新型钢筋混凝土结构体系1

1、新型钢筋混凝土结构体系新型钢筋混凝土结构体系主讲：李嘉林 副教授E_mail：西南科技大学建筑设计系列课程现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/前言前言2020世纪世纪7070年代以来，建筑的结构体系越来越年代以来，建筑的结构体系越来越受到建筑形式和建筑美学的巨大影响。为了受到建筑形式和建筑美学的巨大影响。为了适应：适应：p场地条件p城市规划p使用功能p建筑造型等不同的要求，建筑体系有了新发展。不同的要求，建筑体系有了新发展。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/（一）刚臂芯筒（一）刚臂芯筒-框架体系框架体系1 1体系构成体系构成在筒体-框架体系的基础上，沿房屋高度方向，每20层左

2、右，在设备层、避难层或结构转换层，由芯筒伸出纵横向刚臂，与结构的外圈框架柱连接，并沿外圈框架设置一层楼高的圈梁或桁架，所形成的结构体系。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/2 体系特点与适用范围体系特点与适用范围与芯筒框架体系相比较：刚臂芯筒一框架体系通过设置“刚臂”将外圈框架柱与芯筒连为一体，形成一个整体构件来抵抗倾覆力矩，这样就相当于加大了力偶臂，从而大大提高了结构的抗推刚度；因此，它适用于更高的高层建筑。与筒中筒体系相比：由于它没有立面开洞率的限制，就为建筑立面造型提供了更大的自由度，也为使用者提供了更为开阔的视线景观；因此，它的适用范

3、围也得到进一步的拓展。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/3 结构布置结构布置该体系结构布置的重点是刚臂的布置。该体系结构布置的重点是刚臂的布置。刚臂对芯筒刚臂对芯筒-框架结构的加强作用主要取决于刚臂的道数及框架结构的加强作用主要取决于刚臂的道数及沿高度所处的位置，其布置原则如下：沿高度所处的位置，其布置原则如下： (1)刚臂横贯房屋全宽，对建筑空间的利用有一定的妨碍。刚臂横贯房屋全宽，对建筑空间的利用有一定的妨碍。所以，刚臂一般是布置在设备层或避难层内。根据建筑使用要求和结构条件，刚臂可采用带通行洞口的钢筋混凝土实腹梁、钢筋混凝土空腹梁、钢桁架或钢筋混凝土桁架。(2)刚臂设置在顶层（

4、帽梁或帽桁架），效果最为显著。刚臂设置在顶层（帽梁或帽桁架），效果最为显著。当建筑层数较多，需要设置多道刚臂时，刚臂沿竖向按等间距布置最为有效。一般以每隔 20 层左右设置一道刚臂（腰梁或腰析架）为好。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/( 3 ）对于采用正交柱网的方形建筑平面，刚臂应沿）对于采用正交柱网的方形建筑平面，刚臂应沿建筑纵、横两个方向设置。建筑纵、横两个方向设置。若建筑平面和芯筒平面均为长矩形时，也可仅沿建筑横向设置多根刚臂。对于圆形平面建筑，刚臂应沿径向均匀布置，并与外围的环形圈梁相连接。 ( 4 ）在楼层平面上，刚臂的轴线应位于芯筒外墙）在楼层平面上，刚臂的轴线应位于芯

5、筒外墙或内隔墙轴线的延长线上，以确保刚臂根部的有效或内隔墙轴线的延长线上，以确保刚臂根部的有效嵌固。嵌固。在设置刚臂的楼层，应沿建筑外圈框架设置一层楼高的圈梁或桁架。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/4 工程实例工程实例深圳市商业中心大厦由两座圆柱形主楼及裙深圳市商业中心大厦由两座圆柱形主楼及裙房组成。塔楼地下房组成。塔楼地下 3 层、地上层、地上 49 层，高层，高 167 . 25m ，采用钢筋混凝土，采用钢筋混凝土“刚臂芯筒刚臂芯筒-框框架架”体系。体系。在第二十八层（设备层兼避难层）和第四十在第二十八层（设备层兼避难层）和第四十九层（设备层）各设置一道一层高的带洞口九层（设备

6、层）各设置一道一层高的带洞口的实腹式刚臂，并在这两个楼层的外圈框架的实腹式刚臂，并在这两个楼层的外圈框架设置一层高的框架环梁。设置一层高的框架环梁。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/深圳市商业中心大厦深圳市商业中心大厦加劲层结构平面图标准层平面图结构剖面图现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/带洞口的实腹式箱形刚臂带洞口的实腹式箱形刚臂现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/（二）巨型框架体系（二）巨型框架体系1 受力特征受力特征巨型框架体系由两级结构组成，即主框架和次框架。巨型框架体系由两级结构组成，即主框架和次框架。主框架是一种大型的跨层框架，每隔若干层设置一主框架是一

7、种大型的跨层框架，每隔若干层设置一根大截面框架梁，每隔若干开纳设置一根大截面框根大截面框架梁，每隔若干开纳设置一根大截面框架柱。主框架大梁之间的几个楼层则另设置柱网尺架柱。主框架大梁之间的几个楼层则另设置柱网尺寸较小的次框架。次框架仅负担这几个楼层的竖向寸较小的次框架。次框架仅负担这几个楼层的竖向荷载，并将它传给主框架大梁。水平荷载由主框架荷载，并将它传给主框架大梁。水平荷载由主框架承担。承担。在巨型框架结构中，由于在建筑物周边设置了主框在巨型框架结构中，由于在建筑物周边设置了主框架，可以提供很大的抗扭力矩和抗倾覆力矩，使得架，可以提供很大的抗扭力矩和抗倾覆力矩，使得建筑的侧移大为减少，可以适

8、用于更高的高层建筑。建筑的侧移大为减少，可以适用于更高的高层建筑。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/深圳新华大厦巨型框架体系深圳新华大厦巨型框架体系(a)结构平面； (b)结构立面现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/2 体系构成体系构成巨型框架体系的构成方式有如下两种：巨型框架体系的构成方式有如下两种：（1）由钢筋混凝土墙围成的芯筒与外圈的大型主）由钢筋混凝土墙围成的芯筒与外圈的大型主框架及小型次框架组成。大型的主框架各层大梁之框架及小型次框架组成。大型的主框架各层大梁之间设置小型的次框架，承担各个分郧段内若干楼层间设置小型的次框架，承担各个分郧段内若干楼层的竖向荷载。参见深

9、圳新华大厦结构立面图。的竖向荷载。参见深圳新华大厦结构立面图。（2）由几个分开布置的钢筋混凝土墙筒直接充当）由几个分开布置的钢筋混凝土墙筒直接充当大型主框架的柱，每隔若干层设置的大截面梁或桁大型主框架的柱，每隔若干层设置的大截面梁或桁架就直接搁置在墙筒之上，从而形成主框架。每层架就直接搁置在墙筒之上，从而形成主框架。每层大梁之上另设若干层小型次框架，承担中间楼层的大梁之上另设若干层小型次框架，承担中间楼层的竖向荷载。整个体系的构成参见下页图竖向荷载。整个体系的构成参见下页图 。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/深圳亚洲大酒店巨型框架体系深圳亚洲大酒店巨型框架体系现代建筑结构技术现代建

10、筑结构技术http:/新加坡华侨银行巨型框架体系新加坡华侨银行巨型框架体系现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/3 适用范围适用范围在一般的框架结构中，框架从上到下的柱网尺寸是在一般的框架结构中，框架从上到下的柱网尺寸是相同的，不易改变，柱子截面尺寸也比较大。因此，相同的，不易改变，柱子截面尺寸也比较大。因此，框架体系仅适用于从顶层到底层使用性质大体相同框架体系仅适用于从顶层到底层使用性质大体相同的楼房。的楼房。在巨型框架结构中，主框架各层大梁之间的各个次在巨型框架结构中，主框架各层大梁之间的各个次框架是相互独立的，因而柱网的形式和尺寸均可互框架是相互独立的，因而柱网的形式和尺寸均可互不

11、相同，如果使用功能需要还可抽去某些楼层的一不相同，如果使用功能需要还可抽去某些楼层的一些柱子，扩大柱网，甚至在一个区段的顶层把次框些柱子，扩大柱网，甚至在一个区段的顶层把次框架的柱子全部取消，变为无柱大空间。所以，巨型架的柱子全部取消，变为无柱大空间。所以，巨型框架主要用于建筑内部空间上下变化很大的建筑，框架主要用于建筑内部空间上下变化很大的建筑，特别是在多功能高层综合体中采用。特别是在多功能高层综合体中采用。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/（三）竖筒悬挂体系（三）竖筒悬挂体系1 体系概述体系概述建立竖筒悬挂体系的首要条件是：建筑采用核心式建立竖筒悬挂体系的首要条件是：建筑采用核心

12、式平面布置，结构上可利用楼面中心部位的公用面积平面布置，结构上可利用楼面中心部位的公用面积作成书相芯筒，作为结构体系的主要承力构件。然作成书相芯筒，作为结构体系的主要承力构件。然后，在竖筒的顶部，或者每隔若干层在竖筒的中段，后，在竖筒的顶部，或者每隔若干层在竖筒的中段，沿径向伸出若干根悬臂桁架，再在每榀横剪得端部沿径向伸出若干根悬臂桁架，再在每榀横剪得端部悬挂一根吊杆，以吊挂旗下各楼层的楼盖大梁。悬挂一根吊杆，以吊挂旗下各楼层的楼盖大梁。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/2体系组成体系组成疏通悬挂体系由芯筒、桁架、疏通悬挂体系由芯筒、桁架、吊杆、楼盖四部分组成。吊杆、楼盖四部分组成。

13、芯筒：竖向芯筒是该体系惟芯筒：竖向芯筒是该体系惟一的抗推、承压、受弯构件，一的抗推、承压、受弯构件，通常采用钢筋混凝土墙筒。通常采用钢筋混凝土墙筒。吊杆：每根吊杆吊挂吊杆：每根吊杆吊挂10-20层层的楼层，承受很大的轴向拉的楼层，承受很大的轴向拉力，一般采用高强钢丝或高力，一般采用高强钢丝或高墙钢丝束制作。墙钢丝束制作。楼盖：一般由径向梁、环向楼盖：一般由径向梁、环向梁和楼板组成。梁和楼板组成。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/3 适用范围适用范围（ 1 ）采用一端吊挂式楼盖的楼房，抗震设防烈度）采用一端吊挂式楼盖的楼房，抗震设防烈度为为 6 度或度或 7 度时，楼房的高度应分别不超过度时，楼房的高度应分别不超过 80m 和和 60m ；竖向芯筒的高、宽比不宜大于；竖向芯筒的高、宽比不宜大于 8 （非地（非地震区）、震区）、 6 ( 6 度设防）、度设防）、 5 ( 7 度设防）。度设防）。 （ 2 ）采用两端吊挂式楼盖的楼房，可用于高烈度）采用两端吊挂式楼盖的楼房，可用于高烈度区，楼房高度也可适当增高；竖向芯筒的高、宽比区，楼房高度也可适当增高；竖向芯筒的高、宽比可比上述限值适当放宽，但任何阵况下均不得大于可比上述限值适当放宽，但任何阵况下均不得大于 8 。现代建筑结构技术现代建筑结构技术http:/实例：德国慕尼黑实例：德国慕尼黑 BMW 公司办公大楼