高层建筑结构体系.ppt

第二节高层建筑结构与造型高层建筑高层建筑造型造型设计与设计与结构结构密切相关密切相关设计中要对高层建筑的受力特点和设计中要对高层建筑的受力特点和结构结构选型选型有整体认识。有整体认识。结构构思也可成为高层建筑造型设计的结构构思也可成为高层建筑造型设计的基点与灵感源泉。基点与灵感源泉。结构形式结构形式由房屋性质、层数、高度和在由房屋性质、层数、高度和在物质技术条件等因素确定物质技术条件等因素确定 一一 、从建筑材料划分高层结构形式、从建筑材料划分高层结构形式砌体结构砌体结构 普通砌体用于多层建筑，高层建筑用配筋砌体普通砌体用于多层建筑，高层建筑用配筋砌体钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 承载力高、刚度好、抗震好、耐火耐久性好；自重大、承载力高、刚度好、抗震好、耐火耐久性好；自重大、构件断面大、湿作业、施工周期长。构件断面大、湿作业、施工周期长。钢结构钢结构 初期的主要形式，自重轻、构件断面小、抗震好、施工初期的主要形式，自重轻、构件断面小、抗震好、施工快；用钢量大、耐火性差、造价高。快；用钢量大、耐火性差、造价高。钢钢钢筋混凝土混合结构钢筋混凝土混合结构 钢筋混凝土做筒体或剪力墙，钢框架依附其上承受竖向钢筋混凝土做筒体或剪力墙，钢框架依附其上承受竖向荷载。可充分发挥两种材料的优势。荷载。可充分发挥两种材料的优势。二、高层建筑结构体系二、高层建筑结构体系高层建筑结构特点：高层建筑结构特点：1、高度大、竖向荷载大，要求结构有很高的承载力。、高度大、竖向荷载大，要求结构有很高的承载力。2、水平力大（风和地震产生），作用高度高。建筑、水平力大（风和地震产生），作用高度高。建筑底部产生很大的弯矩和倾覆力矩。底部产生很大的弯矩和倾覆力矩。3、顶部位移大。会造成轴力的改变，偏心增大。要、顶部位移大。会造成轴力的改变，偏心增大。要求具有很好的抗侧力抗侧向位移的性能。求具有很好的抗侧力抗侧向位移的性能。4、房屋易产生扭转。房屋刚度中心与地震力合力作、房屋易产生扭转。房屋刚度中心与地震力合力作用线相距较远时，则产生附加扭矩。要求结构中心用线相距较远时，则产生附加扭矩。要求结构中心与质量中心尽量接近。与质量中心尽量接近。设计要求设计要求结构要有足够得强度和抗侧推刚度。结构要有足够得强度和抗侧推刚度。抗震设计到达到抗震设计到达到“小震不坏、大震不倒小震不坏、大震不倒”结构要有一结构要有一定的延性，即塑性变形能力定的延性，即塑性变形能力要从材料、结构体系、结构总体布置、构件设计、节要从材料、结构体系、结构总体布置、构件设计、节点连接构造上采取措施。点连接构造上采取措施。高层建筑结构体系分类高层建筑结构体系分类（一）纯框架体系（一）纯框架体系（一）纯框架体系（一）纯框架体系整个结构的纵向与横向全部由框架单一构件组成的体系整个结构的纵向与横向全部由框架单一构件组成的体系1、结构特征、结构特征 竖向承重由框架组成，水平刚度小、承载力低、位移大、为柔性结构体系。2、适适用用范范围围 615层，最经济是10层，高烈度地区不用。3、特、特点点 空间较大、平面布置灵活。4、柱网尺寸、柱网尺寸 跨度49米之间，梁高h=（1/151/10）L；梁宽b=（1/21/3）h。柱截面高不小于300（矩形）350（圆形）高宽比不大于35、开间、开间 住宅3.34.5米，公建6.67.5m4、结构布置与建筑设计原则结构布置与建筑设计原则 （1）、横向布置剪力墙 间距 36.6m，刚度好、空间小，用于住宅、旅馆等。（2）、纵向布置剪力墙 （3）、纵横向布置剪力墙 （4）、建筑物高宽比h/b6（三三）筒体）筒体结结构构（1 1）结构特征）结构特征 筒筒体体结结构构由由框框架架或或剪剪力力墙墙围围合合成成竖竖向向井井筒筒，并并以以各各层层楼楼板板将将井井筒筒四四壁壁相相互互连连接接起起来来，形形成成一一个个空空间间构构架架，比比单单片片框框架架或或剪剪力力墙墙的的空空间间刚刚度度大大得得多多，不不仅仅能能承承受受竖竖向向荷荷载载，而而且且能能承承受受很很大大的的水水平平荷荷载载。筒筒体体结结构构适适用于超高层建筑，尤其在地震区更能显示其优越性。用于超高层建筑，尤其在地震区更能显示其优越性。实腹式筒体：实腹式筒体：由剪力墙围合的筒体（墙式筒体、墙筒）由剪力墙围合的筒体（墙式筒体、墙筒）空空腹腹式式筒筒体体：由由密密集集立立柱柱围围合合的的筒筒体体（框框架架式式筒筒体体、框框筒）筒）（2 2）适用范围）适用范围 超高层建筑都用筒体结构超高层建筑都用筒体结构（3 3）特）特 点点 可将受力构件集中，创出较大的室内空间。可将受力构件集中，创出较大的室内空间。（4 4）筒体结构的布置筒体结构的布置 常常用用平平面面形形状状有有：圆圆形形、椭椭圆圆形形、矩矩形形、三三角角形形、多多边边形等。轴对称或中心对称。形等。轴对称或中心对称。矩形框筒：矩形框筒：长短边比不宜大于长短边比不宜大于1.51.5。框筒柱距不宜大于框筒柱距不宜大于3m3m；个别可扩大到；个别可扩大到4.5m4.5m，但不宜大于层高。，但不宜大于层高。（四四四四）体系体系体系体系组组合合合合 根根据据建建筑筑功功能能的的需需要要和和结结构构受受力力的的特特点点，可可将将上上述述基基本本体体系系重重新新组组合合，形形成成框框支支剪剪力力墙墙、框框架架-剪剪力力墙墙、框架、框架-筒体、筒中筒、束筒等筒体、筒中筒、束筒等结结构体系。构体系。4.14.1框支剪力框支剪力墙墙体系体系用框架支承剪力墙 下部采用框架适用于空间需求。适用于高层旅馆、综合楼等。上部刚度大，底部刚度小；交接处易产生突变。设计中要考虑减力的向下传递。实实例：例：框支剪力框支剪力墙墙体系体系北京中国大饭店北京中国大饭店地上地上2121层，底下层，底下2 2层，高层，高76m76m底层层高底层层高6m6m，标准层，标准层2.95m2.95m，3 3层以下框架层以下框架剪力墙，四层以上剪力墙。剪力墙，四层以上剪力墙。4.24.2框架框架框架框架剪力墙体系剪力墙体系剪力墙体系剪力墙体系 1、结构特征、结构特征 框架中布置剪力墙，并使楼板与框架有可靠连接的结构体系。竖向荷载由剪力墙和框架承担，水平荷载由剪力墙承担。2、适用范围、适用范围 绝大多数高层建筑都为框架剪力墙结构。1525层较多，非地震区120m，7度区可达100m，8度区90m，9度区40m。3、特、特点点 结构布置较灵活，为现常用结构。4、结构布置与建筑设计的原则、结构布置与建筑设计的原则 1）剪力墙平面位置 应使建筑结构相协调。利用山墙、楼梯电梯井周围的墙。（1）地震区应纵、横两方向布置，非地震区可单横向。（2）宜对称布置，设在建筑端部，平面变化及净荷载大的部位。（3）剪力墙中心线应与柱形心重合，利于传力。2）剪力墙高度布置上应贯通全高、厚度不变；尽量不开洞，必开时面积应小于16%3）剪力墙间距不宜过大 L/B4。现浇板,L/B2。5 装配板（L剪力墙间距，B房屋宽度）4）建筑高宽比不宜大于h/b=45 4.3 4.3 框架框架-筒体体系筒体体系有筒体和框架共同组成的结构体系有筒体和框架共同组成的结构体系1、结构特征、结构特征发挥筒的抗侧推刚度强特点，作为主要抗侧力构件，承发挥筒的抗侧推刚度强特点，作为主要抗侧力构件，承担水平力，框架承担重力荷载。担水平力，框架承担重力荷载。通常将公共设施及服务用房集中在筒内，框架创造较通常将公共设施及服务用房集中在筒内，框架创造较大使用空间。大使用空间。2、结构类型、结构类型核心筒框架体系核心筒框架体系筒布置在核心框架布置在外围。筒布置在核心框架布置在外围。p11图图1-10多筒框架体系多筒框架体系两个以上的筒与框架组合。两个以上的筒与框架组合。p11图图1-11两个端筒两个端筒+框架框架p12图图1-12核心筒核心筒+端筒端筒+框架框架p12图图1-13核心筒核心筒+角筒角筒+框架框架p11图图1-10核心筒框架体系核心筒框架体系4.4筒中筒结构体系 有两个及以上的筒内外嵌套组成有两个及以上的筒内外嵌套组成1、结构特征、结构特征 筒筒嵌套抗侧力性能好，形成的内部空间较大，一般筒筒嵌套抗侧力性能好，形成的内部空间较大，一般内筒用实腹筒外筒用空腹筒。内外筒之间内筒用实腹筒外筒用空腹筒。内外筒之间通过楼板连通过楼板连成整体成整体 如世贸中心、香港合和中心和深圳国贸大厦等均采用如世贸中心、香港合和中心和深圳国贸大厦等均采用该结构体系。该结构体系。外筒开窗面积不宜大于外筒开窗面积不宜大于50%，不得大于，不得大于60%内筒长宽均不应小于外筒的内筒长宽均不应小于外筒的1/32、适用范围、适用范围 30层以上。办公旅馆等层以上。办公旅馆等超高层超高层建筑。建筑。（5 5）筒体结构的类型筒体结构的类型（1 1）单筒结构：单筒很少单独使用，通常和框架组合，）单筒结构：单筒很少单独使用，通常和框架组合，根据根据 二者位置关系的不同，有外筒内框架和内筒外框二者位置关系的不同，有外筒内框架和内筒外框架两种布置方式。架两种布置方式。（2 2）筒中筒结构：内外套置的几层筒体，内外筒之间）筒中筒结构：内外套置的几层筒体，内外筒之间 通过楼板连成整体，筒中筒比单筒有更好的抗推能力。通过楼板连成整体，筒中筒比单筒有更好的抗推能力。如世贸中心、香港合和中心和深圳国贸大厦等均采用该如世贸中心、香港合和中心和深圳国贸大厦等均采用该结构体系。结构体系。外筒开窗面积不宜大于外筒开窗面积不宜大于50%50%，不得大于，不得大于60%60%内筒长宽均不应小于外筒的内筒长宽均不应小于外筒的1/31/3（3 3）束筒结构：若干个筒体相并列，美国芝加哥西尔）束筒结构：若干个筒体相并列，美国芝加哥西尔斯大厦就是采用的束筒结构。斯大厦就是采用的束筒结构。4.4束筒体系 若干个筒体相并列，连结成一个结构体系。若干个筒体相并列，连结成一个结构体系。1 1、结构特征、结构特征 束筒抗弯能力抗剪能力及抗侧移刚度得到极束筒抗弯能力抗剪能力及抗侧移刚度得到极大提高。大提高。每一个筒单元可以是不同的平面形式，可以在每一个筒单元可以是不同的平面形式，可以在不同的高度终止，不影响结构完整性。不同的高度终止，不影响结构完整性。2 2、适用范围、适用范围 高烈度高烈度110110层以下建筑层以下建筑 美国芝加哥西尔斯大厦就是采用的束筒结构。美国芝加哥西尔斯大厦就是采用的束筒结构。三、高层建筑造型设计三、高层建筑造型设计 一、造型设计的影响因素一、造型设计的影响因素一、造型设计的影响因素一、造型设计的影响因素 结结构构与与工工程程技技术术，功功能能，气气流流与与地地震震因因素素，环环境境规规划划与艺术，采光与艺术，采光二、设计的原则二、设计的原则二、设计的原则二、设计的原则 1、满满足足功功能能要要求求 功功能能为为建建筑筑之之根根本本，但但不不可可机机械械的的依依附，否则成为功能主义。附，否则成为功能主义。2、创创造造美美的的空空间间环环境境 建建筑筑内内部部空空间间外外部部形形象象尺尺度度、对比、体量、虚实、韵律、均衡。对比、体量、虚实、韵律、均衡。3、符符合合结结构构及及受受力力特特点点 不不同同于于低低层层和和多多层层建建筑筑，水水平平力力成成为为主主要要因因素素，抗抗侧侧移移高高厚厚比比。风风力力要要求求体体型型流流畅畅流体力学。流体力学。4、周密考虑周围环境因素、周密考虑周围环境因素 规划要求，第五立面（泰山规划要求，第五立面（泰山大酒店），阴影区对周围的影响，缝隙缝和涡流。大酒店），阴影区对周围的影响，缝隙缝和涡流。一、基本体型一、基本体型一、基本体型一、基本体型 1、方形和棱主体 深圳国际贸易中心，迈阿米地铁机关大楼（结构选型p63）2、圆柱和椭圆柱体 p63a、e；3、三棱主体 广州汽车大厦、美国4、角锥和收分体 芝加哥第一国家银行60层（结构选型p61）5、其它形式 十字型 新月型 加拿大多伦多市政厅 Y 型 北京便门住宅、大连胜利路住宅结构选型p105）L 型 图2-16 梯 型 图2-17深圳 国际贸易中心方形和棱主体 圆柱和椭圆柱体 角锥和收分体1、其它形式 高层建筑结构发展趋势高层建筑结构发展趋势 高层建筑的发展原因一种是确因土地紧张向高发展 香港、东京、新加坡 一种是为某种象征，或轰动效果 中国上海、迪拜、双塔结构的发展趋势有以下几方面：结构的发展趋势有以下几方面：1 1、竖向抗推体系支撑化、周边化、空间化、竖向抗推体系支撑化、周边化、空间化 高层建筑结构设计要解决的高层建筑结构设计要解决的核心问题核心问题是建立是建立有效的抗水平力的竖向抗推系统。有效的抗水平力的竖向抗推系统。发展过程：发展过程：发展过程：发展过程：框架框架剪力墙剪力墙筒体筒体框筒框筒 框筒中增设支撑或斜向抗剪墙板框筒中增设支撑或斜向抗剪墙板抗剪体系抗剪体系抗剪体系抗剪体系 从中心从中心从中心从中心 房屋周边房屋周边房屋周边房屋周边 或分散布置或分散布置或分散布置或分散布置 立体支撑立体支撑立体支撑立体支撑 巨大角柱巨大角柱巨大角柱巨大角柱+交叉斜杆交叉斜杆交叉斜杆交叉斜杆2 2、建筑体型革新化、建筑体型革新化 由过去的方盒子由过去的方盒子由过去的方盒子由过去的方盒子 多种体型多种体型多种体型多种体型 圆锥体优点圆锥体优点圆锥体优点圆锥体优点 较小的风荷载体型系数较小的风荷载体型系数较小的风荷载体型系数较小的风荷载体型系数 减少风和地震作用，缓和了抗倾覆问题减少风和地震作用，缓和了抗倾覆问题减少风和地震作用，缓和了抗倾覆问题减少风和地震作用，缓和了抗倾覆问题 倾斜外柱轴力的水平分力抵消部分水平荷载倾斜外柱轴力的水平分力抵消部分水平荷载倾斜外柱轴力的水平分力抵消部分水平荷载倾斜外柱轴力的水平分力抵消部分水平荷载 连体高层连体高层连体高层连体高层（将各独立体通过连体构成一个整体）（将各独立体通过连体构成一个整体）（将各独立体通过连体构成一个整体）（将各独立体通过连体构成一个整体）结构从悬臂结构从悬臂结构从悬臂结构从悬臂 巨型框架，刚度提高巨型框架，刚度提高巨型框架，刚度提高巨型框架，刚度提高 适合体型平面刚度相同或相近的独立体连接适合体型平面刚度相同或相近的独立体连接适合体型平面刚度相同或相近的独立体连接适合体型平面刚度相同或相近的独立体连接 采用双轴对称的形式采用双轴对称的形式采用双轴对称的形式采用双轴对称的形式 连接体与主体刚性连接并采取构造措施连接体与主体刚性连接并采取构造措施连接体与主体刚性连接并采取构造措施连接体与主体刚性连接并采取构造措施圆锥体圆锥体圆锥体圆锥体连体高层连体高层连体高层连体高层3 3、轻质高强材料的运用、轻质高强材料的运用 原因：原因：原因：原因：建筑越高结构面积比重大，不经济 自重大地震水平作用大，对结构不利 苯大的构件影响建筑创作和美观轻质材料：轻质材料：轻骨料混凝土、轻型隔墙、轻质外墙板高强材料：高强材料：高强钢、高强混凝土（多层中常用C25、C30 高强C80C120，C400。我国可生产C60C80）型钢混凝土型钢混凝土：钢筋混凝土中的钢筋换成型钢钢管混凝土：钢管混凝土：在钢管内灌注混凝土。轻骨料混凝土：轻骨料混凝土：骨料强度大密度小高性能混凝土高性能混凝土：抗弯、折能力强，弹性韧性强