复杂高层结构设计简介(PPT95)

高层建筑筑结构土木工程程系2022/10/261高层建建筑结结构土木工工程系系第八章章复复杂高高层结结构设设计简简介2022/10/2628.1概述述随着现现代高高层建建筑高高度的的不断断增加加，功功能日日趋复复杂，，高层层建筑筑竖向向立面面造型型也日日趋多多样化化。带转换换层高高层建建筑结结构带加强强层高高层建建筑结结构错层结结构连体结结构多塔结结构等复杂杂高层层建筑筑结构构2022/10/263这常常常要求求上部部某些些框架架柱或或剪力力墙不不落地地，为为此需需要设设置巨巨大的的横梁梁或桁桁架来来支承承；有有时甚甚至要要改变变竖向向承重重体系系(如上部部为剪剪力墙墙体系系的公公寓，，下部部为框框架—剪力墙墙体系系的办办公室室或者者商场场用房房)，这就就要求求设置置转换换构件件将上上、下下两种种不同同的竖竖向结结构体体系进进行转转换、、过渡渡。通通常，，转换换构件件占据据一层层或两两层，，即转换层层。2022/10/264同济大大学医医学院院大楼楼(同济设设计院院设计计)双塔转转换层层结构构(广西综综合院院设计计)2022/10/265当结构构抗侧侧刚度度或整整体性性需要要加强强时，，在结结构的的某些些层内内必须须设置置加强强构件件，人人们称称之为为加强层层。类似似于转转换层层，加加强层层往往往也布布置在在某个个高度度的一一层或或两层层中，，芝加加哥西西尔斯斯大厦厦就是是其中中较为为典型型的例例子。。大连国国际贸贸易中中心2022/10/266基于建建筑使使用功功能的的需要要，楼楼层结结构不不在同同一高高度，，当上上、下下楼层层楼面面高差差超过过一般般梁截截面高高度时时就要要按错层结结构考虑。。错层结结构(上海城城乡院院设计计)2022/10/267连体结结构是指在在两个个建筑筑之间间设置置一个个到多多个连连廊的的结构构。当两个个主体体结构构为对对称的的平面面形式式时，，也常常在两两个主主体结结构的的顶部部若干干层连连接成成整体体楼层层，称称为凯旋门门式。联体高高层(重庆规规划院院设计计)2022/10/268天津【凯旋门门大厦厦】上海【凯旋门门大厦厦】2022/10/269多塔楼结构构的主要特特点是在多多个多高层层建筑塔楼楼的底部有有一个连成成整体的大大裙房，形形成大底盘盘。当一幢幢高层建筑筑的底部设设有较大面面积的裙房房时，为带带底盘的单单塔结构，，这种结构构是多塔楼楼结构的一一种特殊情情况。2022/10/2610《高层建筑混混凝土结构构技术规程程JGJ3-2019》第十章中列列出了比较较常用的复复杂高层建建筑结构，，如带转换换层的结构构、带加强强层的结构构、错层结结构、连体体结构、多多塔楼结构构等，该规程同时时规定9度抗震设计计时不应采采用带转换换层的结构构、带加强强层的结构构、错层结结构和连体体结构；7度和8度抗震设计计的高层建建筑不宜同同时采用超超过两种上上述的复杂杂结构。2022/10/26118.2带转转换换层层的的高高层层建建筑筑近年年来来高高层层建建筑筑多多体体型型复复杂杂且且功功能能多多样样，，向向综综合合性性发发展展，，如如上上部部楼楼层层为为住住宅宅、、旅旅馆馆；；中中部部为为办办公公用用房房，，下下部部作作为为商商店店、、餐餐馆馆、、文文化化娱娱乐乐设设施施。。不不同同用用途途的的楼楼层层，，需需要要大大小小不不同同的的开开间间、、进进深深及及不不同同的的结结构构形形式式，，因因此此在在结结构构转转换换的的楼楼层层处处需需设设置置转转换换结结构构构构件件以以形形成成转转换换层层，，大大致致可可分分为为内部部形形成成大大空空间间外部部形形成成大大入入口口两大大类类。。这就就要要求求结结构构自自下下而而上上增增加加竖竖向向构构件件，，这这样样的的结结构构布布置置与与结结构构合合理理的的传传力力机机制制正正好好相相反反，，部部分分竖竖向向构构件件必必须须要要支支承承在在水水平平构构件件上上，，形形成成大大跨跨度度的的水水平平转转换换构构件件，，来来完完成成上上、、下下不不同同柱柱网网、、不不同同开开间间、、不不同同结结构构形形式式的的转转换换2022/10/26128.2.1转换换层层结结构构的的设设置置类类别别1.上层层和和下下层层结结构构类类型型转转换换这种种转转换换层层广广泛泛用用于于剪剪力力墙墙结结构构和和框框架架—剪力力墙墙结结构构，，它它将将上上部部剪剪力力墙墙转转换换为为下下部部的的框框架架，，以以创创造造一一个个较较大大的的内内部部活活动动空空间间。。北京京南南洋洋饭饭店店墨西西哥哥城城日日光光饭饭店店2022/10/26132.上、下层的柱柱网尺寸、轴轴线改变转换层上、下下的结构形式式没有改变，，但是通过转转换层使下层层柱的柱距放放大，完成上上下层不同柱柱网轴线布置置的转换。具有这类转换换构件的结构构上、下层的的刚度相差不不会很大，只只是由于下层层跨度较大，，上柱传来的的竖向荷载要要通过刚度及及承载力大的的水平构件作作为转换构件件，转换层的的刚度与其它它层有所差别别，设计时要要尽量选择适适当的转换构构件，以减少少刚度突变。。香港新鸿基中中心，筒中筒筒结构体系，，高178.6m，51层，5层以上是办公公楼，外框筒筒柱距为2.4m，1～4层为大空间商商业用房，为为解决底层入入口问题，采采用截面为2.0m×5.5m的预应力大梁梁进行结构轴轴线转换，将将下层柱距扩扩大为16.8m和12m。(a)5层平面；(b)标准层平面2022/10/26143.同时转换结构构形式和结构构轴线布置有少数建筑物物上部与下部部建筑布置完完全不同，竖竖向构件不能能贯通，无法法直接传力。。这种结构的的传力途径被被破坏，转换换构件设计和和结构自身设设计都十分困困难，通常采采用的方案是是箱形转换构构件或厚板转转换构件进行行间接传力。。但采用钢筋混混凝土厚板作作为转换构件件，是典型的的沿高度刚度度和质量不均均匀的结构，，对抗震十分分不利。箱形板实际上上是在厚板中中间挖掉部分分混凝土，形形成交叉梁系系构成的转换换层。相对于于厚板，箱形形板的重量和和刚度均减小小了，但是，，交叉梁并非非正交，构造造仍然十分复复杂，目前还还没有很完善善的厚板转换换层的计算和和设计方法。。捷克布拉迪斯斯拉发市基辅辅饭店的厚板板转换层2022/10/26158.2.2转换层层的结结构形形式1.内部结结构采采用的的转换换层结结构形形式目前工工程中中应用用的转转换层层，其其结构构形式式有梁梁式、、板式式、箱箱式、、桁架架式及及空腹腹桁架架式，，如图图8.6。非抗抗震设设计和和6度抗震震设计计时转转换构构件可可采用用厚板板，7、8度抗震震设计计的地地下室室的转转换构构件可可采用用厚板板。(a)单向梁梁式；；(b)双向梁梁式；；(c)板式；；(d)箱式；；(e)桁架式式；(f)空腹桁桁架式式2022/10/26161)梁式式转转换换层层(图8.6(a)、(b))受力力明明确确，，设设计计和和施施工工简简单单，，应应用用最最为为广广泛泛，，多多用用于于上上层层为为剪剪力力墙墙结结构构下下层层为为框框架架结结构构的的转转换换。。当当需需要要纵纵横横墙墙同同时时转转换换时时，，则则需需设设置置双双向向转转换换梁梁。。2)板式式转转换换层层(图8.6(c))当上上下下柱柱网网、、轴轴线线有有较较大大的的错错位位，，不不便便用用梁梁式式转转换换层层时时，，可可以以改改用用板板式式转转换换方方式式。。板板的的厚厚度度一一般般很很大大，，以以形形成成厚厚板板式式承承台台转转换换层层。。它它的的优优点点在在于于下下层层柱柱网网可可以以灵灵活活布布置置，，不不必必严严格格与与上上层层结结构构对对齐齐，，但但由由于于板板很很厚厚，，自自重重就就增增大大，，材材料料消消耗耗很很多多。。图图8.5所示示的的基基辅辅饭饭店店就就是是典典型型的的采采用用厚厚板板式式转转换换层层的的实实例例3)箱式式转转换换层层(图8.6(d))单向向托托梁梁、、双双向向托托梁梁连连同同上上下下层层较较厚厚的的楼楼板板共共同同工工作作，，可可以以形形成成刚刚度度很很大大的的箱箱式式转转换换层层，，以以实实现现从从上上层层向向更更大大跨跨度度的的下下层层进进行行转转换换。。4)桁架架式式和和空空腹腹桁桁架架式式转转换换层层(图8.6(e)、(f))这两两种种形形式式的的转转换换层层的的最最大大优优点点是是构构造造简简单单、、受受力力合合理理，，同同时时减减少少材材料料和和降降低低自自重重，，能能适适应应较较大大跨跨度度的的转转换换。。只只不不过过桁桁架架式式转转换换层层具具有有斜斜撑撑杆杆，，而而空空腹腹桁桁架架式式转转换换层层的的杆杆件件都都是是水水平平、、垂垂直直的的，，在在室室内内空空间间利利用用上上比比桁桁架架式式转转换换层层和和箱箱式式转转换换层层均均好好。。2022/10/26172.外部部结结构构采采用用的的转转换换层层结结构构型型式式由于于建建筑筑使使用用功功能能的的需需要要，，外外围围结结构构往往往往要要在在底底部部扩扩大大柱柱距距。。目目前前，，一一般般有有图图示示8.7所示示的的几几种种处处理理方方案案。。其中中梁梁式式转转换换(图8.7(a)~（d）)，底底层层用用几几根根大大柱柱支支撑撑，，给给人人以以稳稳定定、、强强壮壮的的感感觉觉，，曾曾在在香香港港康康乐乐中中心心大大厦厦等等建建筑筑中中采采用用；；合合柱柱式式转转换换(图8.7(e))，三三柱柱合合一一柱柱的的方方式式，，结结构构合合理理，，造造型型美美观观，，曾曾在在纽纽约约世世界界贸贸易易中中心心等等建建筑筑中中采采用用；；拱拱式式转转换换(图8.7(f))曾用在日日本岗山山住友生生命保险险大楼等等建筑中中，将拱拱与桁架架结合获获得大跨跨度的转转换效果果。(a)梁式转换换；(b)桁架式转转换；(c)墙式转换换；(d)间接式转转换；(e)合柱式转转换；(f)拱式转换换2022/10/26188.2.3转换层结结构的设设计1.转换层楼楼板带转换层层的结构构都有层层剪力的的转移，，剪力转转移主要要依靠楼楼板。底部大空空间剪力力墙结构构由框支支剪力墙墙转移到到落地剪剪力墙中中的剪力力往往是是很大的的，楼板板和转换换构件都都要承受受较大的的剪力，，因此高高规要求求转换层层楼板厚厚度不应应小于180mm，混凝土土强度等等级不宜宜低于C30；并应采采用拉通通的双层层双向配配筋、每每层每一一方向的的配筋率率不宜小小于0.25%；楼板外外侧可利利用纵向向框架或或外纵墙墙加强；；楼板开开洞位置置尽可能能远离外外侧边，，在大空空间部分分的楼板板不宜开开洞。还应根据据结构布布置的具具体情况况和传递递剪力的的多少考考虑是否否应将相相邻的楼楼层也予予以加强强，必要要时应校校核楼板板的剪应应力是否否超过规规范的允允许值。。2022/10/26192.框支梁框支梁设设计应符符合下列列要求：：(1)框支梁与与框支柱柱截面中中线宜重重合。(2)框支梁截截面宽度度bb不宜小于于上层墙墙体厚度度的2倍，且不不宜小于于400mm；当梁上上托柱时时，尚不不应小于于梁宽方方向的柱柱截面边边长，梁梁截面高高度hb抗震设计计时不应应小于计计算跨度度的1/6，非抗震震设计时时不应小小于计算算跨度的的1/8，也可采采用加腋腋梁。框框支梁的的混凝土土强度等等级不应应低于C30。(3)框支梁截截面组合合的最大大剪力设设计值应应符合下下列条件件：无地震作作用组合合时：V≤0.20ββcfcbho有地震作作用组合合：V≤1/γRE(0.15βcfcbho)(4)梁纵向钢钢筋接头头宜采用用机械连连接，同同一截面面内接头头钢筋截截面面积积不应超超过全部部纵筋截截面面积积的50%，接头位位置应避避开上部部墙体开开洞部位位、梁上上托柱部部位及受受力较大大部位。。(5)梁上、下下部纵筋筋的最小小配筋率率，非抗抗震设计计时分别别不应小小于0.30%；抗震设设计时，，特一级级、一级级、二级级分别不不应小于于0.60%、0.50%、0.40%；2022/10/2620(6)框支梁支支座处(离柱边1.5梁截面高高度范围围内)箍筋应加加密，加加密区箍箍筋直径径不应小小于10mm，间距不不应大于于100mm。加密区区箍筋最最小面积积含箍率率，非抗抗震设计计时不应应小于0.9ft/fyv,抗震设计计时，特特一、一一、和二二级分别别不应小小于1.3ft/fyv、1.2ft/fyv和1.1ft/fyv。框支墙墙门洞下下方梁的的箍筋也也应按上上述要求求加密。。(7)偏心受拉拉的框支支梁，其其支座上上部纵筋筋至少应应有50%沿梁全长长贯通，，下部纵纵筋应全全部直通通到柱内内；沿梁梁高应配配置间距距不大于于200mm、直径不不小于16mm的腰筋。。(8)梁上、下下纵向钢钢筋和腰腰筋的锚锚固宜符符合图8.9的要求；；当梁上上部配置置多排纵纵向钢筋筋时，其其内排钢钢筋锚入入柱内的的长度可可适当减减小，但但不应小小于钢筋筋锚固长长度la(非抗震设设计)或laE(抗震设计计)；(9)框支梁不不宜开洞洞，若需需开洞时时，洞口口位置宜宜远离框框支柱边边，以减减小开洞洞部位上上下弦杆杆的内力力值。上上下弦杆杆应加强强抗剪配配筋，开开洞部位位应配置置加强钢钢筋，或或用型钢钢加强。。(10)当竖向结结构布置置复杂，，框支主主梁承托托剪力墙墙并承托托转换次次梁及其其上剪力力墙时，，应进行行应力分分析，按按应力校校核配筋筋，并加加强构造造配筋措措施。2022/10/2621图8.8框支梁主主筋和腰腰筋的锚锚固注：非抗抗震设计计时图中中laE应取为la。2022/10/26223.框支柱1)带转换层的高高层建筑结构构，其框支柱柱承受的地震震剪力标准值值框支层柱承受受的地震剪力力标准值应按按下列规定采采用：(1)每层框支柱数数目不多于10根的场合，当当框支层为1～2层时，每根柱柱所受的剪力力应至少取基基底剪力的2%；当框支层为为3层及3层以上时，每每根柱所受的的剪力应至少少取基底剪力力的3%；(2)每层框支柱的的数目多于10根的场合，当当框支层为1～2层时，每层框框支柱承受剪剪力之和应取取基底剪力的的20%；当框支层为为3层及3层以上时，每每层框支柱承承受剪力之和和应取基底剪剪力的30%。框支柱剪力调调整以后，应应相应调整框框支柱的弯矩矩及柱端梁(不包括转换梁梁)的剪力、弯矩矩，框支柱轴轴力可不调整整。2022/10/26232)框支柱设计的的其他相关规规定：(1)最小截面尺寸寸及混凝土强强度等级框支柱截面宽宽度bc宜和梁宽bb相等，也可比比梁宽大50mm。非抗震设计计时，bc不宜小于400mm，框支柱截面面高度hc不宜小于梁跨跨度的1/15；抗震设计时时，bc不宜小于450mm，hc不宜小于梁跨跨度的1/12。柱净高与截面面长边尺寸之之比宜大于4。当不能满足足此项要求时时，宜通过加加大框支楼层层的层高来保保证框支柱的的延性。框支支柱的混凝土土强度等级不不应低于C30。(2)框支柱截面的的组合最大剪剪力设计值应应符合下列条条件：无地震作用组组合时：V≤0.20βcfcbho有地震作用组组合时：V≤1/γRE(0.15ββcfcbho)2022/10/2624(3)轴压比限值：：框支柱应比比一般框架柱柱具有更大的的延性和抗倒倒塌能力，所所以对轴压比比有更严格的的要求：有地地震作用组合合时，框支柱柱轴压比按抗抗震等级一、、二、三级宜宜符合0.60、0.70、0.80的要求；无地地震作用组合合时，框支柱柱的轴压比限限值应取0.9。(4)特一级、一级级、二级框支支层的柱上端端和底层的柱柱下端截面的的弯矩组合值值应分别乘以以增大系数1.8、1.5、1.25；框支角柱的的弯矩设计值值和剪力设计计值应分别在在上述基础上上乘以增大系系数1.1；(5)有地震作用组组合时，特一一级、一级、、二级框支柱柱由地震作用用引起的轴力力应分别乘以以增大系数1.8、1.5、1.25，但计算柱轴轴压比时不宜宜考虑该增大大系数。(6)框支柱设计应应符合下列要要求：1.柱内全部纵向向钢筋配筋率率应符合本规规程6.4.3条的规定；2.抗震设计时，，框支柱箍筋筋应采用复合合螺旋箍或井井字复合箍，，箍筋直径不不应小于10mm，箍筋间距不不应大于100mm和6倍纵向钢筋直直径的较小值值，并应沿柱柱全高加密；；3.抗震设计时，，一、二级柱柱加密区的配配箍特征值应应比高层规程程表6.4.7规定的数值增增加0.02，且柱箍筋体体积配箍率不不应小于1.5%。2022/10/26254.斜腹杆桁架采用斜腹杆桁桁架作转换结结构时，一般般宜满足下列列要求：(1)斜腹杆桁架作作转换结构时时，一般宜跨跨满层设置，，且其上弦节节点宜布置成成与上部密柱柱、墙肢形心心对中。(2)混凝土强度等等级不宜低于于C30。(3)上下弦杆应计计入相连楼板板有效翼缘作作用，按偏心心受压或偏心心受拉构件设设计，其中轴轴力可按上下下弦杆及相连连楼板有效翼翼缘的轴向刚刚度比例分配配。(4)受压斜腹杆断断面一般应由由其轴压比控控制计算确定定，以确保其其延性，其限限值见表8-1。表8-1斜腹杆桁架作作转换结构的的轴压比限值值抗震等级特一级一级二级三级轴压比限值0.60.70.80.92022/10/2626受压斜腹杆杆轴压比=Nmax／(fcbh0)(8-5)式中Nmax—斜腹杆桁架架受压斜腹腹杆最大组组合轴力设设计值；fc——斜腹杆桁架架混凝土抗抗压设计强强度；b——受压斜腹杆杆截面宽度度；h0——受压斜腹杆杆截面有效效高度。初步确定受受压斜腹杆杆截面时，，可取Nmax=0.8G(8-6)式中G——斜腹杆桁架架上按简支支状态计算算分配传来来的所有重重力荷载作作用下受压压斜腹杆轴轴向压力设设计值。(5)上下弦杆轴轴向刚度、、弯曲刚度度中应计入入楼板作用用，楼板有有效翼缘宽宽度为：12hi(中桁架)、6hi(边桁架)，hi为与上下弦弦杆相连楼楼板厚度。。2022/10/2627(6)斜腹杆桁架架上下弦节节点如图8.9、8.10所示，其截截面应满足足抗剪要求求，如式(8-7)和(8-8)，以保证整整体桁架结结构具有一一定延性而而不发生脆脆性破坏。。下弦节点上弦节点sinαsinα2022/10/26286.箱形梁(1)箱形梁作为为转换结构构时，一般般宜跨满层层设置，且且宜沿建筑筑周边环通通构成“箱箱子”，满满足箱形梁梁刚度和构构造要求。。混凝土强强度等级不不应低于C30。(2)箱形梁抗弯弯刚度应计计入相连层层楼板作用用，楼板有有效翼缘宽宽度为：12hi(中梁)、6hi(边梁)、hi为箱形梁上上下翼相连连楼板厚度度，不宜小小于180mm。板在配筋筋时应考虑虑自身平面面内的拉力力和压力的的影响。(3)箱形梁腹板板断面厚度度一般应由由其剪压比比控制计算算确定，其其限值同转转换梁的剪剪压比限值值，且不宜宜小于400mm。(4)箱形梁配筋筋按下列要要求：箱形梁纵向向钢筋配置置宜如图8.12所示。箱形形梁混凝土土强度等级级、开洞构构造要求、、纵向钢筋筋、箍筋构构造要求同同框支梁。。箱形梁腰腰筋构造要要求同转换换梁。箱形形梁上下翼翼缘楼板内内横向钢筋筋不宜小于于φ12200双层。2022/10/26297.厚板(1)转换厚板的的厚度可由由抗弯、抗抗冲切计算算确定；转转换厚板可可局部做成成薄板，薄薄板与厚板板交界处可可加腋；转转换厚板亦亦可局部做做成夹心板板；(2)转换厚板宜宜按整体计计算时所划划分的主要要交叉梁系系的剪力和和弯矩设计计值进行截截面设计并并按有限元元法分析结结果进行配配筋校核。。受弯纵向向钢筋可沿沿转换板上上、下部双双层双向配配置，每一一方向总配配筋率不宜宜小于0.6%。转换板抗抗剪箍筋的的体积配筋筋率不宜小小于0.45%；为防止转转换厚板的的板端沿厚厚度方向产产生层状水水平裂缝，，宜在厚板板外周边配配置钢筋骨骨架网进行行加强，且且不小于16200双向。(3)转换厚板上上、下部的的剪力墙、、柱的纵向向钢筋均应应在转换厚厚板内可靠靠锚固。(4)转换厚板上上、下一层层的楼板应应适当加强强，楼板厚厚度不宜小小于150mm。(5)厚板在上部部集中力和和支座反力力作用下应应按现行钢钢筋混凝土土结构设计计规范进行行抗冲切验验算并配置置必须的抗抗冲切钢筋筋。2022/10/2630(7)受拉弦杆纵纵向钢筋宜宜对称沿周周边均匀布布置，且应应按正常使使用状态下下裂缝宽度度0.2mm控制。纵向向钢筋至少少应有50%全桁架贯通通，其余跨跨中纵向受受拉钢筋均均应伸过节节点区在不不需要该钢钢筋处加受受拉锚固长长度后方可可切断，纵纵向钢筋进进入边节点点区锚固，，以过边节节点中心起起计算锚固固长度，且且需末端伸伸至节点边边向上弯≥≥15d(d为纵向钢筋筋直径)。(8)受拉弦杆箍箍筋最小面面积配箍率率要求为：：抗震等级级一级时不不小于0.6%，二级时不不小于0.5%，三级和非非抗震设计计时不小于于0.4%。(9)受压弦杆纵纵向钢筋宜宜对称沿周周边均匀布布置，其含含钢率要求求为：抗震震等级一级级时不小于于1.2%，二级时不不小于1%，三级和非非抗震设计计时不小于于0.9%，且宜全桁桁架贯通，，纵向钢筋筋进入边节节点区起计计锚固长度度，且需伸伸至节点边边下弯≥l0d(d为纵向钢筋筋直径)。(10)受压弦杆箍箍筋全杆段段加密，其其体积配箍箍率要求为为：抗震等等级一级时时不小于1.2%，二级时不不小于1.0%，三级和排排抗震设计计时不小于于0.8%。2022/10/2631(11)受拉腹杆的的纵向钢筋筋、箍筋配配置的构造造要求同受受拉弦杆，，其纵筋全全部贯通，，进入节点点区的锚固固以过节点点中心起计计锚固长度度，且需末末端伸至节节点边水平平弯长≥15d(d为纵向钢筋筋直径)。(12)受压腹杆的的纵向钢筋筋、箍筋配配置的构造造要求同受受压弦杆，，其纵筋进进入节点区区起计锚固固长度，且且需末端伸伸至节点边边水平弯长长≥l0d(d为纵向钢筋筋直径)。(13)所有杆件纵纵向钢筋支支座锚固长长度均为laE(抗震设计)、la(非抗震设计计)。(14)桁架节点区区断面及其其箍筋数量量应满足截截面抗剪承承载力要求求，且构造造上要求满满足节点斜斜面长度≥≥腹杆断面面高度+50mm。节点区内内箍筋体积积配箍率要要求同受压压弦杆。2022/10/26325.空腹腹桁桁架架(1)空腹腹桁桁架架作作转转换换结结构构时时，，一一般般宜宜满满层层设设置置，，且且其其上上弦弦节节点点宜宜布布置置成成与与上上部部密密柱柱及及墙墙肢肢形形心心对对中中。。(2)上下下弦弦杆杆轴轴向向刚刚度度、、弯弯曲曲刚刚度度中中应应计计入入楼楼板板作作用用，，楼楼板板有有效效翼翼缘缘宽宽度度为为：：12hi(中桁桁架架)、6hi(边桁桁架架)，hi为与与上上下下弦弦杆杆相相连连楼楼板板厚厚度度。。(3)空腹腹桁桁架架腹腹杆杆断断面面一一般般应应由由其其剪剪压压比比控控制制计计算算确确定定，，以以避避免免脆脆性性破破坏坏，，其其限限值值同同转转换换梁梁的的剪剪压压比比限限值值，，无无地地震震作作用用组组合合时时为为0.20，有有地地震震作作用用组组合合时时为为0.15。腹杆杆剪剪压压比比=Vmax/ββcfcbho2022/10/2633(4)空腹腹桁桁架架腹腹杆杆应应满满足足强强剪剪弱弱弯弯的的要要求求，，可可按按纯纯弯弯构构件件设设计计。。(5)空腹腹桁桁架架上上下下弦弦杆杆应应计计人人相相连连楼楼板板有有效效翼翼缘缘作作用用按按偏偏心心受受压压或或偏偏心心受受拉拉构构件件设设计计，，其其中中轴轴力力可可按按上上下下弦弦杆杆及及相相连连楼楼板板有有效效翼翼缘缘的的轴轴向向刚刚度度比比例例分分配配。。(6)空腹腹桁桁架架上上下下弦弦节节点点如如图图8.11所示示，，其其截截面面应应满满足足抗抗剪剪要要求求，，以以保保证证空空腹腹桁桁架架结结构构具具有有一一定定的的延延性性不不发发生生脆脆性性破破坏坏。。图8.11空腹腹桁桁架架(a)上弦弦节节点点；；(b)下弦弦节节点点2022/10/26348.2.4转换换层层结结构构布布置置及及设设计计的的一一般般规规定定1.减少少转转换换布置置转转换换层层上上下下主主体体竖竖向向结结构构时时，，要要注注意意尽尽可可能能多多的的布布置置成成上上下下主主体体竖竖向向结结构构连连续续贯贯通通，，尤尤其其是是在在核核心心筒筒框框架架结结构构中中，，核核心心筒筒宜宜尽尽量量予予以以上上下下贯贯通通。。2.传力直直接布置转转换层层上下下主体体竖向向结构构时，，要注注意尽尽可能能使水水平转转换结结构传传力直直接，，尽量量避免免多级级复杂杂转换换，更更应尽尽量避避免传传力复复杂、、抗震震不利利、质质量大大、耗耗材多多、不不经济济不合合理的的厚板板转换换。3.强化下下部、、弱化化上部部为保证证下部部大空空间整整体结结构有有适宜宜的刚刚度、、强度度、延延性和和抗震震能力力，应应尽量量强化化转换换层下下部主主体结结构刚刚度，，弱化化转换换层上上部主主体结结构刚刚度，，使转转换层层上下下部主主体结结构的的刚度度及变变形特特征尽尽量接接近。。4.优化转转换结结构5.计算全全面准准确2022/10/26358.3带加强强层的的高层层建筑筑图8.13加强层层的作作用(a)未设置置加强强层(b)顶部设设置一一道加加强层层(c)设置两两道加加强层层2022/10/2636在同一一幢高高层建建筑中中，沿沿房屋屋高度度方向向建筑筑功能能有时时会发发生变变化。。如下下部楼楼层用用作商商业、、文化化娱乐乐，需需要尽尽可能能大的的室内内空间间，要要求柱柱网大大、墙墙体少少；中中部楼楼层作作为办办公用用房，，需要要中等等的室室内空空间，，可以以在柱柱网中中布置置一定定数量量的墙墙体；；上部部楼层层作为为宾馆馆、住住宅等等用房房，需需要采采用小小柱网网或布布置较较多的的墙体体，如如右图图所示示。2022/10/26378.3.1加强层层的类类型加强层层构件件有三三种类类型：：伸臂腰桁架架和帽帽桁架架环向构构件(环梁)三者功功能不不同，，不一一定同同时设设置，，但如如果同同时设设置，，一般般在同同一层层。2022/10/26381.伸臂臂伸臂是是指刚刚度很很大的的、连连接内内筒和和外柱柱的实实腹梁梁或桁桁架，，通常常是沿沿高度度选择择一至至几层层布置置伸臂臂构件件。高层建建筑结结构内内设置置伸臂臂的主主要目目的是是增大大外框框架柱柱的轴轴力，，从而而增大大外框框架的的抗倾倾覆力力矩，，增大大结构构抗侧侧刚度度，减减小侧侧移。。由于伸伸臂本本身刚刚度较较大，，又加加强了了结构构抗侧侧力的的刚度度，有有时就就把设设置伸伸臂的的楼层层称为为加强强层或或刚性性加强强层。。2022/10/2639在高层层建筑筑中都都需要要有避难层层和设设备层层，通常常都将将伸臂臂和避避难层层、设设备层层设置置在同同一层层。因此，，设计计者布布置伸伸臂时时必须须要综综合考考虑建建筑布布置和和设备备层布布置的的要求求，了了解伸伸臂设设置对对结构构受力力的影影响，，并明明确其其合理理的位位置，，才能能从结结构的的角度度提出出建议议，制制订出出各方方面都都合理理的综综合优优化布布置方方案。。2022/10/2640伸臂桁桁架简简体结结构超高层层建筑筑指层层数在在80层以上上，高高宽比比大于于8的建筑筑，一一般为为钢结结构或或混合合结构构，由由于建建筑形形式的的发展展在立立面上上要求求有更更多变变化的的自由由度，，近年年来发发展一一种内内筒和和外巨巨型柱柱用外外伸桁桁架相相连的的体系系。这这种体体系可可将倾倾覆力力矩产产生的的巨大大轴力力通过过外伸伸桁架架传给给巨型型柱。。增加加外伸伸桁架架的刚刚度可可以将将更多多的轴轴力传传至巨巨型柱柱，核核心筒筒可由由竖向向钢桁桁架组组成或或采用用钢筋筋混凝凝土筒筒体，，图3—1—1说明各各类筒筒体—外伸桁桁架体体系刚刚度的的比较较。外伸桁桁架梁梁要有有足够够的刚刚度和和承载载力，，并应应考虑虑巨型型柱轴轴向变变形的的不利利影响响。2022/10/2641上海金金茂大大厦(图3—l-2)建筑总总高度度421m，高88层，建筑筑面积积约28万m2，采用混混合结结构。。如图图3—l—3所示。。主要要抗侧侧力体体系包包括八八边形形核心心筒(轴线距距27.43m)，51层以下下筒内内有460mm厚井字字墙，，筒体体厚度度为840～460mm，混凝凝土强强度为为51．7～34．5MPa，8根巨型型SRC外柱1500X4880～910X3530mm，混凝凝土强强度为为51.71MPa～34.5MPa。筒体剪剪力墙墙在24~26层、51～53层、85～87层处，，直接接与巨巨型组组合柱柱用两层高高的外外伸钢钢桁架架相连连(图3-1-4)。按照照我国国规范范风荷荷载只只考虑虑简体体时，，最大大侧移移为280cm，考虑虑外伸伸桁架架与巨巨型柱柱作用用时，，侧移移为70cm。这种种包括括简体体、外外部巨巨型柱柱及外外伸桁桁架的的超高高层结结构体体系，，充分分发挥挥了钢钢材和和混凝凝土的的最大大效应应，避避免了了外部部框架架，提提供更更大的的空间间，给给立面面设计计更大大的自自由度度。采采用巨巨型钢钢筋混混凝土土柱或或型钢钢—混凝土土巨型型柱.2022/10/26422022/10/2643天津津塔塔建筑面积积30万平方米米。地上上75层，高333m，地下4层。地上上部分高高宽比达达7.88。（超出规范范要求6较多）结构前3阶周期分分别为7.60s，7.08s和5.90s，其中第第三阶为为扭转模模态，扭扭平比（（扭转周周期与平平动周期期之比））为0.78。2022/10/2644天津津塔塔采用钢框框架-钢板剪力力墙结构构，外周周钢框架架由圆形形钢管混混凝土柱柱与钢梁梁组成，，内核是是由钢框框架-钢板-斜撑体系系形成的的核心筒筒。沿高高度设置置了4道加强层层（第15、30、45、60层），每道各各高2层。2022/10/2645建筑平面面为椭圆圆形，长长轴与短短轴长度度之比基基本为2:1，核心筒筒为扁长长的六边边形，如如左图所所示。核核心筒内内沿结构构平面短短轴方向向设置了了九道钢钢板剪力力墙，增增加横向向刚度，，使结构构在两个个方向的的平动刚刚度基本本一致，，这一点点可以从从结构的的前两阶阶周期可可以看出出来。为了充分分发挥外外框架对对内筒的的支撑作作用，不不仅沿高高度设置置了4道加强层层，加强强层处还还设置了了腰桁架架。伸臂臂桁架加加强层与与腰桁架架的工作作原理可可从下图图得到解解释。2022/10/26462022/10/26472022/10/26482022/10/26492022/10/26502022/10/26512022/10/2652当高层建建筑在水水平力作作用下发发生弯曲曲变形时时，伸臂臂桁架随随之转动动，两与与伸臂桁桁架相连连的外框框柱会提提供一上上一下的的两个反反力，阻阻止伸臂臂桁架的的转动，，从而减减小伸臂臂桁架以以上部分分的弯曲曲变形。。如上图图中的右右图所示示。由此可见见，伸臂臂桁架的的作用依依赖于与与之相连连的外框框柱的轴轴拉与轴轴压承载载力，所所以并非非伸臂桁桁架越多多越好。。同时，，由于伸伸臂桁架架一般需需要与内内筒中的的墙体连连成一线线，如图图中的左左图所示示，所以以伸臂桁桁架的数数目往往往远小于于外框柱柱的个数数，这时时设置腰腰桁架，，可以使使不与伸伸臂桁架架直接相相连的那那些外框框柱也发发挥作用用，提高高伸臂桁桁架的能能力。2022/10/26532.环向构件环向构件是是指沿结构构周围布置置一层楼(或两层楼)高的桁架，，其作用如如同加在结结构身上的的一道“箍箍”，将结结构外圈的的各竖向构构件紧密联联系在一起起，增强了了结构的整整体性。随随着结构高高度的增高高，也可设设置两道或或三道“箍箍”。环向构件多多采用斜杆杆桁架或空空腹桁架形形式，它的的刚度很大大，可以协协调周圈竖竖向构件的的变形，减减小竖向变变形差，加加强角柱与与翼缘柱的的联系，使使竖向构件件受力均匀匀。在框筒筒结构中，，环向构件件可加强深深梁作用，，减少剪力力滞后。在在框架—核心筒结构构中，环向向桁架也能能加强外圈圈柱子的联联系，减小小稀柱之间间的剪力滞滞后，增大大翼缘框架架柱的轴向向力。在框框架一核心心筒一伸臂臂结构中，，通常伸臂臂只和一根根柱子相连连接，设置置环向构件件后将伸臂臂产生的轴轴力分散到到其他柱子子，使较多多的柱子共共同承受轴轴力，使相相邻框架柱柱轴力均匀匀化，因此此环向桁架架常常和伸伸臂结合使使用。同时时设置环向向桁架还可可以减小伸伸臂的刚度度，环向桁桁架与伸臂臂结合有利利于减小框框架柱和内内筒的内力力突变。2022/10/26543.腰桁架和帽帽桁架腰桁架和帽帽桁架是设设置在内筒筒和外柱间间的桁架或或大梁，自自身具备很很大的刚度度，可减少少内筒和外外柱间的竖竖向变形差差。大量工程实实践和理论论研究表明明，内筒和和外柱的竖竖向应力不不同，加之之温度差别别、徐变等等因素的影影响，常常常导致内外外构件竖向向变形不同同，使楼盖盖大梁产生生变形和相相应应力，，如果变形形引起的应应力较大，，会较早出出现裂缝，，影响结构构的承载力力，不利于于抗震。设设置刚度很很大的桁架架或大梁，，可以限制制内、外竖竖向变形差差，从而减减小楼盖大大梁的变形形。一般在在高层建筑筑高度较大大时，就需需要设置限限制内、外外竖向变形形差的桁架架或大梁，，见图8.14。竖向变形差差异引起楼楼盖大梁内内力(a)内外柱变位位差引起弯弯矩；(b)屋顶设帽桁桁架2022/10/26552022/10/2656珠江新城西西塔地上103层，高432m预计2009年建成，2019年12月26日动工。总建筑面积积44.8万平方米。。地上103层，高432m，地下4层。裙楼5层，高24m。地上部分分高宽比达达6.9。2022/10/26572022/10/2658采用筒中筒筒结构，外外周为钢管管混凝土巨巨形斜交网网格筒体，，内核为钢钢筋混凝土土剪力墙筒筒体。钢-混凝土组合合楼盖连接接内外筒。。按抗震8度设防设计计，风荷载载设计基准准期为100年。结构前前3阶周周期期分分别别为为7.18s，7.14s和2.62s，其其中中第第三三阶阶为为扭扭转转模模态态，，扭扭平平比比（（扭扭转转周周期期与与平平动动周周期期之之比比））为为0.34，控控制制得得非非常常理理想想，，这这主主要要归归功功于于其其斜斜交交网网格格外外筒筒带带来来的的较较大大的的抗抗扭扭刚刚度度。。抗抗扭扭刚刚度度大大也也是是斜斜柱柱结结构构的的普普遍遍特特点点，，与与竖竖直直的的柱柱不不同同，，斜斜柱柱不不仅仅可可以以利利用用其其抗抗侧侧刚刚度度为为结结构构整整体体提提供供抗抗扭扭刚刚度度，，更更可可以以利利用用其其轴轴力力的的水水平平分分量量抗抗扭扭。。2022/10/26592022/10/26602022/10/26612022/10/26622022/10/2663建筑筑立立面面为为中中间间大大，，两两端端小小的的曲曲线线造造型型，，这这是是当当今今超超高高层层建建筑筑中中的的常常用用造造型型。。建建筑筑下下半半部部分分为为写写字字楼楼，，内内筒筒为为钢钢筋筋混混凝凝土土剪剪力力墙墙筒筒体体。。该该筒筒体体又又分分为为内内外外两两层层，，层层间间又又有有墙墙片片相相连连，，刚刚度度很很大大。。建建筑筑上上半半部部分分为为酒酒店店，，如如左左图图所所示示，，从从酒酒店店大大堂堂向向上上，，内内核核形形成成一一个个透透通通的的天天井井，，直直至至建建筑筑顶顶层层，，与与金金茂茂大大厦厦的的布布局局相相似似。。这这一一部部分分的的内内筒筒退退化化为为上上图图右右侧侧所所示示的的仅仅由由三三片片墙墙和和一一些些框框架架柱柱形形成成的的柔柔弱弱筒筒体体。。下下部部与与上上部部内内筒筒之之间间设设有有转转换换层层。。外筒的钢管混混凝土柱用Q345GJ钢材，管内灌灌注C80混凝土，钢管管尺寸从底层层的1800mm*50mm变化至顶层的的950mm*35mm，钢管内不再再配筋。受力力分析显示，，柱的最大轴轴压为120000kN，最大轴拉力力为6000kN，钢管本身就就足以抵抗这这些轴拉力。。2022/10/26648.3.2加强层的设计计原则结构形式与转换层类似似，常见的结结构型式有梁式桁架式空腹桁架式箱式2022/10/26652.加强层层的层层数从理论论上讲讲，这这是一一个优优化设设计问问题。。由图8.3-1可见，，设置置加强强层的的确对对改善善结构构刚度度有利利，但但大量量研究究表明明，加加强层层的层层数并并非越越多越越好，，一层层时减减小侧侧移的的效率率最高高，随随着数数量的的增多多一些些，减减小侧侧移的的绝对对值加加大，，但减减小侧侧移的的效率率降低低。当当加强强层多多于三三层时时，其其侧移移减小小效果果已很很微弱弱，故故建议议一般般水平平加强强层的的设置置不超超过3层。2022/10/26663.加强层层的平平面布布置在平面面上布布置加加强层层的刚刚臂应应横贯贯建筑筑全宽宽，在在内侧侧与芯芯筒联联结，，在外外侧与与外围围框架架柱联联结。。4.加强层层的竖竖向布布置在竖直直方向向，加加强层层设在在什么么位置置效果果最好好，目目前设设计理理论还还不成成熟，，主要要是因因为理理论分分析的的简化化假定定与工工程实实际有有较大大差异异，一一般都都倾向向于以以减小小侧移移为目目标函函数来来研究究其最最优位位置。。实际际应用用中应应针对对具体体建筑筑，建建立多多个接接近工工程实实际的的计算算模型型，做做多方方案的的分析析比较较，以以求得得加强强层实实际的的最优优层位位。(1)当只设设置一一道伸伸臂时时，最最佳位位置在在底部部固定定端以以上0.60H附近，，H为结构构总高高度，，即大大约在在结构构的2/3高度处处设置置伸臂臂能较较好发发挥其其抗侧侧作用用。(2)设置两两道伸伸臂的的效果果会优优于一一道伸伸臂，，侧移移会更更减小小；当当设置置两道道伸臂臂时，，如果果其中中一道道设置置在0.7H以上(也可在在顶层层)，则另另一道道设置置在0.5H处，可可以得得到较较好的的效果果。(3)设置多多道伸伸臂时时，会会进一一步减减小位位移，，但位位移减减小并并不与与伸臂臂数量量成正正比，，设置置伸臂臂多于于4道时，，减小小侧移移的效效果基基本稳稳定。。当设设置多多道伸伸臂时时，一一般可可沿高高度均均匀布布置。。且宜宜两个个主轴轴方向向都设设置刚刚度较较大的的水平平外伸伸构件件。2022/10/26675.加强层的的刚度现有的工工程分析析及研究究资料表表明：加强层的的刚度太太小，达达不到减减小侧移移之目的的；但若加强强层刚度度过大，，则会导导致在加加强层处处抗侧刚刚度和质质量的过过大突变变，对结结构受力力及抗震震均不利利，故加加强层的的刚度太太大没有有必要。。建议在满满足规范范对侧移移限值要要求的前前提下，，加强层层宜尽量量选用相相对较小小的刚度度。2022/10/26686.加强层设设计的其其他规定定(1)抗震要求求与轴压压比限值值：带加强层层的高层层建筑结结构，为为避免结结构在加加强层附附近形成成薄弱层层，使结结构在罕罕遇地震震作用下下能呈现现强柱弱弱梁、强强剪弱弯弯的延性性机制。。表8-2加强层及及其相邻邻上下层层框架柱柱轴压比比限值抗震等级一级二级三级轴压比限值0.700.800.90(2)提高加强强层及其其相邻上上下层楼楼盖的整整体性，，混凝强强度等级级不宜低低于C30，楼板应应采用双双层双向向配筋，，每层每每方向钢钢筋均应应拉通，，且配筋筋率不宜宜小于0.35%；2022/10/2669(3)加强层水水平外伸伸构件宜宜设施工工后浇带带，待主主体结构构完成后后再行浇浇灌成整整体，以以消除施施工阶段段重力荷荷载作用用下加强强层水平平外伸构构件、水水平环带带构件的的应力集集中影响响。(4)加强层构构件(外伸刚臂臂)与外框柱柱的连接接可以是是刚接，，也可做做成铰接接。为刚刚接时，，对加强强层的作作用不明明显，计计算中一一般假定定与外框框柱为铰铰接。(5)柱纵向钢钢筋总配配筋率在在抗震等等级为一一级时不不应小于于1.6%，二级时时不应小小于1.4%，三、四四级及非非抗震设设计时不不应小于于1.2%。总配筋筋率不宜宜大于5%。柱箍筋筋应全高高加密，，间距不不大于100mm，箍筋体体积配箍箍率抗震震等级一一级时不不应小于于1.6%，二级时时不应小小于1.4%，三、四四级及非非抗震设设计不应应小于1.2%，箍筋应应采用复复合箍或或螺旋箍箍。2022/10/26708.3.3带加强层层高层建建筑结构构的计算算分析应应遵循的的原则(1)带加强层层高层建建筑结构构应按三三维空间间分析方方法进行行整体内内力和位位移计算算，加强强层水平平外伸构构件作为为整体结结构中的的构件参参与整体体结构计计算。(2)为确保计算精精度，采用振振型分解反应应谱法时应取取9个以上振型计计算地震作用用。(3)地震区场地地地震动参数应应由当地地震震部门进行专专门研究测定定，并在此基基础上进行弹弹性和弹塑性性时程分析补补充计算和校校核。(4)带加强层高层层建筑结构重重力荷载作用用下必须进行行较准确的施施工模拟计算算，并应计入入非荷载效应应影响。加强强层构件一端端连接内筒，，一端连接外外框柱，在外外框柱由于楼楼层竖向荷载载将产生较大大的轴向变形形，而在内筒筒墙的轴向变变形则很小，，在分析时如如果按一次加加载的图式计计算，则会得得到内外竖向向构件产生的的很大的轴向向变形差，刚刚性外伸刚臂臂构件在内筒筒墙端部产生生很大的负弯弯矩，使截面面设计和配筋筋构造困难。。因此，应考考虑竖向荷载载实际在施工工过程中的分分层施加情况况，分析时采采用按分层加加载、考虑施施工过程的方方法计算。2022/10/26718.4错层结构构8.4.1错层结构特点点⑴错层结构构属竖向布置置不规则结构构，错层附近近的竖向