高层建筑结构概念设计优秀课件.ppt

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1、高层建筑结构概念设计第1页，本讲稿共83页 第1章 概述1.1 1.1 引言引言n设计体制的问题：在建筑设计设计体制的问题：在建筑设计的方案阶段，结构工程师一般的方案阶段，结构工程师一般不投入工作。不投入工作。n某些结构工程师知识结构的问某些结构工程师知识结构的问题：注重细节而忽视总体方案。题：注重细节而忽视总体方案。n当前结构设计模式的问题：当前结构设计模式的问题：规范一体化计算机结构设规范一体化计算机结构设计程序计程序 结构工程师对结构工程师对结构概念和结结构概念和结构体系不感兴构体系不感兴趣趣 ，工作缺，工作缺乏创造性乏创造性 限制和限制和约束了约束了业主所业主所想要的想要的空间形空间形

2、式和功式和功能能第2页，本讲稿共83页1.2 1.2 帮助建筑师开拓空间形式与功能帮助建筑师开拓空间形式与功能n有一定复杂性的工程设计，在建筑方案设计阶段，结构工程师的参与是项目设计所必要的知识投入。n在此阶段，需要结构工程师对结构体系的总体认识，对结构受力和变形特性的整体概念，也需要关于结构设计的经验和判断力。第3页，本讲稿共83页【例例1-1】芝加哥第一国家银行大楼芝加哥第一国家银行大楼n业主向往在大楼整个底部有业主向往在大楼整个底部有45层楼高的无柱大空间。层楼高的无柱大空间。结构工程师结构工程师和建筑师首和建筑师首次慷慨和充次慷慨和充分的满主了分的满主了银行家梦寐银行家梦寐以求的底部以

3、求的底部大空间。大空间。第4页，本讲稿共83页【例例1-2】西尔斯大厦西尔斯大厦n110110层、层、442m442m高，束筒结构（每个钢框筒为高，束筒结构（每个钢框筒为22.86m22.86m22.86m22.86m523523）n结构平面图见书中图结构平面图见书中图2-242-24优优越越性性使风荷载的分布趋于合理；使风荷载的分布趋于合理；满足了想租用整层楼房，而面积又不太大的客户要求；满足了想租用整层楼房，而面积又不太大的客户要求；提供了提供了523 523 范围内无柱子的大空间；范围内无柱子的大空间；平均用钢量平均用钢量159.5kg/159.5kg/第5页，本讲稿共83页建筑结构的设

4、计阶段与反馈（书中图建筑结构的设计阶段与反馈（书中图1-41-4）n分阶段设计；分阶段设计；n视方案设计阶段的建筑空间形式为总结构体系；视方案设计阶段的建筑空间形式为总结构体系；n重点突出总体系与主要分体系之间的最佳受力特征；重点突出总体系与主要分体系之间的最佳受力特征；n在初步设计中重视运用近似计算来确认主要分体系和关在初步设计中重视运用近似计算来确认主要分体系和关键构件的截面尺寸（本书第键构件的截面尺寸（本书第4 4章、第章、第5 5章讲）；章讲）；n在设计的主要环节和各阶段之间注重反馈及优化。在设计的主要环节和各阶段之间注重反馈及优化。方案设计阶段方案设计阶段创造创造 初步设计阶段初步设

5、计阶段优化改进优化改进 施工图设计阶段施工图设计阶段出成果出成果第6页，本讲稿共83页【例例1-3】法兰克福商业银行大楼（法兰克福商业银行大楼（61层）层）n招标书中要求：在三角形的建筑平面内，必须有一边是空中花园，而招标书中要求：在三角形的建筑平面内，必须有一边是空中花园，而办公区只能在另外两侧，并且在每层办公区的任何位置上，办公人员办公区只能在另外两侧，并且在每层办公区的任何位置上，办公人员抬头就能看见空中花园。抬头就能看见空中花园。n建筑师的最初想法：将三角形建筑的正面从下到上全部设计成建筑师的最初想法：将三角形建筑的正面从下到上全部设计成空中花园，而将两侧面设计成办公区，并在大楼的中央

6、设置核空中花园，而将两侧面设计成办公区，并在大楼的中央设置核心筒。心筒。n共同合作（有结构工程师参加）的中标方案：在三角形大楼每一侧都共同合作（有结构工程师参加）的中标方案：在三角形大楼每一侧都由由6 6层办公楼区后加插一个层办公楼区后加插一个3 3层楼净高的空中花园，大楼层楼净高的空中花园，大楼3 3个边的个边的空中花园按顺时针方向往上盘旋错层相接；取消核心筒，在空中花园按顺时针方向往上盘旋错层相接；取消核心筒，在建筑平面的建筑平面的3 3个角区设置角筒作为竖向交通通道。个角区设置角筒作为竖向交通通道。角筒角筒错层错层空腹桁架结构体系。空腹桁架结构体系。n初步设计阶段的优化：初步设计阶段的优

7、化：8 8层办公楼区加插一个层办公楼区加插一个4 4层楼净高的空中花层楼净高的空中花园，以改进整体刚度和净使用面积与总建筑面积的比率。园，以改进整体刚度和净使用面积与总建筑面积的比率。n书中图书中图1-9 1-9 结构工程师对设计的态度及其效果结构工程师对设计的态度及其效果第7页，本讲稿共83页1.3 1.3 承载力、刚度、延性为主导的结构概念设计承载力、刚度、延性为主导的结构概念设计 因而，高层建筑结构的抗侧力问题突出因而，高层建筑结构的抗侧力问题突出水平作用效应水平作用效应结构底部倾覆力矩与其高度的平方成结构底部倾覆力矩与其高度的平方成正比正比结构顶部侧移与其高度的结构顶部侧移与其高度的4

8、次方成正比次方成正比第8页，本讲稿共83页n 过大的侧移过大的侧移 对结构造成危害，对结构造成危害，影响正常使用影响正常使用n过明显的摆动过明显的摆动居住者感觉不舒服居住者感觉不舒服抗风抗风要求结构具要求结构具有一定大的有一定大的刚度刚度第9页，本讲稿共83页n抗震结构的刚度不宜过大（刚度大，自振周抗震结构的刚度不宜过大（刚度大，自振周期小，地震作用大）。期小，地震作用大）。n理想的抗震理想的抗震、抗风结构：抗风结构：1 1、应具有一定大的刚度和必要的承载力，、应具有一定大的刚度和必要的承载力，以抵御风荷载和多遇地震；以抵御风荷载和多遇地震；2 2、具有多道抗震防线，在结构局部屈服后、具有多道

9、抗震防线，在结构局部屈服后刚度降低，自振周期增大，地震作用减小；刚度降低，自振周期增大，地震作用减小；3 3、具有足够的延性耗能能力和良好的变形、具有足够的延性耗能能力和良好的变形能力以抵御罕遇地震。能力以抵御罕遇地震。第10页，本讲稿共83页【例1-4】尼加拉瓜美洲银行尼加拉瓜美洲银行 由美籍学者林同炎教授于由美籍学者林同炎教授于19631963年设计，年设计，1818层、层、61m61m高，首开多道防线、刚柔结合的概念设计高，首开多道防线、刚柔结合的概念设计思想于工程实例之先河。思想于工程实例之先河。柔性筒柔性筒H/b7H/b7 4 4个边长为个边长为4.6m4.6m的的L L形柔性筒（其

10、形柔性筒（其H/b=13.3H/b=13.3）通过每层的连梁组成一个通过每层的连梁组成一个11.6m11.611.6m11.6的正方的正方形核心筒（其形核心筒（其H/bH/b5 5），连梁中部开较大的孔），连梁中部开较大的孔洞。洞。第11页，本讲稿共83页n在风荷载和多遇地震下，核心筒具有足够的刚度和承载在风荷载和多遇地震下，核心筒具有足够的刚度和承载力；力；n在罕遇地震下，作为第一道防线的连梁屈服出现塑性铰，在罕遇地震下，作为第一道防线的连梁屈服出现塑性铰，4 4个个L L形柔性筒作为独立的抗震单元，结构刚度降低，自形柔性筒作为独立的抗震单元，结构刚度降低，自振周期增大，阻尼增加，地震作用减

11、小，结构仍具有预振周期增大，阻尼增加，地震作用减小，结构仍具有预期的受力性能。期的受力性能。n震后情况：连梁剪切破坏，墙体未见裂缝。震后情况：连梁剪切破坏，墙体未见裂缝。动力分析见书中表动力分析见书中表1-11-1。与尼加拉瓜美洲银行相距不远的尼加拉瓜中央银行（平面布与尼加拉瓜美洲银行相距不远的尼加拉瓜中央银行（平面布置见书中图置见书中图2-72-7）在此次地震中破坏惨重。）在此次地震中破坏惨重。第12页，本讲稿共83页马那瓜中央银行大厦试问：那一幢破坏严重呢？马那瓜美洲银行大厦第13页，本讲稿共83页尚需重视的一些基本原则尚需重视的一些基本原则 1 1、变复杂为简单，即使结构的受力与传力、变

12、复杂为简单，即使结构的受力与传力途径越简单、越直接明确越好。途径越简单、越直接明确越好。2 2、重视上部结构与其支承结构（构件）整、重视上部结构与其支承结构（构件）整体共同作用。如框支剪力墙的转换梁及钢砼体共同作用。如框支剪力墙的转换梁及钢砼高层建筑的箱基与伐基。高层建筑的箱基与伐基。3 3、能够有效增大高层建筑抗侧力能力、而、能够有效增大高层建筑抗侧力能力、而毋需增加更多成本的若干理念。毋需增加更多成本的若干理念。4 4、注意竖向构件在建筑物自重作用下的压、注意竖向构件在建筑物自重作用下的压缩变形问题。缩变形问题。第14页，本讲稿共83页1.4 结构设计没有唯一解结构设计没有唯一解 全面、完

13、整的理解规范全面、完整的理解规范n在英国规范前言的最后一行告示：在英国规范前言的最后一行告示：“遵守英国遵守英国规范本身，并不意味给予豁免责任。规范本身，并不意味给予豁免责任。”n美国桥梁设计规范中也明确指出：美国桥梁设计规范中也明确指出：“本规范无本规范无法取代设计人员所应具有的专业教育和工程判法取代设计人员所应具有的专业教育和工程判断的训练，所以仅在规范中规定了为保证公共断的训练，所以仅在规范中规定了为保证公共安全的最低要求。安全的最低要求。”n需要全面、完整的理解规范的两个例子。需要全面、完整的理解规范的两个例子。第15页，本讲稿共83页【例例1-51-5】关于柱的轴压比关于柱的轴压比n

14、轴压比的定义：轴压比的定义：轴压比限值的实质是柱子截面在大小偏心受压界轴压比限值的实质是柱子截面在大小偏心受压界限破坏状态下的轴压比。限破坏状态下的轴压比。n抗震规范中所涉及到的影响轴压比限值的因素：抗震规范中所涉及到的影响轴压比限值的因素：结构类型、抗震等级、剪跨比、箍筋形式、柱中结构类型、抗震等级、剪跨比、箍筋形式、柱中是否设芯柱。是否设芯柱。第16页，本讲稿共83页n影响轴压比限值的因素还有：影响轴压比限值的因素还有：柱周边纵向钢筋的配筋率（成正比）；柱周边纵向钢筋的配筋率（成正比）；纵向钢筋的强度（成反比）；纵向钢筋的强度（成反比）；柱截面形式（我国现行规范针对矩形截面柱，圆形截面柱截

15、面形式（我国现行规范针对矩形截面柱，圆形截面柱的延性好于矩形截面柱）；柱的延性好于矩形截面柱）；砼强度等级（成反比）。砼强度等级（成反比）。n可考虑适当上调轴压比限值的情况：可考虑适当上调轴压比限值的情况：1 1、考虑、考虑 的余值适当提高轴压比限值；的余值适当提高轴压比限值；2 2、圆形截面可提高、圆形截面可提高5 510%;10%;可以进行上调的理由：可以进行上调的理由：1 1、实际情况；、实际情况；2 2、轴压比限值的规定为抗震规范中的非强制性条文、轴压比限值的规定为抗震规范中的非强制性条文第17页，本讲稿共83页【例例1-61-6】关于部分框支抗震墙结构（带转换层的高关于部分框支抗震墙

16、结构（带转换层的高层建筑结构、底部大空间剪力墙结构）规定条文的层建筑结构、底部大空间剪力墙结构）规定条文的对象对象n由于功能要求，一些高层的转换层设在由于功能要求，一些高层的转换层设在6 61010层，而层，而“高规高规”的相应条文针对的是的相应条文针对的是8 8度不超度不超过过3 3层、层、7 7度不超过度不超过5 5层为部分框支剪力墙的情层为部分框支剪力墙的情况，当有高位转换层而照套规范条文时，将导况，当有高位转换层而照套规范条文时，将导致转换层下部结构偏于不安全。致转换层下部结构偏于不安全。n本书本书3.7.43.7.4也有此方面的论述。也有此方面的论述。第18页，本讲稿共83页1.5

17、1.5 运用正确的判断力把握设计运用正确的判断力把握设计 对待结构设计软件的态度对待结构设计软件的态度【例例1-71-7】在某在某3131层带转换层的高层建筑结构（转换层位于第层带转换层的高层建筑结构（转换层位于第6 6层）的分析计算中，各软件的表现。层）的分析计算中，各软件的表现。nTBSATBSA程序：将上部框支剪力墙假设为一根薄壁杆件和程序：将上部框支剪力墙假设为一根薄壁杆件和转换梁构成点变形协调，与实际受力情况差别太大，转换梁构成点变形协调，与实际受力情况差别太大，故取跨度为故取跨度为8.7m8.7m的转换梁的截面高度为的转换梁的截面高度为1.6m1.6m竟使梁严竟使梁严重超筋。重超筋

18、。nSATWESATWE程序：配筋量偏大且转换梁内无轴向拉力。若程序：配筋量偏大且转换梁内无轴向拉力。若按此配筋，将导致配筋量大且转换梁跨中附近有可能按此配筋，将导致配筋量大且转换梁跨中附近有可能开裂。开裂。n平面有限元程序：较符合实际受力情况，配筋量总体上少平面有限元程序：较符合实际受力情况，配筋量总体上少于于SATWESATWE的计算结构。的计算结构。第19页，本讲稿共83页n在在T.Y.LinT.Y.Lin设计顾问有限公司，只能用计算机设计顾问有限公司，只能用计算机进行分项荷载的内力分析，其结果经上机工程进行分项荷载的内力分析，其结果经上机工程师自校后交项目工程师校审，工程师再用手算师自

19、校后交项目工程师校审，工程师再用手算进行最不利荷载组合的内力计算和构件截面配进行最不利荷载组合的内力计算和构件截面配筋计算，然后项目工程师终审，再用筋计算，然后项目工程师终审，再用CADCAD出图。出图。n我国目前结构设计存在的主要问题：我国目前结构设计存在的主要问题：1 1、盲目、盲目信赖和依靠一体化计算机结构设计程序；信赖和依靠一体化计算机结构设计程序；2 2、一次性图形输入而无复校；一次性图形输入而无复校；3 3、设计软件自身、设计软件自身存在缺陷；存在缺陷；4 4、尤其是在赶任务时，设计管理、尤其是在赶任务时，设计管理与校审制度不严。与校审制度不严。第20页，本讲稿共83页第第2 2章

20、章 高层建筑结构体系及工程实例高层建筑结构体系及工程实例梁梁板板水平构件（楼、屋盖体系，水平分体系）水平构件（楼、屋盖体系，水平分体系）墙墙 柱柱斜撑斜撑竖向构件竖向构件水平构件水平构件竖向构件竖向构件竖向分体系竖向分体系抗侧力体系抗侧力体系竖向荷载竖向荷载 水平构件水平构件 竖向构件竖向构件 基础基础 地基地基水平荷载水平荷载 抗侧力体系抗侧力体系 基础基础 地基地基第21页，本讲稿共83页抗侧力体系抗侧力体系框架框架剪力墙剪力墙框架框架剪力墙或框架剪力墙或框架筒体筒体框架框架核心筒核心筒框架框架核心筒核心筒伸臂伸臂筒中筒筒中筒束筒束筒巨型框架巨型框架脊骨结构脊骨结构第22页，本讲稿共83页

21、2.1 2.1 框架结构框架结构n地震区的框架应设计成延性框架；地震区的框架应设计成延性框架；n体型复杂的框架应采用加强措施，并应注意在体型复杂的框架应采用加强措施，并应注意在复杂中寻求规则（书中图复杂中寻求规则（书中图2-12-1）；）；n我国最高的钢砼框架结构为北京的长城饭店，我国最高的钢砼框架结构为北京的长城饭店，1818层，层，82.85m82.85m；n由于框架结构的抗侧刚度较小，结构高度增加由于框架结构的抗侧刚度较小，结构高度增加将导致柱子截面过大，按我国将导致柱子截面过大，按我国高规高规、高高钢规钢规给出的最大适用高度较经济合理。给出的最大适用高度较经济合理。第23页，本讲稿共8

22、3页2.2 2.2 剪力墙结构剪力墙结构n现浇剪力墙结构的整体性较好，抗侧刚度和承现浇剪力墙结构的整体性较好，抗侧刚度和承载力大，延性剪力墙抗震性能好（剪力墙的延载力大，延性剪力墙抗震性能好（剪力墙的延性不及框架）。性不及框架）。n剪力墙结构体系中，楼、屋盖一般不设梁，因剪力墙结构体系中，楼、屋盖一般不设梁，因而剪力墙的间距不能很大（而剪力墙的间距不能很大（3 38m8m），建筑空），建筑空间受到限制，适用于住宅、旅馆建筑。间受到限制，适用于住宅、旅馆建筑。n剪力墙结构墙密集，结构刚度大，基本自振周剪力墙结构墙密集，结构刚度大，基本自振周期小，地震作用大，高度很大的剪力墙结构并期小，地震作用大

23、，高度很大的剪力墙结构并不经济。不经济。第24页，本讲稿共83页2.3 2.3 框架框架剪力墙（筒体）和框架剪力墙（筒体）和框架支撑结构支撑结构n框架框架剪力墙结构兼有框架结构布置灵活、延性好和剪剪力墙结构兼有框架结构布置灵活、延性好和剪力墙结构刚度大、承载力高的优点；力墙结构刚度大、承载力高的优点；n框架的变形为剪切型，剪力墙的变形为弯曲型，两者协框架的变形为剪切型，剪力墙的变形为弯曲型，两者协同工作，总变形为弯剪型，使层间变形沿高度表现均同工作，总变形为弯剪型，使层间变形沿高度表现均匀；匀；n框架框架剪力墙结构为双重抗侧力体系，剪力墙为第一剪力墙结构为双重抗侧力体系，剪力墙为第一道抗震防线

24、，框架为第二道抗震防线，结构具有多道道抗震防线，框架为第二道抗震防线，结构具有多道抗震防线。抗震防线。框架框架剪力墙结构剪力墙结构注意区别框筒与框注意区别框筒与框筒筒框架框架剪力墙结构剪力墙结构框架框架筒体结构筒体结构第25页，本讲稿共83页n当高度增至当高度增至4050层时，多采用框架层时，多采用框架筒体结筒体结构，此时建筑多为塔式。构，此时建筑多为塔式。n在框架在框架剪力墙结构中，要注意剪力墙的合理剪力墙结构中，要注意剪力墙的合理数量。在本结构中，要特别注意剪力墙布置，数量。在本结构中，要特别注意剪力墙布置，以免造成较大的偏心。以免造成较大的偏心。n框架框架支撑结构主要用于钢结构，支撑为桁

25、架，支撑结构主要用于钢结构，支撑为桁架，杆件轴向受力，可充分发挥材料的性能。支撑杆件轴向受力，可充分发挥材料的性能。支撑有中心支撑和偏心支撑，抗震结构多采用偏心有中心支撑和偏心支撑，抗震结构多采用偏心支撑，并将水平杆件端部处理成耗能梁段。支撑，并将水平杆件端部处理成耗能梁段。第26页，本讲稿共83页2.4 2.4 框架框架核心筒结构、框架核心筒结构、框架核心筒核心筒伸伸 臂结构臂结构n框架框架核心筒结构：框架布置在周边，筒体布置在中间。核心筒结构：框架布置在周边，筒体布置在中间。其受力与变形特点与框架其受力与变形特点与框架剪力墙（筒体）结构相同，但剪力墙（筒体）结构相同，但高规高规将其归入筒体

26、体系。将其归入筒体体系。框架柱的间距可达框架柱的间距可达9m9m，外框架与核心筒之间的距离可达，外框架与核心筒之间的距离可达10m10m以上，故可获得较大的使用空间。以上，故可获得较大的使用空间。n当建筑高度较大时，可在沿高度的适当位置设置伸臂，当建筑高度较大时，可在沿高度的适当位置设置伸臂，用于加强核心筒与框架的连接，则成为框架用于加强核心筒与框架的连接，则成为框架核心筒核心筒伸臂结构。伸臂结构。采用框架采用框架核心筒核心筒伸臂结构的有名建筑颇多，如上海金茂伸臂结构的有名建筑颇多，如上海金茂大厦、深圳地王大厦及马来西亚双塔等。大厦、深圳地王大厦及马来西亚双塔等。第27页，本讲稿共83页2.5

27、 筒中筒结构n外筒的高宽比小，为剪切型变形；内筒的高宽比大，外筒的高宽比小，为剪切型变形；内筒的高宽比大，为弯曲型变形。故筒中筒结构也为双重抗侧力体系。为弯曲型变形。故筒中筒结构也为双重抗侧力体系。n值得注意的问题：外筒的剪力滞后现象（书中图值得注意的问题：外筒的剪力滞后现象（书中图2-192-19）；）；楼板的厚度（太薄，不能保证足够的平面内刚度；太厚，楼板的厚度（太薄，不能保证足够的平面内刚度；太厚，结构自重过大）。结构自重过大）。n筒中筒适用于筒中筒适用于5050层以上的建筑，为层以上的建筑，为2020世纪世纪60608080年代年代高层建筑的主要体系，并影响了当时高层建筑的审高层建筑的

28、主要体系，并影响了当时高层建筑的审美观念美观念当时提出当时提出“朴素即为美。朴素即为美。”筒中筒筒中筒外筒：框筒或桁架筒外筒：框筒或桁架筒内筒：实腹筒内筒：实腹筒第28页，本讲稿共83页2.6 2.6 束筒结构束筒结构n束筒结构：两个或两个以上的框筒紧靠在一起束筒结构：两个或两个以上的框筒紧靠在一起成成“束束”状排列。束筒中，增加了框筒的角柱状排列。束筒中，增加了框筒的角柱数量，可明显的减少剪力滞后。还可以通过束数量，可明显的减少剪力滞后。还可以通过束筒组成较为复杂的建筑平面（书中图筒组成较为复杂的建筑平面（书中图2-252-25）和）和建筑造型。建筑造型。n著名的采用束筒体系的建筑有芝加哥的

29、西尔斯著名的采用束筒体系的建筑有芝加哥的西尔斯大厦以及被毁于大厦以及被毁于“9.11”9.11”事件的纽约世界贸易事件的纽约世界贸易中心。中心。n我国目前尚未见束筒结构的高层建筑，相关规我国目前尚未见束筒结构的高层建筑，相关规范对此也无明确规定。范对此也无明确规定。第29页，本讲稿共83页2.7 2.7 巨型框架结构巨型框架结构n巨型框架和束筒均可归为多筒结构。巨型框架和束筒均可归为多筒结构。n竖向荷载竖向荷载次结构次结构巨型梁巨型梁巨型柱巨型柱基础体基础体系系地基地基n水平作用水平作用 巨型框架巨型框架基础体系基础体系地基地基第30页，本讲稿共83页n台北台北101101大楼（大楼（1011

30、01层，屋顶高层，屋顶高448m448m，塔桅顶高，塔桅顶高508m508m）采用巨型框架）采用巨型框架核心筒结构体系。核心筒结构体系。n在在2626层及以下周边设置层及以下周边设置8 8根大箱形钢柱和根大箱形钢柱和1212根根小箱形钢柱，从小箱形钢柱，从2727层开始只剩层开始只剩8 8根大箱形钢柱；根大箱形钢柱；n内筒由内筒由1616根箱形柱与斜撑形成桁架筒；根箱形柱与斜撑形成桁架筒；n大致每大致每8 8层设置层设置1 1层楼高的巨型梁。为满主舒适层楼高的巨型梁。为满主舒适度要求，在度要求，在87879292层之间设置悬挂式重力摆锤；层之间设置悬挂式重力摆锤；n为减小屋顶尖塔的鞭梢效应，在

31、为减小屋顶尖塔的鞭梢效应，在498498505m505m之之间设置两组阻尼块。间设置两组阻尼块。第31页，本讲稿共83页2.8 2.8 结构体系的适用范围结构体系的适用范围n书中表书中表2.22.2列出了各钢筋砼结构体系的适宜高列出了各钢筋砼结构体系的适宜高度范围。而度范围。而“抗震规范抗震规范”和和“混凝土高规混凝土高规”中中适用最大高度是指：规范或规程中各项规定所适用最大高度是指：规范或规程中各项规定所适用的房屋高度。当所用的结构体系的高度超适用的房屋高度。当所用的结构体系的高度超出规范或规程中适用最大高度时，应进行超限出规范或规程中适用最大高度时，应进行超限审查并采用相应的措施。审查并采

32、用相应的措施。n规范或规程中有关高宽比限制的条文是一个经规范或规程中有关高宽比限制的条文是一个经验性的参考规定，符合高宽比限制要求的建筑验性的参考规定，符合高宽比限制要求的建筑比较容易满足位移限制条件，如能满足层间位比较容易满足位移限制条件，如能满足层间位移限值及其他条件，对高宽比可适当放宽。移限值及其他条件，对高宽比可适当放宽。第32页，本讲稿共83页2.9 2.9 高层建筑抗侧力结构体系的发展和应用高层建筑抗侧力结构体系的发展和应用结结构构体体系系框架框架剪力墙剪力墙框架框架剪力墙（筒体）剪力墙（筒体）框架框架核心筒核心筒框架框架核心筒核心筒伸臂伸臂框筒框筒实腹筒实腹筒桁架筒桁架筒筒中筒筒

33、中筒束筒束筒多筒多筒巨型结构巨型结构脊骨结构脊骨结构材材料料钢钢钢筋砼钢筋砼组合构件组合构件混合结构混合结构第33页，本讲稿共83页1 1、单种抗侧力体系发展到双（多）重抗侧力体系、单种抗侧力体系发展到双（多）重抗侧力体系2 2、由平面结构向空间结构发展、由平面结构向空间结构发展3 3、平面桁架与空间桁架的应用、平面桁架与空间桁架的应用4 4、抗侧力结构趋向周边布置、抗侧力结构趋向周边布置5 5、创造巨型结构和脊骨结构、创造巨型结构和脊骨结构6 6、组合构件和混合结构的应用、组合构件和混合结构的应用7 7、高强、轻质材料的应用、高强、轻质材料的应用8 8、消能减震结构的发展、消能减震结构的发展

34、9 9、主动控制结构、主动控制结构第34页，本讲稿共83页第3章 抗侧力结构受力、变形特性概念 3.1 3.1 双重抗侧力体系的受力和变形性能双重抗侧力体系的受力和变形性能 单种抗侧力体系单种抗侧力体系（静定或延性差）（静定或延性差）一道抗震防线一道抗震防线 单种抗侧力体系单种抗侧力体系（超静定且延性较好）（超静定且延性较好）多道抗震防线多道抗震防线 双（多）重抗侧力体系双（多）重抗侧力体系第35页，本讲稿共83页双重抗侧力体系的特点双重抗侧力体系的特点n由两种受力和变形性能不同的超静定抗侧力由两种受力和变形性能不同的超静定抗侧力结构组成，每种抗侧力结构都是具有足够的结构组成，每种抗侧力结构都

35、是具有足够的刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷载，并通过楼板连接而协调工作。载，并通过楼板连接而协调工作。n在地震作用下，当其中一种抗侧力结构有所在地震作用下，当其中一种抗侧力结构有所损伤时，另一种抗侧力体系能够承受较大的损伤时，另一种抗侧力体系能够承受较大的地震作用，它能够与损伤的抗侧力结构共同地震作用，它能够与损伤的抗侧力结构共同或单独抵抗后期地震或单独抵抗后期地震。第36页，本讲稿共83页3.1.1 框架剪力墙（筒体）结构框架剪力墙（筒体）结构n在水平作用下，框架呈剪切型变形，剪力墙呈弯曲型变在水平作用下，框架呈剪切型变形，剪力墙呈弯曲型变形，二

36、者协调工作，整体结构呈弯剪型变形。在上部，形，二者协调工作，整体结构呈弯剪型变形。在上部，框架帮剪力墙；在下部，剪力墙帮框架。需注意，即使框架帮剪力墙；在下部，剪力墙帮框架。需注意，即使是在分布水平荷载作用下，结构顶部框架受正剪力，剪是在分布水平荷载作用下，结构顶部框架受正剪力，剪力墙受负剪力。力墙受负剪力。n影响框架剪力墙结构变形曲线形状和框架与剪力墙间影响框架剪力墙结构变形曲线形状和框架与剪力墙间内力分配比例的重要参数是刚度特征值内力分配比例的重要参数是刚度特征值 ，反映二者的反映二者的相对刚度。相对刚度。当当 1 12.42.4时，二者的相对刚度较为适度。当然，同样刚时，二者的相对刚度较

37、为适度。当然，同样刚度和数量的剪力墙的布置也需要符合要求。度和数量的剪力墙的布置也需要符合要求。第37页，本讲稿共83页4 4种情况种情况（1 1）当框架承担的剪力不小于基底剪力的）当框架承担的剪力不小于基底剪力的2020或框架最大层剪力的或框架最大层剪力的1.51.5倍（取二者中的较小值）时，可按框架剪力墙结构设计。倍（取二者中的较小值）时，可按框架剪力墙结构设计。（2 2）当剪力墙承担的基本振型倾覆力矩小于总倾覆力矩的）当剪力墙承担的基本振型倾覆力矩小于总倾覆力矩的5050时，仍属时，仍属框架剪力墙结构，但框架部分的抗震等级按纯框架结构确定，最框架剪力墙结构，但框架部分的抗震等级按纯框架结

38、构确定，最大适用高度可比框架结构适当增加。大适用高度可比框架结构适当增加。（3 3）当框架承担的剪力达不到）当框架承担的剪力达不到(1)(1)中的要求时，不考虑框架的作用，中的要求时，不考虑框架的作用，按剪力墙结构设计。按剪力墙结构设计。（4 4）当结构中的剪力墙数量很少时，应按框架结构设计，但需要注）当结构中的剪力墙数量很少时，应按框架结构设计，但需要注意剪力墙对框架上部的不利影响。意剪力墙对框架上部的不利影响。（1 1）、（）、（2 2）为双重抗侧力体系；）为双重抗侧力体系；（3 3）、（）、（4 4）为非双重抗侧力体系。）为非双重抗侧力体系。第38页，本讲稿共83页3.1.23.1.2筒

39、中筒与框架核心筒筒中筒与框架核心筒n书中表书中表3 31 1为筒中筒结构与框架核心筒结构（无楼板大为筒中筒结构与框架核心筒结构（无楼板大梁）抗侧刚度比较，可见，筒中筒结构的抗侧刚度是框梁）抗侧刚度比较，可见，筒中筒结构的抗侧刚度是框架核心筒抗侧刚度的架核心筒抗侧刚度的3 3倍以上。倍以上。n书表中书表中3 32 2为筒中筒结构与框架核心筒结构（无楼板大为筒中筒结构与框架核心筒结构（无楼板大梁）内力分配比较：在筒中筒结构中，实腹筒分配梁）内力分配比较：在筒中筒结构中，实腹筒分配72.6%72.6%的基底剪力，周边框架分配的基底剪力，周边框架分配66.066.0的倾覆力矩；而在的倾覆力矩；而在框架

40、核心筒中，周边框架分配的基底剪力和倾覆力矩均较框架核心筒中，周边框架分配的基底剪力和倾覆力矩均较小。小。n筒中筒结构无疑属双重抗侧力体系；而对于框架核心筒结筒中筒结构无疑属双重抗侧力体系；而对于框架核心筒结构，需将外框架抵抗的剪力调整增大到构，需将外框架抵抗的剪力调整增大到0.2 0.2 与与1.5 1.5 的的较小值。增加框架核心筒结构抗侧刚度的有效方法是设较小值。增加框架核心筒结构抗侧刚度的有效方法是设连接外柱与内筒的大梁，但将降低房间的净高。连接外柱与内筒的大梁，但将降低房间的净高。第39页，本讲稿共83页3.1.3 3.1.3 混合的框架核心筒结构混合的框架核心筒结构n我国我国“高规高

41、规”的混合结构：钢框架钢筋砼筒的混合结构：钢框架钢筋砼筒体、钢骨砼柱钢筋砼筒体，此外还有钢管砼体、钢骨砼柱钢筋砼筒体，此外还有钢管砼柱钢筋砼筒体。柱钢筋砼筒体。“高规高规”对其提出了外框架对其提出了外框架承担的剪力不能小于承担的剪力不能小于0.25 0.25 与与1.8 1.8 较小值的较小值的规定，以保证其为双重抗侧力体系。规定，以保证其为双重抗侧力体系。n书中图书中图3-103-10为钢框架钢筋砼核心筒典型结构剪为钢框架钢筋砼核心筒典型结构剪力分配及调整分析。如各层剪力均按力分配及调整分析。如各层剪力均按0.25 0.25 取值，取值，上部各层增加太多而没有必要；如层剪力均取上部各层增加太

42、多而没有必要；如层剪力均取1.8 1.8 ，设计剪力有可能不到总剪力的，设计剪力有可能不到总剪力的1010。因此，书。因此，书中建议：中建议：第40页，本讲稿共83页（1 1）8 8度区，各层框架的层剪力取度区，各层框架的层剪力取0.25 0.25 ，为该层的为该层的层剪力。层剪力。（2 2）6 6度区和非地震区，可以按非双重抗侧力体系设计，度区和非地震区，可以按非双重抗侧力体系设计，内筒按承担内筒按承担100100的层剪力设计，外框架可取的层剪力设计，外框架可取0.10.10.15 0.15 。（3 3）对于钢框架钢筋砼核心筒结构，由于：）对于钢框架钢筋砼核心筒结构，由于：周边周边钢框架的抗

43、侧、抗扭刚度小；钢框架的抗侧、抗扭刚度小；钢框架与钢筋砼内筒钢框架与钢筋砼内筒之间徐变性能的差别，当高度很大时，产生明显的竖之间徐变性能的差别，当高度很大时，产生明显的竖向变形差，故应注意建筑高度不能太大。向变形差，故应注意建筑高度不能太大。（4 4）当剪力调整的幅度较大，需增大钢柱截面而导致）当剪力调整的幅度较大，需增大钢柱截面而导致不经济时，可采用钢骨砼土或钢管砼柱框架。不经济时，可采用钢骨砼土或钢管砼柱框架。（5 5）当建筑较高或抗震设防烈度较高时，可采用钢骨）当建筑较高或抗震设防烈度较高时，可采用钢骨砼核心筒，以改善内筒的延性。砼核心筒，以改善内筒的延性。第41页，本讲稿共83页3.2

44、3.2框架核心筒结构与板柱筒体结构的区别框架核心筒结构与板柱筒体结构的区别n在受力与变形性能上：在受力与变形性能上：框架核心筒为双重抗侧力体系；框架核心筒为双重抗侧力体系；板柱剪力墙（筒体）中的板柱结构属弱框架，板柱板柱剪力墙（筒体）中的板柱结构属弱框架，板柱剪力墙（筒体）为非双重抗侧力体系。剪力墙（筒体）为非双重抗侧力体系。n在形式上：在形式上：板柱筒体结构中无梁楼盖的面积较大，无梁柱较多；板柱筒体结构中无梁楼盖的面积较大，无梁柱较多；而框架核心筒结构中的无梁柱少（书中图而框架核心筒结构中的无梁柱少（书中图311b中只有中只有4根），也可能没有无梁柱（如书中图根），也可能没有无梁柱（如书中图

45、35b）。）。第42页，本讲稿共83页3.3 3.3 框架核心筒伸臂结构受力和变形性能框架核心筒伸臂结构受力和变形性能n框架核心筒伸臂结构：在框架核心筒结框架核心筒伸臂结构：在框架核心筒结构中的某一层或几层设置连接内筒与外柱的伸构中的某一层或几层设置连接内筒与外柱的伸臂，以增强结构的抗侧刚度。臂，以增强结构的抗侧刚度。n伸臂使外柱产生更大的内力而使内筒弯矩减少，伸臂使外柱产生更大的内力而使内筒弯矩减少，增强了结构的刚度（书中图增强了结构的刚度（书中图3 31313）。伸臂相）。伸臂相当于有梁板体系框架核心筒中的梁集中设置当于有梁板体系框架核心筒中的梁集中设置在结构的一层或几层，但设置伸臂梁在其

46、所在在结构的一层或几层，但设置伸臂梁在其所在层附近引起竖向构件的内力突变。而在有梁板层附近引起竖向构件的内力突变。而在有梁板体系框架核心筒中，设置伸臂的作用并不明体系框架核心筒中，设置伸臂的作用并不明显。显。第43页，本讲稿共83页设设伸臂的伸臂的优优点：点：增大框架中间柱轴力、增加刚增大框架中间柱轴力、增加刚度减少侧移、减少内筒弯矩度减少侧移、减少内筒弯矩 设伸臂的缺点：设伸臂的缺点：伸臂所在层的上下相邻层的柱伸臂所在层的上下相邻层的柱子内力突变，柱易出现塑性铰子内力突变，柱易出现塑性铰 非地震区非地震区利大于弊；利大于弊；地震区，地震区，须慎重考须慎重考虑虑 第44页，本讲稿共83页3.4

47、 3.4 加强层的概念加强层的概念 1 1、伸臂、伸臂加强构件加强构件 2 2、环向构件、环向构件 3 3、腰桁架和帽桁架、腰桁架和帽桁架 加强层：以上三种加强构件的一种或一种以加强层：以上三种加强构件的一种或一种以 上所在的层位。上所在的层位。第45页，本讲稿共83页3.4.1 3.4.1 伸臂设置的位置和数量伸臂设置的位置和数量（1）当只设一道伸臂时，最佳位置在距底部固）当只设一道伸臂时，最佳位置在距底部固定端以上（定端以上（0.600.67）H之间。之间。（2）设两道伸臂的效果优于一道伸臂，如果一）设两道伸臂的效果优于一道伸臂，如果一道设置在道设置在0.7H以上，则另一道应设置在以上，则

48、另一道应设置在0.5H处。处。（3）多道伸臂可沿高度均匀设置，设置多道伸多道伸臂可沿高度均匀设置，设置多道伸臂时，会进一步减小位移，但位移减小量并不臂时，会进一步减小位移，但位移减小量并不与伸臂数量成正比；设置的伸臂多于与伸臂数量成正比；设置的伸臂多于4道时，道时，减少侧移的效果基本稳定，但可降低内力突变。减少侧移的效果基本稳定，但可降低内力突变。第46页，本讲稿共83页3.4.2 设置伸臂的效果和概念（1 1）在筒中筒结构中，伸臂的作用与密柱深梁的空间作）在筒中筒结构中，伸臂的作用与密柱深梁的空间作用重复，设置伸臂的作用较小，反而引起柱子内力突变，用重复，设置伸臂的作用较小，反而引起柱子内力

49、突变，因此一般不设伸臂。因此一般不设伸臂。（2 2）在框架核心筒结构中，当为非地震区或烈度不高的）在框架核心筒结构中，当为非地震区或烈度不高的地震区，用设置伸臂减小风荷载下的位移是较好的方案选地震区，用设置伸臂减小风荷载下的位移是较好的方案选择；在中等或强烈度区，如层间位移满足要求，则不设伸择；在中等或强烈度区，如层间位移满足要求，则不设伸臂，如不满足要求，应慎重选择伸臂的刚度和数量。臂，如不满足要求，应慎重选择伸臂的刚度和数量。（3 3）设置伸臂的方案：）设置伸臂的方案：设置一道刚度不太大的伸臂；设置一道刚度不太大的伸臂；设置数道刚度不大的伸臂；设置数道刚度不大的伸臂；每层设置刚度较大每层设

50、置刚度较大的楼板大梁。以上方案应根据具体情况经方案比较确的楼板大梁。以上方案应根据具体情况经方案比较确定。定。第47页，本讲稿共83页3.4.3 3.4.3 伸臂的结构形式和连接伸臂的结构形式和连接n伸臂的结构形式：实腹梁、桁架、空腹桁架，伸臂的结构形式：实腹梁、桁架、空腹桁架，通常一层高。通常一层高。考虑建筑和考虑建筑和施工因素施工因素 放在设备层或避难层放在设备层或避难层 布置通道布置通道 便于安装便于安装 以钢桁架为优以钢桁架为优 考虑到施工中外柱与内筒的竖向变形差，伸臂应一考虑到施工中外柱与内筒的竖向变形差，伸臂应一端固接于竖向构件；另一端与竖向构件临时固定或采端固接于竖向构件；另一端