱负荷面积大，其底层钢柱压缩变形比墙多钢柱负荷面积大，其底层钢柱压缩变形比墙多钢柱负荷面积大，其底层钢柱压缩变形比墙多260mm260mm。3 3）水平荷载产生的结构轴向变）水平荷载产生的结构轴向变）水平荷载产生的结构轴向变）水平荷载产生的结构轴向变形对其内力及侧移的影响形对其内力及侧移的影响形对其内力及侧移的影响形对其内力及侧移的影响 水平荷载作用下，使竖向结构水平荷载作用下，使竖向结构水平荷载作用下，使竖向结构水平荷载作用下，使竖向结构体系一侧构件产生轴向压缩，另一体系一侧构件产生轴向压缩，另一体系一侧构件产生轴向压缩，另一体系一侧构件产生轴向压缩，另一侧构件产生轴向拉伸，从而产生整侧构件产生轴向拉伸，从而产生整侧构件产生轴向拉伸，从而产生整侧构件产生轴向拉伸，从而产生整体水平侧移。结构层数越高，轴向体水平侧移。结构层数越高，轴向体水平侧移。结构层数越高，轴向体水平侧移。结构层数越高，轴向变形所产生的影响越大。变形所产生的影响越大。变形所产生的影响越大。变形所产生的影响越大。4 4、延性成为结构设计的重要指标、延性成为结构设计的重要指标、延性成为结构设计的重要指标、延性成为结构设计的重要指标 1 1）延性表示构件和结构屈服后，）延性表示构件和结构屈服后，）延性表示构件和结构屈服后，）延性表示构件和结构屈服后，具有承载能力不降低、具有足够塑具有承载能力不降低、具有足够塑具有承载能力不降低、具有足够塑具有承载能力不降低、具有足够塑性变形能力的一种性能。性变形能力的一种性能。性变形能力的一种性能。性变形能力的一种性能。2 2）延性系数）延性系数）延性系数）延性系数：用来衡量延性的大小。：用来衡量延性的大小。：用来衡量延性的大小。：用来衡量延性的大小。3 3）结构的抗震性能决于其）结构的抗震性能决于其）结构的抗震性能决于其）结构的抗震性能决于其“能量吸收与耗散能量吸收与耗散能量吸收与耗散能量吸收与耗散”能力的大小，能力的大小，能力的大小，能力的大小，即决于结构延性的大小。即决于结构延性的大小。即决于结构延性的大小。即决于结构延性的大小。4 4）为了保证结构具有较好的抗震性能，除承载力、刚度外，）为了保证结构具有较好的抗震性能，除承载力、刚度外，）为了保证结构具有较好的抗震性能，除承载力、刚度外，）为了保证结构具有较好的抗震性能，除承载力、刚度外，还需要有较好的延性。可通过加强结构抗震概念设计，采取恰当还需要有较好的延性。可通过加强结构抗震概念设计，采取恰当还需要有较好的延性。可通过加强结构抗震概念设计，采取恰当还需要有较好的延性。可通过加强结构抗震概念设计，采取恰当的抗震构造措施来保证。的抗震构造措施来保证。的抗震构造措施来保证。的抗震构造措施来保证。5 5、结构材料用量显著增加、结构材料用量显著增加、结构材料用量显著增加、结构材料用量显著增加 1 1）对于高层建筑结构，随高度增）对于高层建筑结构，随高度增）对于高层建筑结构，随高度增）对于高层建筑结构，随高度增大，材料用量增大较多。大，材料用量增大较多。大，材料用量增大较多。大，材料用量增大较多。2 2）特别是水平荷载对材料用量影）特别是水平荷载对材料用量影）特别是水平荷载对材料用量影）特别是水平荷载对材料用量影响较大。响较大。响较大。响较大。3 3）结构方案对材料用量影响很大，）结构方案对材料用量影响很大，）结构方案对材料用量影响很大，）结构方案对材料用量影响很大，水平力作用下对结构进行优化设计至水平力作用下对结构进行优化设计至水平力作用下对结构进行优化设计至水平力作用下对结构进行优化设计至关重要。关重要。关重要。关重要。如筒体结构可使结构用钢量大幅度如筒体结构可使结构用钢量大幅度如筒体结构可使结构用钢量大幅度如筒体结构可使结构用钢量大幅度减小，高减小，高减小，高减小，高381m381m的帝国大厦，采用平面的帝国大厦，采用平面的帝国大厦，采用平面的帝国大厦，采用平面框架结构体系，用钢量为框架结构体系，用钢量为框架结构体系，用钢量为框架结构体系，用钢量为206kg/m206kg/m2 2，采用筒体结构采用筒体结构采用筒体结构采用筒体结构,高高高高344m344m的约翰的约翰的约翰的约翰.汉考克汉考克汉考克汉考克大厦用钢量仅为大厦用钢量仅为大厦用钢量仅为大厦用钢量仅为146kg/m146kg/m2 2，高，高，高，高443m443m的的的的西尔斯大厦用钢量仅为西尔斯大厦用钢量仅为西尔斯大厦用钢量仅为西尔斯大厦用钢量仅为161kg/m161kg/m2 2。本课程的学习要点本课程的学习要点n高层建筑结构的选型与布置原则n荷载与地震作用n各类结构体系的受力特点n各类结构的内力与变形的计算方法n各类结构的构件与节点的设计方法