第13章_高层建筑结构课件

1、Architecture Configuration土木工程学院建筑结构选型第13章 高层建筑结构13.1 概述13.1.1 高层建筑结构特点n占地面积小、获得建筑面积多：占地面积小、获得建筑面积多：对城市造成热岛效应对城市造成热岛效应 或影响周边采光，玻璃幕墙可能造成光污染现象。或影响周边采光，玻璃幕墙可能造成光污染现象。n可提供更多空闲场地：可提供更多空闲场地：可用作绿化，提供充足的日照、可用作绿化，提供充足的日照、采光和通风效果。采光和通风效果。n结构设计中水平荷载起控制作用结构设计中水平荷载起控制作用（风荷载和地震作用）（风荷载和地震作用）n侧向位移须限制：侧向位移须限制：层间位移过大

2、，将导致承重构件或非层间位移过大，将导致承重构件或非承重构件损坏；承重构件损坏；n工程造价较高：工程造价较高：竖向交通和防火要求导致。竖向交通和防火要求导致。n结构分析的特殊性：轴向变形不能忽视、水平荷载控制。结构分析的特殊性：轴向变形不能忽视、水平荷载控制。第13章 高层建筑结构13.1 概述13.1.1 高层建筑结构特点图图13-1-1 高层建筑的设计控制指标高层建筑的设计控制指标结构计算控制指标：结构计算控制指标：要控制要控制“八种比值八种比值”n 轴压比轴压比n 剪重比剪重比n 刚度比刚度比n 周期比周期比n 位移比位移比n 刚重比刚重比n 层间受剪承载力比层间受剪承载力比n 层间位移

3、角层间位移角 侧向位移控制是设计的主要控制因素：侧向位移控制是设计的主要控制因素：主要控制层间位移角和层间位移比主要控制层间位移角和层间位移比第13章 高层建筑结构13.1 概述13.1.2 高层建筑结构的设计理念n (1)由平面构件向空间构件发展由平面构件向空间构件发展n (2)由分散的构件向集约化大构件发展由分散的构件向集约化大构件发展n (3)由弯剪受力向轴向力发展由弯剪受力向轴向力发展n (4)由简单体型向复杂体型发展由简单体型向复杂体型发展n (5)由普通材料向高强度材料发展由普通材料向高强度材料发展n (6)由单一结构向组合结构发展由单一结构向组合结构发展n (7)由结构抗侧向耗能

4、减震发展由结构抗侧向耗能减震发展n (8)由普通结构向轻质预应力方向发展由普通结构向轻质预应力方向发展第13章 高层建筑结构13.1 概述13.1.2 高层建筑结构的理念图图13-1-2 世界最高高层建筑世界最高高层建筑第13章 高层建筑结构13.1 概述13.1.2 高层建筑结构的理念图图13-1-3 我国在建的超高层建筑效果图我国在建的超高层建筑效果图第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系n 高层建筑结构的基本体系高层建筑结构的基本体系n 框架结构体系：由纵横向框架组成、形成框架框架框架结构体系：由纵横向框架组成、形成框架框架n 剪力墙结构体系：由钢筋混凝土墙承担竖向和

5、水平力剪力墙结构体系：由钢筋混凝土墙承担竖向和水平力n 框架框架-剪力墙结构体系：框架结构与剪力墙结构的结合剪力墙结构体系：框架结构与剪力墙结构的结合筒体结构体系：主要由由筒体承受水平荷载筒体结构体系：主要由由筒体承受水平荷载第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.1 框架结构体系n 高层建筑结构的基本体系高层建筑结构的基本体系n 框架结构体系：由梁柱刚接组成框架结构体系：由梁柱刚接组成优点：建筑布置灵活、造型活泼优点：建筑布置灵活、造型活泼缺点：抗侧刚度小、水平位移大、变形大、非结构构件易损缺点：抗侧刚度小、水平位移大、变形大、非结构构件易损变形特点：剪切形变形变

6、形特点：剪切形变形适用范围：地震区一般不超过适用范围：地震区一般不超过50m，根据不同的抗震烈度有，根据不同的抗震烈度有 具体规定。具体规定。第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.1 框架结构体系图图13-2-1 框架结构的受力与变形框架结构的受力与变形第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.1 框架结构体系第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.1 框架结构体系a，15层、高层、高56.4m，屋顶塔楼高，屋顶塔楼高69.3m，六边形平面组合，六边形平面组合 b，21层，高层，高100m，平面，平面48.6x

7、48.6m，由九个，由九个16.2.x16.2m正方形组成正方形组成.图图13-2-2 框架结构平面布置框架结构平面布置昆明市工人文化宫昆明市工人文化宫同济大学教研楼同济大学教研楼第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.2剪力墙结构体系n 剪力墙结构体系：由墙体承受竖向和水平荷载剪力墙结构体系：由墙体承受竖向和水平荷载n 优点：抗侧刚度大、侧向变形小优点：抗侧刚度大、侧向变形小n 缺点：建筑布置不灵活、造价高缺点：建筑布置不灵活、造价高n 变形特点：弯曲形变形变形特点：弯曲形变形n 适用范围：地震区适用范围：地震区120m以内以内n 剪力墙的截面形式：剪力墙的截面形

8、式：图图13-2-3 剪力墙截面的形式剪力墙截面的形式第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.2剪力墙结构体系n 结构布置方式：结构布置方式：图图13-2-4 剪力墙结构的布置剪力墙结构的布置第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.2剪力墙结构体系图图13-2-5 剪力墙结构布置实例剪力墙结构布置实例深圳敦信大厦深圳敦信大厦北京西苑饭店北京西苑饭店第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.2剪力墙结构体系n 剪力墙计算简图，依据墙体开洞分类：剪力墙计算简图，依据墙体开洞分类：整片墙、小开口墙、整片墙、小开口墙、双

9、肢墙、壁式框架、多肢墙等双肢墙、壁式框架、多肢墙等图图13-2-6 剪力墙开洞大小的变化剪力墙开洞大小的变化第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.3 框架剪力墙结构体系n 剪力墙结构体系：由框架和墙体共同承受竖向和水平荷载剪力墙结构体系：由框架和墙体共同承受竖向和水平荷载n 优点：抗侧刚度适中、侧向变形易控优点：抗侧刚度适中、侧向变形易控n 缺点：建筑布置尚灵活、造价适中缺点：建筑布置尚灵活、造价适中n 变形特点：弯剪形变形变形特点：弯剪形变形n 适用范围：地震区适用范围：地震区120m以内以内n 剪力墙的截面形式：同剪力墙结构剪力墙的截面形式：同剪力墙结构n 设

10、计关键：剪力墙布置数量和位置设计关键：剪力墙布置数量和位置n 楼屋盖作用：协调框架与剪力墙的共同工作楼屋盖作用：协调框架与剪力墙的共同工作第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.3 框架剪力墙结构体系n 计算简化计算简化: :总框架、总剪力墙总框架、总剪力墙n 剪力墙布置原则：剪力墙布置原则：纵横向双向布纵横向双向布置、平面形状变化处、刚度变化处、楼置、平面形状变化处、刚度变化处、楼电梯间处、荷载大处、端部附近电梯间处、荷载大处、端部附近n 剪力墙间距限值剪力墙间距限值楼盖犹如支撑在剪力堵上的深梁：见右图楼盖犹如支撑在剪力堵上的深梁：见右图 楼面形式楼面形式 非抗震

11、设计非抗震设计抗震设防烈度抗震设防烈度6、7度8度9度现浇现浇5B、60m4B、50m3B、40m2B、30m装配整体装配整体3.5B、50m3B、40m2.5B、30m-第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.3 框架剪力墙结构体系n 受力和变形：受力和变形：计算简化：总框架、总剪力墙，通过连杆连接计算简化：总框架、总剪力墙，通过连杆连接变形：综合框架与剪力墙，为弯剪型变形变形：综合框架与剪力墙，为弯剪型变形图图13-2-8结构计算简图结构计算简图图图13-2-9 结构受力与变形的协调结构受力与变形的协调第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系1

12、3.2.3 框架剪力墙结构体系n 剪力墙结构布置示意图剪力墙结构布置示意图图图13-2-10 剪力墙布置剪力墙布置第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.3 框架剪力墙结构体系图图13-2-11 广东省人民银行广东省人民银行第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.4筒体结构体系n 筒体形成：筒体形成： 剪力墙相连形成筒体或柱子密布形成筒体剪力墙相连形成筒体或柱子密布形成筒体n 根据筒体布置、组成和数量分类：根据筒体布置、组成和数量分类：n 框筒结构框筒结构-周边密柱与跨高比很大的窗裙梁组成周边密柱与跨高比很大的窗裙梁组成n 筒中筒结构筒中

13、筒结构外为框架筒内为实筒外为框架筒内为实筒n 框架核心筒结构框架核心筒结构外框架内筒体外框架内筒体n 多重筒结构多重筒结构内外筒间增设柱列或剪力墙内外筒间增设柱列或剪力墙a) 束筒结构束筒结构多筒相连多筒相连第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.4筒体结构体系图图13-2-12 筒体结构的平面布置筒体结构的平面布置第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.4筒体结构体系n 框筒要求：框筒要求： 周边密柱深梁、角柱加大尺寸、墙面开洞率小于周边密柱深梁、角柱加大尺寸、墙面开洞率小于50%、柱轴线间距、柱轴线间距23m、窗裙梁高度、窗裙梁高度0

14、.61.2m、窗裙梁宽、窗裙梁宽0.30.5m，结构高宽比，结构高宽比3，平面长宽比平面长宽比2。n 筒中筒要求筒中筒要求; 中部竖向交通处形成中间实腹筒、外筒要求同框筒中部竖向交通处形成中间实腹筒、外筒要求同框筒n 框架框架-核心筒要求：核心筒要求： 周边形成框架结构、中部形成核心筒周边形成框架结构、中部形成核心筒n 多重筒要求：多重筒要求： 实腹筒和框筒共同要求、用于较高建筑实腹筒和框筒共同要求、用于较高建筑n 束筒要求：每个筒均由密柱深梁组成束筒要求：每个筒均由密柱深梁组成 第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.4筒体结构体系n 筒中筒结构和框架筒体结构筒中

15、筒结构和框架筒体结构图图13-2-13 筒体结构布置实例筒体结构布置实例深圳国际贸易中心深圳国际贸易中心上海联谊大厦上海联谊大厦第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.4筒体结构体系n 束筒结构束筒结构图图13-2-14 西尔斯大厦西尔斯大厦加强桁架第13章 高层建筑结构13.2 高层建筑结构的基本结构体系13.2.4筒体结构体系美国芝加哥韦莱集团大厦443米不含天线 （110层）第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.1带转换层的高层建筑结构是剪力墙结构部分剪力墙落地、部分剪力墙在底部改为框架形成是剪力墙结构部分剪力墙落地、部分剪力墙在底部

16、改为框架形成图图13-3-1 框支剪力墙结构框支剪力墙结构第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.1带转换层的高层建筑结构n 筒体结构底部筒体结构底部转换：拱结构转换：拱结构 树状结构树状结构 大梁结构大梁结构 桁架结构桁架结构图图13-3-2 筒体结构底部柱子的转换筒体结构底部柱子的转换第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.1带转换层的高层建筑结构n 转换构件：转换构件：n 大梁大梁n 剪力墙剪力墙n 桁架实、空腹桁架实、空腹n 箱形结构箱形结构n 斜撑斜撑n 拱形结构拱形结构a) 树形结构树形结构图图13-3-3 转换结构的型式转换结构的型

17、式第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.1带转换层的高层建筑结构n 工程实例工程实例大连友谊广场：大连友谊广场：15层、采用大模层、采用大模施工，转换跨度施工，转换跨度5400 x3=16200m图图13-3-4 大连市友好广场高层住宅的结构布置大连市友好广场高层住宅的结构布置第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.1带转换层的高层建筑结构n 25层、底部商场、上部住宅层、底部商场、上部住宅图图13-3-5 上海兴联大厦剪力墙结构布置上海兴联大厦剪力墙结构布置(a)底层结构平面图底层结构平面图;(b)标准层结构平面图标准层结构平面图第13章 高

18、层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.2带水平加强层的高层建筑结构n 形成：框架结构中把框架梁改为桁架起到加强结构抗侧刚形成：框架结构中把框架梁改为桁架起到加强结构抗侧刚度的作用，减小结构侧向变形度的作用，减小结构侧向变形图图13-3-6 水平析架结构体系水平析架结构体系(a)条带桁架体系条带桁架体系;(b)错层桁架体系错层桁架体系图图13-3-7 设水平桁架结构变位图设水平桁架结构变位图第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.2带水平加强层的高层建筑结构n 形成：框架核心筒结构中，利用设备层、避难层在核心筒形成：框架核心筒结构中，利用设备层、避难层在核心

19、筒与外围框架之间设置刚度较大的水平伸臂构件或沿该层的与外围框架之间设置刚度较大的水平伸臂构件或沿该层的外围框架设置刚度较大的周边环带。明显提高结构的整体外围框架设置刚度较大的周边环带。明显提高结构的整体刚度。刚度。n 水平外伸构件一般采用实体梁、斜腹杆桁架、空腹桁架，水平外伸构件一般采用实体梁、斜腹杆桁架、空腹桁架，周边水平环带一般采用开孔梁、斜腹杆桁架、空腹桁架等周边水平环带一般采用开孔梁、斜腹杆桁架、空腹桁架等第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.2带水平加强层的高层建筑结构n 实例：实例：高度高度246m，60层，层，平面等腰三角形，平面等腰三角形，中部设核心筒

20、，周中部设核心筒，周边三面为巨型框架，边三面为巨型框架，利用利用11、28、47层层设备层配置周边巨设备层配置周边巨型桁架，联合角部型桁架，联合角部巨型柱，形成巨型巨型柱，形成巨型框架体系。框架体系。图图13-3-8 上海世贸国际广场上海世贸国际广场 图图13-3-9 11层以下结构平面布置层以下结构平面布置第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.2带水平加强层的高层建筑结构n 巨型柱用钢骨混巨型柱用钢骨混凝土，转换层外围凝土，转换层外围桁架用钢结构箱形桁架用钢结构箱形截面，各杆件刚性截面，各杆件刚性连接，连接，11层以上采层以上采用次框架，由转换用次框架，由转换桁架传

21、力。桁架传力。图图13-3-10 巨型外框中钢结构次框架布置巨型外框中钢结构次框架布置第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑的的特殊布置13.3.2带水平加强层的高层建筑结构图图13-3-11伸臂桁架的布置伸臂桁架的布置图图13-3-12 楼板平面内水平支撑结构布置楼板平面内水平支撑结构布置第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.3 悬挂式和悬挑式高层建筑结构悬挂、悬挑结构：以核心筒、刚架、拱等作为主要承重结构，悬挂、悬挑结构：以核心筒、刚架、拱等作为主要承重结构，全部楼面均通全部楼面均通过钢丝束、吊过钢丝束、吊索挂在上述结索挂在上述结构上。优点：构上。优点：充分利用

22、材料充分利用材料性能、自重轻性能、自重轻、用材少、有、用材少、有效面积大等。效面积大等。图图13-3-13、14 悬挂式结构悬挂式结构第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.3悬挂式和悬挑式高层建筑结构n 该楼建于原有二层通讯稿和三层书库索围成的天井内，为核心筒悬挑该楼建于原有二层通讯稿和三层书库索围成的天井内，为核心筒悬挑结构。核心筒结构。核心筒8.3x8.3m，平面，平面25x25m，楼盖支，楼盖支撑与每两层一榀撑与每两层一榀的预应力悬挑空的预应力悬挑空腹桁架上，桁架腹桁架上，桁架支于核心筒支于核心筒上。图图13-3-15 同济大学图书馆总平面图同济大学图书馆总平面

23、图第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.3悬挂式和悬挑式高层建筑结构图图13-3-16 同济大学图书馆结构布置同济大学图书馆结构布置第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.4 高层建筑板柱核心筒结构n 板柱结构板柱结构-板柱组成，板柱板柱组成，板柱-剪力墙结构剪力墙结构-板柱、墙组成，板柱、墙组成，n 板柱板柱-核心筒核心筒-板柱加核心筒形成。板柱加核心筒形成。n 优点：与板柱优点：与板柱-剪力墙比剪力墙比n 受力合理、提高延性，周边形成暗梁提高抗冲切内力；受力合理、提高延性，周边形成暗梁提高抗冲切内力；n 厅、房均可采用落地窗；厅、房均可采用

24、落地窗；n 空间宽阔平整，便于管道安装；空间宽阔平整，便于管道安装；n 提高室内建筑空间；提高室内建筑空间；a) 施工方便、模板及配筋简单。施工方便、模板及配筋简单。第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.4 高层建筑板柱核心筒结构n 地上地上22层，高层，高73.4m，中部为筒，外部为空间，设边梁，中部为筒，外部为空间，设边梁，厚板连接框架与核心筒。厚板连接框架与核心筒。图图13-3-17 广州远洋大厦结构布置广州远洋大厦结构布置第13章 高层建筑结构13.3 高层建筑结构的特殊布置13.3.5 钢结构支撑的布置n 框架结构内增设斜向支承，形成框架框架结构内增设斜向支

25、承，形成框架-斜撑结构。斜撑结构。n 支撑形式：支撑形式：n “X”形、形、n “K”形、形、n 偏心偏心“K”形。形。图图13-3-18 钢结构框架钢结构框架“K”形支撑形支撑第13章 高层建筑结构13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.1巨型混凝土框架结构n 巨型框架结构：大梁或大型桁架与周边的大型柱子或钢筋巨型框架结构：大梁或大型桁架与周边的大型柱子或钢筋混凝土井筒连接，便形成抗侧刚度很大的巨型框架结构。混凝土井筒连接，便形成抗侧刚度很大的巨型框架结构。n 可作为独立承重结构，亦可为其他体系可作为独立承重结构，亦可为其他体系的补充。的补充。n 中部可采用次框架结构。中部可采用次框架结构。

26、n 优点：抗侧刚度大；次结构上部形成优点：抗侧刚度大；次结构上部形成大空间；分大层施工、加快施工速度。大空间；分大层施工、加快施工速度。n 缺点缺点:荷载集中、基础处理困难、荷载集中、基础处理困难、对变形适应性差。对变形适应性差。图图13-4-1巨型框架结构巨型框架结构第13章 高层建筑结构13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.1巨型混凝土框架结构n 深圳亚洲大洒店：深圳亚洲大洒店：32层，高层，高96.5m，“Y”字形平面，翼字形平面，翼缘端部为巨型框架柱，中部混凝土核心筒，每隔缘端部为巨型框架柱，中部混凝土核心筒，每隔6层设巨层设巨型框架梁，梁高型框架梁，梁高2000mm，跨度，跨度16

27、.5m，次结构柱截面仅，次结构柱截面仅250 x400mm，次结构上形成大空间。，次结构上形成大空间。图图13-4-2 深圳亚洲大洒店深圳亚洲大洒店第13章 高层建筑结构13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.2 巨型钢刚架结构n 柱、梁均为钢刚架，同时设有斜向支撑。图图13-4-3 北京电视中心综合业务楼平面图北京电视中心综合业务楼平面图第13章 高层建筑结构13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.2 巨型钢刚架结构n 北京电视中心综合业务楼北京电视中心综合业务楼 面积面积8万万m,地上地上41层，屋层，屋顶上由顶上由7层塔楼，高层塔楼，高236.4m，标准层尺寸标准层尺寸67x61m，建筑

28、四，建筑四角规则的布置四个角规则的布置四个“L”形复形复合巨型柱，由钢柱、钢梁、型合巨型柱，由钢柱、钢梁、型钢支撑组成。用钢支撑组成。用2层高桁架梁层高桁架梁连接巨型柱，形成主体结构。连接巨型柱，形成主体结构。图图13-4-4 “ L” 形复合巨型柱形复合巨型柱第13章 高层建筑结构13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.2 巨型钢刚架结构图图13-4-5 巨形钢桁架梁巨形钢桁架梁第13章 高层建筑结构13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.2 巨型钢刚架结构图图13-4-6 结构立面图结构立面图第13章 高层建筑结构13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.2 巨型钢刚架结构图图13-4-7 开口结构平面布置开口结构平面布置第13章 高层建筑结构13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.2 巨型钢刚架结构图图13-4-9 台北台北101大楼结构体系大楼结构体系第13章 高层建筑结构13.4 巨型高层建筑结构型式13.4