结构体系课件

第二章的主要问题——主要思考1、高层钢筋混凝土结构的基本结构体系有哪几类？2、结构选型的依据主要有哪些？3、什么是框架结构？其主要特点是什么？框架结构与框架梁、框架柱的概念有区别吗？4、什么是异形柱？异形柱结构的抗震性好吗？为什么？5、什么是板柱结构(含板柱—剪力墙结构)？其抗震性好吗？为什么？6、什么是剪力墙？什么是剪力墙结构？其主要特点是什么？7、什么是短肢剪力墙？短肢剪力墙结构的抗震性好吗？为什么？8、什么是框支剪力墙结构的抗震性好吗？为什么？9、什么是框架—剪力墙结构？框架—剪力墙结构的主要特点是什么？10、什么是钢筋混凝土筒体结构，分几类？什么是框架—核心筒结构？什么是筒中筒结构？第1页/共57页第二章的主要问题——主要思考1、高层钢筋混凝土结构的基本结构1§2.1框架结构§2.2剪力结构体系§2.3框架－剪力墙结构§2.4板－柱剪力墙结构§2.5框架-支撑（抗震墙板）结构§2.6筒体结构§2.7框架—核心筒结构§2.8巨型结构§2.9带转换层的结构§2.10房屋最大高度及适用的高宽比§2.11变形缝设置§2.12基础形式第2章结构体系第2页/共57页§2.1框架结构第2章结构体系第2页/共57页21)框架结构；

2)剪力墙结构(含部分框支—剪力墙结构)；

3)框架—剪力墙结构；

4)筒体结构(含框架—核心筒结构、筒中筒结构）；

5)复杂高层结构(含带加强层或刚臂结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等)；

6)混合结构(由多种材料的构件混在一起的结构，如钢筋混凝土构件、钢构件、组合结构构件构成的结构)。高层建筑结构应根据房屋的高度(H)、高宽比(H/B)、抗震设防烈度、场地类别、建筑的重要性、结构材料和施工技术条件等因素，选用适宜的结构体系。高层建筑的结构体系按其抗侧力主要构件的种类：第3页/共57页1)框架结构；高层建筑的结构体系按其抗侧力主32.1框架结构框架结构：梁、柱，通过结点的刚性连接组成的，共同承受竖向和水平（纵+横）向荷载的整体结构，优点：柱网布置灵活，延性较好。缺点：结构的横向侧移刚度较小，侧移较大；结构变形曲线以剪切型为主；适用于空间大、层数不太多、房屋高度不太高的建筑。框架应当纵横双向布置，形成双向抗侧力体系。框架结构中的填充墙有一定的抗侧力作用，合理设计填充墙，有效抗震。适宜柱距：4~10米。第4页/共57页2.1框架结构框架结构：梁、柱，通过结点的刚性连接组4第5页/共57页第5页/共57页5纵梁、柱弯曲变形构成剪切型变形纵梁、柱的结点角变形导致侧移第6页/共57页纵梁、柱弯曲变形构成剪切型变形纵梁、柱的结点角变形导致侧移第6

剪切变形＋弯曲变形＝总变形当H/B4,框架侧移以剪切变形为主第7页/共57页剪切变形＋弯曲变形＝总变形当7高层建筑结构设计的基本要求

高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，基本要求是

1)具有必要的承载力、刚度、变形能力（延性）；

2)避免结构整体扭转，避免质量与刚度在水平、竖向的局部突变；

3)多道设防，多层次保障结构安全。

以上要求均应运用概念设计理念指导结构选型与布置；

4)对结构进行整体分析，对可能出现的薄弱部位做出合理判断与设计；

5)避免局部破坏导致整体破坏；这两点应在结构整体计算后，通过对可能出现的薄弱部位，进行局部附加计算，并在结构构造设计中有落实措施；

完整的结构设计步骤：

结构选型;结构计算；结构整体及构件的设计。

高层建筑结构设计的基本原则是：合理选址，注重概念设计，重视结构选型与平、立面布置的规则性，优选有利于抗风、抗震的结构体系，加强结构构造设计。第8页/共57页高层建筑结构设计的基本要求高层建筑不应采用严重不规则的8

抗震概念设计

——建筑、结构设计师们用抗震设计原则和思想，总体控制建筑结构的总体和局部设计。做到：前期合理选型，并确定计算模型和构造方案；中期合理计算；后期构造处理力求完善模型的缺陷以及目前人所未能知的可能缺陷。

抗震概念设计的目标是：控制结构的延性，以结构的变形耗能尽量消化地震能，避免地震能对结构局部的首先击溃。随建造层数加多，结构材料用量也将有很大增加，但只要结构工程师和建筑师合作恰当，优化总体设计方案，那么结构的合理性、、材料用量、造价是完全可以合理控制的。抗震设计，尤其是高层建筑结构的抗震设计，应选择有利地段，避免不利地段（表4-1），尤其是避免在发震带上建设。选址错误会导致所有相关建设成果变负！2010《高规》指出：“本规程不适用于建造在发震断裂最小避让距离内的高层建筑结构。”第9页/共57页抗震概念设计抗震概念设计的目标是：控制结构的延性9表2.1（地段划分）有利、一般、不利和危险地段地段类别

地质、地形、地貌有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等一般地段不属于有利、不利和危险地段不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（含故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黄土，地表存在结构性裂缝等危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位第10页/共57页表2.1（地段划分）有利、一般、不利和危险地段地段类别10概念设计在结构总体设计时的具体原则1、平面：宜简单、规则、尽量对称——避免过度凹凸；3、力求刚度中心和荷载中心重合——避免不规则引起的扭转；4、加强结点设计——避免因点及面的破坏；5、合理设置变形缝——避免复杂结构间的碰撞等次应力6、力求上部结构与基础的协同工作——避免不均匀沉降及地基的过度变形。7、尽量降低结构中心——有利于减小水平地震作用的影响，增强结构自稳定能力。2、竖向：宜刚度和承载力分布均匀——避免结构刚度突变；

高层建筑在立项时，就应根据既有资料合理选址，并对场地进行初勘或在城市规划部门调阅，在可建设条件下，应遵循以下设计原则。第11页/共57页概念设计在结构总体设计时的具体原则1、平面：宜简单、规则、尽112.2高层建筑的结构选型2.2.1高层建筑结构选型的主要内容主要内容

1）选择合适的竖向承重结构（墙、柱及其组合）；

2）选择合适的水平承重结构（梁、板及其构成）；

3）选择合适的基础结构（最具设计艺术的问题）。

结构选型的主要依据：

1)房屋高度；2)总高宽比；3)地区抗震设防烈度；

4)房屋的抗震设防类别；5)场地类别；

6）结构体系形式；7)结构主体的施工方式；

结构选型的主要要求

1）满足使用要求；2）尽可能实现建筑意图；

3）平、立面形式宜规则，满足承载、刚度、延性要求；

4）施工可行便捷；5）经济合理。第12页/共57页2.2高层建筑的结构选型2.2.1高层建筑结构选型的主122.2.2高层建筑竖向承重结构的选型1.高层建筑的结构体系分类：1)框架结构(含板柱结构)；

2)剪力墙结构(含部分框支—剪力墙结构)；

3)框架—剪力墙结构；

4)筒体结构(含框架—核心筒结构、筒中筒结构）；

5)复杂高层结构(含带加强层或刚臂结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等)；

6)混合结构(由多种材料的构件混在一起的结构，如钢筋混凝土构件、钢构件、组合结构构件构成的结构)。第13页/共57页2.2.2高层建筑竖向承重结构的选型1.高层建筑的结构体131）框架结构(含板柱结构)框架结构：梁、柱，通过结点的刚性连接组成的，共同承受竖向和水平作用的整体结构；优点：柱网布置灵活，延性较好。缺点：结构的横向侧移刚度较小，侧移较大；结构变形曲线以剪切型为主；适用于空间大、层数不太多、房屋高度不太高的建筑，如商场、车站、展览馆、停车库、宾馆的门厅、餐厅等。框架应当纵横双向布置，形成双向抗侧力体系。框架结构中的填充墙有一定的抗侧力作用，合理设计填充墙，有效抗震。第14页/共57页1）框架结构(含板柱结构)框架结构：梁、柱，通过结点的刚性连14板柱框架结构（板柱－剪力墙结构）板柱框架（－剪力墙）结构——由楼板直接与框架柱（剪力墙）形成的结构体系，楼板为无梁楼板。该结构体系便于使用滑摸施工法施工，施工方便，工期短，层高较小；抗侧力能力差，抗震性能较差。第15页/共57页板柱框架结构（板柱－剪力墙结构）板柱框架（－剪力墙）结构15异形柱、异形柱框架结构异形柱——由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形或十字形截面柱构成框架结构柱，其截面厚度基本同填充的墙厚，其截面形式与剪力墙截面形似，但截面各肢的肢高厚比不大于4，不足以构成剪力墙。异形柱框架结构的特点：优点：框架柱基本不占非墙面积，使用空间大，经济；缺点：框架柱的整体性、稳定性弱，柱与楼盖的连接节点复杂，施工难度大；抗震性能不足；适用性：适用于墙多层，跨度不大的框架体系住宅，不适用于高烈度设防。异形柱框架结构——由异形柱作为框架柱形成的结构体系。第16页/共57页异形柱、异形柱框架结构异形柱——由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形162）剪力结构体系剪力墙:钢筋混凝土墙抵抗自身平面内的水平剪力、弯矩的能力突出，是高层建筑中的主要抗测力结构。墙肢截面形式主要有T形、+形，『

形。

剪力墙结构的缺点：空间布置受限，结构重，延性较差，刚度大，适用于空间较小、层数较高、房屋的高度较高高的建筑，如住宅、宾馆、单身宿舍。

剪力墙结构的优点：整体性好，水平抗侧刚度大，适合建造高度较高、层数较多的建筑。

剪力墙结构:以剪力墙为主要承受竖向和水平作用于结构。结构中墙应纵横双向均衡设置，形成稳定的平面。结构变形曲线以弯曲型为主。第17页/共57页2）剪力结构体系剪力墙:钢筋混凝土墙抵抗自身平17短肢剪力墙结构体系，一般是在小高层的电梯、楼梯部位布置剪力墙形成筒体，其他部位则根据需要，在纵横墙交接处设置Ｔ、十、Ｌ形截面短肢剪力墙，墙肢之间在楼面处用梁连接。短肢剪力墙：按墙肢的水平截面高厚比hw/bw划分：1）hw/bw≤4时，构件刚度较小，称柱；

2）hw/bw>8时,构件刚度较大，称普通剪力墙；3）4<hw/bw≤8时，构件刚度偏强但还弱，称短肢剪力墙；短肢剪力墙结构的延性较差，不易在大震条件下进行内力重分布，抗震性能差，高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构。第18页/共57页短肢剪力墙结构体系，一般是在小高层的电梯、楼梯部位布置剪力墙18第19页/共57页第19页/共57页19剪力墙结构的平面及侧移

结构变形曲线以弯曲型为主；第20页/共57页剪力墙结构的平面及侧移结构变形曲线以弯曲型为主；第20页/20第21页/共57页第21页/共57页21第22页/共57页第22页/共57页22第23页/共57页第23页/共57页231)部分框支剪力墙结构中，直接支撑剪力墙的楼层称为框支层。

2)框支层中，结构易于发生刚度突变，从而形成薄弱层(柱铰导致)，所以框支层楼面应有较大刚度。

3)框支层楼面刚度很大时，可以完成荷载的有效传递，结构型式的有效转换，有时称该层为转换层。4)有时，为完成上下部结构型式的转变、荷载的传递，特别设置一些刚度很大的构件，也称转换结构，如转换梁、转换桁架、转换板等.

部分框支剪力墙结构

框支剪力墙结构

——底部一层或两三层为框架结构，上部为剪力墙的结构。

部分框支剪力墙结构

——有目的地在框支剪力墙结构底部，一定间距范围内，增设刚度较大的落地剪力墙，以增强结构底部以及结构的整体刚度。第24页/共57页1)部分框支剪力墙结构中，直接支撑剪力墙的楼层称为框支层。24第25页/共57页第25页/共57页25落地剪力墙转换层框支层部分框支剪力墙结构部分框支剪力墙结构薄弱层第26页/共57页落地剪力墙转换层框支层部分框支剪力墙结构部分框支剪力墙结构薄26第27页/共57页第27页/共57页273）框架－剪力墙结构

框架－剪力墙结构——由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。

变形曲线为弯剪型。地震区建筑，宜设两道及以上的抗震防线，即多重设防。

优点：既能布置大空间房屋，又具有较大的侧向刚度，以适应较复杂的建筑功能要求；缺点：剪力墙布置往往受限，刚心与质心难以重合或接近；侧向刚度依然偏小，房屋建造高度受限。

框架—剪力墙结构的特点：第28页/共57页3）框架－剪力墙结构框架－剪力墙结构优点：既28第29页/共57页第29页/共57页29第30页/共57页第30页/共57页30典型框架-剪力墙结构：非典型框架-剪力墙结构：

剪力墙(或核心筒)通常承担大部分水平力(80％～90％)，是主要的抗侧力构件；框架主要承担竖向荷载，提供较大的灵活布置空间。这类结构适用于公共建筑和旅馆建筑。

剪力墙承担的底部倾覆力矩低于50%，主要在框架中起提高结构抗侧刚度的作用。这类结构中，框架的设计应按纯框架结构设计。第31页/共57页典型框架-剪力墙结构：非典型框架-剪力墙结构：剪力墙31第32页/共57页第32页/共57页32变形曲线为弯剪型第33页/共57页变形曲线为弯剪型第33页/共57页334）筒体结构

筒体结构:竖向受力结构封闭围合形成的高层建筑结构体系。分由剪力墙围成的实腹薄壁筒、由密柱深梁围成的框筒两大类。框架—核心筒结构：由刚性楼面梁或厚板将内侧实腹核心筒和筒外框架连成完整的结构。桁架筒结构：稀柱、浅梁、支撑斜杆组成桁架，布置于建筑物外边，形成桁架筒结构。(外)框筒结构:由密排柱及深梁形成封闭的外筒。筒中筒结构：由实体的内筒与空腹的外框筒组成。筒中筒结构体系具有更大的整体性与侧向刚度，因此适用于高度很大的建筑。束筒结构：筒体组合成成组筒结构体系，则侧向刚度更大，可适用于特别高的超高层建筑。第34页/共57页4）筒体结构筒体结构:竖向受力结构封闭围合形成的高层建筑结34

框架—核心筒结构

由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层建筑结构称框架—核心筒结构。

楼电梯间及一些服务用房做内核心筒；大空间房布置在外，做外框架。核心筒的整体性好，抗侧刚度很大，故框架—核心筒结构体系适用于高度较高，功能较多的建筑。第35页/共57页框架—核心筒结构由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层35

芝加哥的约翰汉考克大厦，100层，用钢量1.45kN/m2

香港中国银行，钢斜撑、钢梁、钢骨组合混凝土柱的空间桁架体系.桁架筒结构第36页/共57页芝加哥的约翰汉考克大厦，100层，用钢量1.436桁架筒结构上海金贸大厦——内筒为八角形钢筋混凝土核心筒，外筒由八根复合巨型柱、8根钢柱，用钢量0.7kN/m2。（芝加哥的约翰汉考克大厦，100层，用钢量1.45kN/m2

）第37页/共57页桁架筒结构上海金贸大厦——内筒为八角形钢筋混凝土核心筒，外筒37第38页/共57页第38页/共57页38筒中筒结构

广东国际大厦，63层，200m，钢筋混凝土内筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成.

薄壁内筒和密柱外框筒（桁架筒）组成，抗风、抗震能力好.第39页/共57页筒中筒结构广东国际大厦，63层，200m，钢筋混凝39筒体结构(空间受力体系)（1）框筒结构：内筒承受竖向荷载，外筒承受水平荷载，柱距一般在3m以内，框筒梁比较高，开洞面积在60%以下1931年102层帝国大厦：钢框架－剪力墙体系，用钢量2.06kN/m21972年110层世界贸易中心：筒中筒结构体系，用钢量1.81kN/m21974年110层西尔斯大楼：钢成束筒结构体系，用钢量1.61kN/m2第40页/共57页筒体结构(空间受力体系)（1）框筒结构：内筒承受竖向荷载，40第41页/共57页第41页/共57页41第42页/共57页第42页/共57页422.2.3高层建筑水平承重结构的选型2.2.4高层建筑下部结构的选型

第43页/共57页2.2.3高层建筑水平承重结构的选型第43页/共57页43第44页/共57页第44页/共57页44混合结构：由钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体(或剪力墙)所组成的共同承受竖向和水平作用的高层建筑结构.带转换层的结构；错层结构：楼板高度使楼层产生错层。错层结构对抗震设计不利，错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系，不归并为一层计算。多塔楼结构：两个或两个以上塔楼用裙房(底盘)相连组成多塔楼结构。此结构体型复杂，计算难，应重视其平面及竖向布置，应加强构造措施。带加强层高层建筑结构：利用建筑避难层、设备层空间，设置适宜刚度的水平伸臂构件（斜腹杆桁架、实体梁、整层或跨若干个层高的箱形梁、空腹桁架），构成带加强层的结构。巨型框架结构：体系由两级结构组成，一级巨梁、巨柱或巨型桁架框架；二级小框架或支撑或悬挂在一级矩形框架梁上。框架-支撑(抗震墙板)结构：框架中含支撑杆件。多为纲结构用。5）其他结构

第45页/共57页混合结构：由钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体(或剪力墙45加强层——设置连接内筒与外围结构的水平外伸臂(梁或桁架)结构的楼层(1~3层),水平外伸臂构件必须贯通核心筒并在核心筒转角处布置，形成井字形。必要时还可沿该楼层外围结构周边设置带状水平或桁梁.

加强层的合理位置和数量：1个加强层时，可设在0.6H附近；两个加强层时，可在顶层和0.5H附近分别设置；多个加强层时，宜沿竖向从顶层向下均匀布置。第46页/共57页加强层——设置连接内筒与外围结构的水平外伸臂(梁或桁架)46第47页/共57页第47页/共57页47体系由两级结构组成：一级为：跨越若干楼层的巨型梁（或巨型桁架梁）、巨型桁架柱（或实腹筒体柱），提供很大的抗侧刚度和抗弯承载力；二级：位于巨型框架单元内的辅助框架（只承受竖向荷载），也将荷载产生的内力传递到一级结构上。这种结构是具有两道抗震防线的抗震结构，具有良好的抗震性能。巨型框架结构第48页/共57页体系由两级结构组成：巨型框架结构第48页/共57页48上海证券交易所第49页/共57页上海证券交易所第49页/共57页49第50页/共57页第50页/共57页50

结构优化设计的结果：改每6层办公楼加插一个3层楼净高空中花园每8层办公楼加插一个4层楼净高的空中花园第51页/共57页结构优化设计的结果：第51页/共57页51钢骨钢筋混凝土框架第52页/共57页钢骨钢筋混凝土框架第52页/共57页52第53页/共57页第53页/共57页53框架-支撑（抗震墙板）结构框架-支撑（抗震墙板）结构：钢框架中设置支撑的带支撑框架结构。

第54页/共57页框架-支撑（抗震墙板）结构框架-支撑（抗震墙板）结构：钢54第55页/共57页第55页/共57页55带转换层的高层建筑结构：将上部楼层的部分竖向构件，通过大刚度结构转换层传递到底层或基础。结构转换层常采用钢筋砼大梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、斜撑等构件构成；非抗震设计和6度抗震设转换构件，7、8度抗震设计时地下室的转换构件可采用厚板。第56页/共57页带转换层的高层建筑结构：将上部楼层的部分竖向构件，通过大刚度56钢巨型桁架结构

国家体育场钢巨型桁架结构

第57页/共57页钢巨型桁架结构国家体育场钢巨型桁架结构第57页/共57页57概念设计在结构总体设计时的具体原则1、平面：宜简单、规则、尽量对称——避免过度凹凸；3、力求刚度中心和荷载中心重合——避免不规则引起的扭转；4、加强结点设计——避免因点及面的破坏；5、合理设置变形缝——避免复杂结构间的碰撞等次应力6、力求上部结构与基础的协同工作——避免不均匀沉降及地基的过度变形。7、尽量降低结构中心——有利于减小水平地震作用的影响，增强结构自稳定能力。2、竖向：宜刚度和承载力分布均匀——避免结构刚度突变；

高层建筑在立项时，就应根据既有资料合理选址，并对场地进行初勘或在城市规划部门调阅，在可建设条件下，应遵循以下设计原则。第11页/共57页概念设计在结构总体设计时的具体原则1、平面：宜简单、规则、尽582）剪力结构体系剪力墙:钢筋混凝土墙抵抗自身平面内的水平剪力、弯矩的能力突出，是高层建筑中的主要抗测力结构。墙肢截面形式主要有T形、+形，『

形。

剪力墙结构的缺点：空间布置受限，结构重，延性较差，刚度大，适用于空间较小、层数较高、房屋的高度较高高的建筑，如住宅、宾馆、单身宿舍。

剪力墙结构的优点：整体性好，水平抗侧刚度大，适合建造高度较高、层数较多的建筑。

剪力墙结构:以剪力墙为主要承受竖向和水平作用于结构。结构中墙应纵横双向均衡设置，形成稳定的平面。结构变形曲线以弯曲型为主。第17页/共57页2）剪力结构体系剪力墙:钢筋混凝土墙抵抗自身平59典型框架-剪力墙结构：非典型框架-剪力墙结构：

剪力墙(或核心筒)通常承担大部分水平力(80％～90％)，是主要的抗侧力构件；框架主要承担竖向荷载，提供较大的灵活布置空间。这类结构适用于公共建筑和旅馆建筑。

剪力墙承担的底部倾覆力矩低于50%，主要在框架中起提高结构抗侧刚度的作用。这类结构中，框架的设计应按纯框架结构设计。第31页/共57页典型框架-剪力墙结构：非典型框架-剪力墙结构：剪力墙60筒体结构(空间受力体系)（1）框筒结构：内筒承受竖向荷载，外筒承受水平荷载，柱距一般在3m以内，框筒梁比较高，开洞面积在60%以下1931年102层帝国大厦：钢框架－剪力墙体系，用钢量2.06kN/m21972年110层世界贸易中心：筒中筒结构体系，用钢量1.81kN/m21974年110层西尔斯大楼：钢成束筒结构体系，用钢量1.61kN/m2第40页/共57页筒体结构(空间受力体系)（1）框筒结构：内筒承受竖向荷载，61第44页/共57页第44页/共57页62体系由两级结构组成：一级为：跨越若干楼层的巨型梁（或巨型桁架梁）、巨型桁架柱（或实腹筒体柱），提供很大的抗侧刚度和抗弯承载力；二级：位于巨型框架单元内的辅助框架（只承受竖向荷载），也将荷载产生的内力传递到一级结构上。这种结构是具有两道抗震防线的抗震结构，具有良好的抗震性能。巨型框架结构第48页/共57页体系由两级结构组成：巨型框架结构第48页/共57页63体系由两级结构组成：一级为：跨越若干楼层的巨型梁（或巨型桁架梁）、巨型桁架柱（或实腹筒体柱），提供很大的抗侧刚度和抗弯承载力；二级：位于巨型框架单元内的辅助框架（只承受竖向荷载），也将荷载产生的内力传递到一级结构上。这种结构是具有两道抗震防线的抗震结构，具有良好的抗震性能。巨型框架结构第48页/共57页体系由两级结构组成：巨型框架结构第48页/共57页64带转换层的高层建筑结构：将上部楼层的部分竖向构件，通过大刚度结构转换层传递到底层或基础。结构转换层常采用钢筋砼大梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、斜撑等构件构成；非抗震设计和6度抗震设转换构件，7、8度抗震设计时地下室的转换构件可采用厚板。第56页/共57页带转换层的高层建筑结构：将上部楼层的部分竖向构件，通过大刚度65第二章的主要问题——主要思考1、高层钢筋混凝土结构的基本结构体系有哪几类？2、结构选型的依据主要有哪些？3、什么是框架结构？其主要特点是什么？框架结构与框架梁、框架柱的概念有区别吗？4、什么是异形柱？异形柱结构的抗震性好吗？为什么？5、什么是板柱结构(含板柱—剪力墙结构)？其抗震性好吗？为什么？6、什么是剪力墙？什么是剪力墙结构？其主要特点是什么？7、什么是短肢剪力墙？短肢剪力墙结构的抗震性好吗？为什么？8、什么是框支剪力墙结构的抗震性好吗？为什么？9、什么是框架—剪力墙结构？框架—剪力墙结构的主要特点是什么？10、什么是钢筋混凝土筒体结构，分几类？什么是框架—核心筒结构？什么是筒中筒结构？第1页/共57页第二章的主要问题——主要思考1、高层钢筋混凝土结构的基本结构66§2.1框架结构§2.2剪力结构体系§2.3框架－剪力墙结构§2.4板－柱剪力墙结构§2.5框架-支撑（抗震墙板）结构§2.6筒体结构§2.7框架—核心筒结构§2.8巨型结构§2.9带转换层的结构§2.10房屋最大高度及适用的高宽比§2.11变形缝设置§2.12基础形式第2章结构体系第2页/共57页§2.1框架结构第2章结构体系第2页/共57页671)框架结构；

2)剪力墙结构(含部分框支—剪力墙结构)；

3)框架—剪力墙结构；

4)筒体结构(含框架—核心筒结构、筒中筒结构）；

5)复杂高层结构(含带加强层或刚臂结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等)；

6)混合结构(由多种材料的构件混在一起的结构，如钢筋混凝土构件、钢构件、组合结构构件构成的结构)。高层建筑结构应根据房屋的高度(H)、高宽比(H/B)、抗震设防烈度、场地类别、建筑的重要性、结构材料和施工技术条件等因素，选用适宜的结构体系。高层建筑的结构体系按其抗侧力主要构件的种类：第3页/共57页1)框架结构；高层建筑的结构体系按其抗侧力主682.1框架结构框架结构：梁、柱，通过结点的刚性连接组成的，共同承受竖向和水平（纵+横）向荷载的整体结构，优点：柱网布置灵活，延性较好。缺点：结构的横向侧移刚度较小，侧移较大；结构变形曲线以剪切型为主；适用于空间大、层数不太多、房屋高度不太高的建筑。框架应当纵横双向布置，形成双向抗侧力体系。框架结构中的填充墙有一定的抗侧力作用，合理设计填充墙，有效抗震。适宜柱距：4~10米。第4页/共57页2.1框架结构框架结构：梁、柱，通过结点的刚性连接组69第5页/共57页第5页/共57页70纵梁、柱弯曲变形构成剪切型变形纵梁、柱的结点角变形导致侧移第6页/共57页纵梁、柱弯曲变形构成剪切型变形纵梁、柱的结点角变形导致侧移第71

剪切变形＋弯曲变形＝总变形当H/B4,框架侧移以剪切变形为主第7页/共57页剪切变形＋弯曲变形＝总变形当72高层建筑结构设计的基本要求

高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，基本要求是

1)具有必要的承载力、刚度、变形能力（延性）；

2)避免结构整体扭转，避免质量与刚度在水平、竖向的局部突变；

3)多道设防，多层次保障结构安全。

以上要求均应运用概念设计理念指导结构选型与布置；

4)对结构进行整体分析，对可能出现的薄弱部位做出合理判断与设计；

5)避免局部破坏导致整体破坏；这两点应在结构整体计算后，通过对可能出现的薄弱部位，进行局部附加计算，并在结构构造设计中有落实措施；

完整的结构设计步骤：

结构选型;结构计算；结构整体及构件的设计。

高层建筑结构设计的基本原则是：合理选址，注重概念设计，重视结构选型与平、立面布置的规则性，优选有利于抗风、抗震的结构体系，加强结构构造设计。第8页/共57页高层建筑结构设计的基本要求高层建筑不应采用严重不规则的73

抗震概念设计

——建筑、结构设计师们用抗震设计原则和思想，总体控制建筑结构的总体和局部设计。做到：前期合理选型，并确定计算模型和构造方案；中期合理计算；后期构造处理力求完善模型的缺陷以及目前人所未能知的可能缺陷。

抗震概念设计的目标是：控制结构的延性，以结构的变形耗能尽量消化地震能，避免地震能对结构局部的首先击溃。随建造层数加多，结构材料用量也将有很大增加，但只要结构工程师和建筑师合作恰当，优化总体设计方案，那么结构的合理性、、材料用量、造价是完全可以合理控制的。抗震设计，尤其是高层建筑结构的抗震设计，应选择有利地段，避免不利地段（表4-1），尤其是避免在发震带上建设。选址错误会导致所有相关建设成果变负！2010《高规》指出：“本规程不适用于建造在发震断裂最小避让距离内的高层建筑结构。”第9页/共57页抗震概念设计抗震概念设计的目标是：控制结构的延性74表2.1（地段划分）有利、一般、不利和危险地段地段类别

地质、地形、地貌有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等一般地段不属于有利、不利和危险地段不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（含故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黄土，地表存在结构性裂缝等危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位第10页/共57页表2.1（地段划分）有利、一般、不利和危险地段地段类别75概念设计在结构总体设计时的具体原则1、平面：宜简单、规则、尽量对称——避免过度凹凸；3、力求刚度中心和荷载中心重合——避免不规则引起的扭转；4、加强结点设计——避免因点及面的破坏；5、合理设置变形缝——避免复杂结构间的碰撞等次应力6、力求上部结构与基础的协同工作——避免不均匀沉降及地基的过度变形。7、尽量降低结构中心——有利于减小水平地震作用的影响，增强结构自稳定能力。2、竖向：宜刚度和承载力分布均匀——避免结构刚度突变；

高层建筑在立项时，就应根据既有资料合理选址，并对场地进行初勘或在城市规划部门调阅，在可建设条件下，应遵循以下设计原则。第11页/共57页概念设计在结构总体设计时的具体原则1、平面：宜简单、规则、尽762.2高层建筑的结构选型2.2.1高层建筑结构选型的主要内容主要内容

1）选择合适的竖向承重结构（墙、柱及其组合）；

2）选择合适的水平承重结构（梁、板及其构成）；

3）选择合适的基础结构（最具设计艺术的问题）。

结构选型的主要依据：

1)房屋高度；2)总高宽比；3)地区抗震设防烈度；

4)房屋的抗震设防类别；5)场地类别；

6）结构体系形式；7)结构主体的施工方式；

结构选型的主要要求

1）满足使用要求；2）尽可能实现建筑意图；

3）平、立面形式宜规则，满足承载、刚度、延性要求；

4）施工可行便捷；5）经济合理。第12页/共57页2.2高层建筑的结构选型2.2.1高层建筑结构选型的主772.2.2高层建筑竖向承重结构的选型1.高层建筑的结构体系分类：1)框架结构(含板柱结构)；

2)剪力墙结构(含部分框支—剪力墙结构)；

3)框架—剪力墙结构；

4)筒体结构(含框架—核心筒结构、筒中筒结构）；

5)复杂高层结构(含带加强层或刚臂结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等)；

6)混合结构(由多种材料的构件混在一起的结构，如钢筋混凝土构件、钢构件、组合结构构件构成的结构)。第13页/共57页2.2.2高层建筑竖向承重结构的选型1.高层建筑的结构体781）框架结构(含板柱结构)框架结构：梁、柱，通过结点的刚性连接组成的，共同承受竖向和水平作用的整体结构；优点：柱网布置灵活，延性较好。缺点：结构的横向侧移刚度较小，侧移较大；结构变形曲线以剪切型为主；适用于空间大、层数不太多、房屋高度不太高的建筑，如商场、车站、展览馆、停车库、宾馆的门厅、餐厅等。框架应当纵横双向布置，形成双向抗侧力体系。框架结构中的填充墙有一定的抗侧力作用，合理设计填充墙，有效抗震。第14页/共57页1）框架结构(含板柱结构)框架结构：梁、柱，通过结点的刚性连79板柱框架结构（板柱－剪力墙结构）板柱框架（－剪力墙）结构——由楼板直接与框架柱（剪力墙）形成的结构体系，楼板为无梁楼板。该结构体系便于使用滑摸施工法施工，施工方便，工期短，层高较小；抗侧力能力差，抗震性能较差。第15页/共57页板柱框架结构（板柱－剪力墙结构）板柱框架（－剪力墙）结构80异形柱、异形柱框架结构异形柱——由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形或十字形截面柱构成框架结构柱，其截面厚度基本同填充的墙厚，其截面形式与剪力墙截面形似，但截面各肢的肢高厚比不大于4，不足以构成剪力墙。异形柱框架结构的特点：优点：框架柱基本不占非墙面积，使用空间大，经济；缺点：框架柱的整体性、稳定性弱，柱与楼盖的连接节点复杂，施工难度大；抗震性能不足；适用性：适用于墙多层，跨度不大的框架体系住宅，不适用于高烈度设防。异形柱框架结构——由异形柱作为框架柱形成的结构体系。第16页/共57页异形柱、异形柱框架结构异形柱——由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形812）剪力结构体系剪力墙:钢筋混凝土墙抵抗自身平面内的水平剪力、弯矩的能力突出，是高层建筑中的主要抗测力结构。墙肢截面形式主要有T形、+形，『

形。

剪力墙结构的缺点：空间布置受限，结构重，延性较差，刚度大，适用于空间较小、层数较高、房屋的高度较高高的建筑，如住宅、宾馆、单身宿舍。

剪力墙结构的优点：整体性好，水平抗侧刚度大，适合建造高度较高、层数较多的建筑。

剪力墙结构:以剪力墙为主要承受竖向和水平作用于结构。结构中墙应纵横双向均衡设置，形成稳定的平面。结构变形曲线以弯曲型为主。第17页/共57页2）剪力结构体系剪力墙:钢筋混凝土墙抵抗自身平82短肢剪力墙结构体系，一般是在小高层的电梯、楼梯部位布置剪力墙形成筒体，其他部位则根据需要，在纵横墙交接处设置Ｔ、十、Ｌ形截面短肢剪力墙，墙肢之间在楼面处用梁连接。短肢剪力墙：按墙肢的水平截面高厚比hw/bw划分：1）hw/bw≤4时，构件刚度较小，称柱；

2）hw/bw>8时,构件刚度较大，称普通剪力墙；3）4<hw/bw≤8时，构件刚度偏强但还弱，称短肢剪力墙；短肢剪力墙结构的延性较差，不易在大震条件下进行内力重分布，抗震性能差，高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构。第18页/共57页短肢剪力墙结构体系，一般是在小高层的电梯、楼梯部位布置剪力墙83第19页/共57页第19页/共57页84剪力墙结构的平面及侧移

结构变形曲线以弯曲型为主；第20页/共57页剪力墙结构的平面及侧移结构变形曲线以弯曲型为主；第20页/85第21页/共57页第21页/共57页86第22页/共57页第22页/共57页87第23页/共57页第23页/共57页881)部分框支剪力墙结构中，直接支撑剪力墙的楼层称为框支层。

2)框支层中，结构易于发生刚度突变，从而形成薄弱层(柱铰导致)，所以框支层楼面应有较大刚度。

3)框支层楼面刚度很大时，可以完成荷载的有效传递，结构型式的有效转换，有时称该层为转换层。4)有时，为完成上下部结构型式的转变、荷载的传递，特别设置一些刚度很大的构件，也称转换结构，如转换梁、转换桁架、转换板等.

部分框支剪力墙结构

框支剪力墙结构

——底部一层或两三层为框架结构，上部为剪力墙的结构。

部分框支剪力墙结构

——有目的地在框支剪力墙结构底部，一定间距范围内，增设刚度较大的落地剪力墙，以增强结构底部以及结构的整体刚度。第24页/共57页1)部分框支剪力墙结构中，直接支撑剪力墙的楼层称为框支层。89第25页/共57页第25页/共57页90落地剪力墙转换层框支层部分框支剪力墙结构部分框支剪力墙结构薄弱层第26页/共57页落地剪力墙转换层框支层部分框支剪力墙结构部分框支剪力墙结构薄91第27页/共57页第27页/共57页923）框架－剪力墙结构

框架－剪力墙结构——由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。

变形曲线为弯剪型。地震区建筑，宜设两道及以上的抗震防线，即多重设防。

优点：既能布置大空间房屋，又具有较大的侧向刚度，以适应较复杂的建筑功能要求；缺点：剪力墙布置往往受限，刚心与质心难以重合或接近；侧向刚度依然偏小，房屋建造高度受限。

框架—剪力墙结构的特点：第28页/共57页3）框架－剪力墙结构框架－剪力墙结构优点：既93第29页/共57页第29页/共57页94第30页/共57页第30页/共57页95典型框架-剪力墙结构：非典型框架-剪力墙结构：

剪力墙(或核心筒)通常承担大部分水平力(80％～90％)，是主要的抗侧力构件；框架主要承担竖向荷载，提供较大的灵活布置空间。这类结构适用于公共建筑和旅馆建筑。

剪力墙承担的底部倾覆力矩低于50%，主要在框架中起提高结构抗侧刚度的作用。这类结构中，框架的设计应按纯框架结构设计。第31页/共57页典型框架-剪力墙结构：非典型框架-剪力墙结构：剪力墙96第32页/共57页第32页/共57页97变形曲线为弯剪型第33页/共57页变形曲线为弯剪型第33页/共57页984）筒体结构

筒体结构:竖向受力结构封闭围合形成的高层建筑结构体系。分由剪力墙围成的实腹薄壁筒、由密柱深梁围成的框筒两大类。框架—核心筒结构：由刚性楼面梁或厚板将内侧实腹核心筒和筒外框架连成完整的结构。桁架筒结构：稀柱、浅梁、支撑斜杆组成桁架，布置于建筑物外边，形成桁架筒结构。(外)框筒结构:由密排柱及深梁形成封闭的外筒。筒中筒结构：由实体的内筒与空腹的外框筒组成。筒中筒结构体系具有更大的整体性与侧向刚度，因此适用于高度很大的建筑。束筒结构：筒体组合成成组筒结构体系，则侧向刚度更大，可适用于特别高的超高层建筑。第34页/共57页4）筒体结构筒体结构:竖向受力结构封闭围合形成的高层建筑结99

框架—核心筒结构

由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层建筑结构称框架—核心筒结构。

楼电梯间及一些服务用房做内核心筒；大空间房布置在外，做外框架。核心筒的整体性好，抗侧刚度很大，故框架—核心筒结构体系适用于高度较高，功能较多的建筑。第35页/共57页框架—核心筒结构由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层100

芝加哥的约翰汉考克大厦，100层，用钢量1.45kN/m2

香港中国银行，钢斜撑、钢梁、钢骨组合混凝土柱的空间桁架体系.桁架筒结构第36页/共57页芝加哥的约翰汉考克大厦，100层，用钢量1.4101桁架筒结构上海金贸大厦——内筒为八角形钢筋混凝土核心筒，外筒由八根复合巨型柱、8根钢柱，用钢量0.7kN/m2。（芝加哥的约翰汉考克大厦，100层，用钢量1.45kN/m2

）第37页/共57页桁架筒结构上海金贸大厦——内筒为八角形钢筋混凝土核心筒，外筒102第38页/共57页第38页/共57页103筒中筒结构

广东国际大厦，63层，200m，钢筋混凝土内筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成.

薄壁内筒和密柱外框筒（桁架筒）组成，抗风、抗震能力好.第39页/共57页筒中筒结构广东国际大厦，63层，200m，钢筋混凝104筒体结构(空间受力体系)（1）框筒结构：内筒承受竖向荷载，外筒承受水平荷载，柱距一般在3m以内，框筒梁比较高，开洞面积在60%以下1931年102层帝国大厦：钢框架－剪力墙体系，用钢量2.06kN/m21972年110层世界贸易中心：筒中筒结构体系，用钢量1.81kN/m21974年110层西尔斯大楼：钢成束筒结构体系，用钢量1.61kN/m2第40页/共57页筒体结构(空间受力体系)（1）框筒结构：内筒承受竖向荷载，105第41页/共57页第41页/共57页106第42页/共57页第42页/共57页1072.2.3高层建筑水平承重结构的选型2.2.4高层建筑下部结构的选型

第43页/共57页2.2.3高层建筑水平承重结构的选型第43页/共57页108第44页/共57页第44页/共57页109混合结构：由钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体(或剪力墙)所组成的共同承受竖向和水平作用的高层建筑结构.带转换层的结构；错层结构：楼板高度使楼层产生错层。错层结构对抗震设计不利，错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系，不归并为一层计算。多塔楼结构：两个或两个以上塔楼用裙房(底盘)相连组成多塔楼结构。此结构体型复杂，计算难，应重视其平面及竖向布置，应加强构造措施。带加强层高层建筑结构：利用建筑避难层、设备层空间，设置适宜刚度的水平伸臂构件（斜腹杆桁架、实体梁、整层或跨若干个层高的箱形梁、空腹桁架），构成带加强层的结构。巨型框架结构：体系由两级结构组成，一级巨梁、巨柱或巨型桁架框架；二级小框架或支撑或悬挂在一级矩形框架梁上。框架-支撑(抗震墙板)结构：框架中含支撑杆件。多为纲结构用。5）其他结构

第45页/共57页混合结构：由钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体(或剪力墙110加强层——设置连接内筒与外围结构的水平外伸臂(梁或桁架)结构的楼层(1~3层),水平外伸臂构件必须贯通核心筒并在核心筒转角处布置，形成井字形。必要时还可沿该楼层外围结构周边设置带状水平或桁梁.

加强层的合理位置和数量：1个加强层时，可设在0.6H附近；两个加强层时，可在顶层和0.5H附近分别设置；多个加强层时，宜沿竖向从顶层向下均匀布置。第46页/共57页加强层——设置连接内筒与外围结构的水平外伸臂(梁或桁架)111第47页/共57页第47页/共57页112体系由两级结构组成：一级为：跨越若干楼层的巨型梁（或巨型桁架梁）、巨型桁架柱（或实腹筒体柱），提供很大的抗侧刚度和抗弯承载力；二级：位于巨型框架单元内的辅助框架（只承受竖向荷载），也将荷载产生的内力传递到一级结构上。这种结构是具有两道抗震防线的抗震结构，具有良好的抗震性能。巨型框架结构第48页/共57页体系由两级结构组成：巨型框架结构第48页/共57页113上海证券交易所第49页/共57页上海证券交易所第49页/共57页114第50页/共57页第50页/共57页115

结构优化设计的结果：改每6层办公楼加插一个3层楼净高空中花园每8层办公楼加插一个4层楼净高的空中花园第51页/共57页结构优化设计的结果：第51页/共57页116钢骨钢筋混凝