巨型结构知识讲解

巨型结构巨型结构的出现超高层结构发展的需要国内、国外，高层建筑的高度大幅度增长，趋势是越来越高，一般传统的三种结构体系框架、剪力墙、框架-剪力墙结构体系已经难以满足要求，需要能适应超高、更加经济有效的抗风、抗震结构体系。巨型结构的出现建筑使用功能的需要一些超高层建筑设计方案中往往有内部的共享空间，或进行豪华的建筑装修处理，或将大自然风光引进楼内，需要能提供特大空间的超高层巨型结构体系。巨型结构的概念巨型结构巨型结构的概念产生于60年代末。它是指在一座建筑中，由几个大型结构单元组成主结构，并与其它结构单元组成的次结构共同工作，从而获得更大的整体稳定性和更高的效能的高层建筑结构。巨型结构是两级结构。巨型结构的概念主结构由巨型柱、巨型梁、巨型支撑组成巨型柱的尺寸常超过一个普通框架的柱距，形式上可以是巨大的实腹钢骨混凝土柱，空间格构式桁架或筒体巨型梁采用高度在一层以上的平面或空间格构式桁架，一般隔若干层才设置一道巨型结构巨型结构的概念主结构主要承担各楼层的重力荷载和风、地震引起的全部水平荷载。主要的抗侧力构件。巨型支撑通常有2种形式：一种是钢构件作为支撑与柱子用节点板相连；另一种是用混凝土或砌块等填充物作为支撑，一般用于混凝土结构的大型支撑框筒体系。巨型结构巨型结构的概念次结构由常规结构体系和结构构件组成。从属结构，每隔数层分为一组，支承于主体结构的大梁上，或悬挂于大梁之下。主要承担竖向荷载，并负责将力传给主结构；它对抗侧力的贡献很小，仅起辅助作用和大震下的耗能作用。巨型结构分类巨型结构体系一般可按其主要抗侧力体系的不同而分类巨型框架结构巨型支撑结构巨型框架结构巨型支撑结构巨型框架结构巨型框架结构又被称为主次框架结构体系主框架可以形象地比喻为按比例放大的框架，是主要抗侧力体系，其大梁充当刚臂，把两边的大柱连在一起，组成一个整体巨型框架，共同抵抗水平荷载作用。再在上下巨型大梁之间设置楼层框架或其它形式的受力体系作为二级传力体系，主要负责将楼面竖向荷载传递到巨型框架大梁上。巨型框架结构巨型框架结构可按组成材料分为纯钢结构巨型框架钢筋混凝土巨型框架钢-混凝土混合结构巨型框架纯钢结构巨型框框架纯钢结构巨型框框架梁可分为桁架型型、斜格型主框架的梁和柱柱一般采用空心心立体杆件柱可分为支撑型型、斜格型、框框筒型纯钢结构巨型框框架日本NEC办公大楼日本NEC办公大楼位于东东京，地上43层，地下4层层，屋顶间1层层，高180m。由于该建筑在布布局上有如下要要求：在底层到13层层之间设置内部部大庭园13层到15层之间间设置横贯整个个房屋的具有3层楼高的大开开口。纯钢结构巨型框框架日本NEC办公大楼该体系的主结构构是由四根巨型型格构柱和分别别布置在地下室室及16、27、38层的4根巨型桁架梁梁所组成，主结结构几乎承担着着整个建筑的全全部侧向荷载。。纯钢结构巨型框框架日本NEC办公大楼底层的风荷裁剪剪力为地震剪力力的61％，表表明是地震起控控制作用，该大大楼虽高180m，但横向周期仅为为3．44s，纵向周期仅为3．42s，均比常规结构体体系约短20％％，足以说明巨巨型框架结构具具有很大的抗推推刚度。纯钢结构巨型框框架神户TC大厦该建筑是一座高高层办公楼，地地下3层，地上上25层，高103m．建筑平面尺寸为为32mx33m，接近正方形。纯钢结构巨型框框架神户TC大厦在平面四角均采采用以4片人字字形竖向支撑与与柱距为5．7m的4根钢柱所围围成的、边长约约6．5m的钢支撑筒作为为巨型柱在14层和顶层层设高度等于层层高的巨型桁架架梁，与巨型柱柱组成单跨双层层巨型框架纯钢结构巨型框框架神户TC大厦巨型框架在一个个方向成对布置置，在另一个方方向仅布置在外外侧，以便给巨巨型柱包围的角角部空间留有入入口。钢筋混凝土巨型型框架钢筋混凝土巨型型框架我国已建成的巨巨型框架结构均均为钢筋混凝土土结构。由于巨巨型框架结构大大梁的跨度非常常大，而且承担担荷载极大，为为了控制大梁变变形和节约材料料，一般须对之之施加预应力，，故它也是一种种新型预应力结结构体系。钢筋混凝土巨型型框架主框架的的柱一般采用型型钢混凝土柱或或筒体，梁可分分为钢桁架、斜斜格型杆件或钢钢筋混凝土大梁梁(箱型或实心心)钢筋混凝土巨型型框架深圳新华大厦深圳新华大厦(35层)采用用正方形平面，，其主体结构由由芯筒和外圈巨巨型框架组组成成，芯筒平面为为矩形，设4道道横隔墙和2道道纵隔墙钢筋混凝土巨型型框架深圳新华大厦楼层平面的外圈圈为钢筋混凝土土巨型框架，平平面四角的大截截面双肢柱作为为四边主框架的的4根角住．沿沿楼房高度从下下到上分别每隔隔3层、9层、、10层设置预预应力混凝土大大截面梁，与4根角柱一起构构成主框架在主框架的各层层大梁之间设置置3-10层楼楼高的较小截面面次框架。钢筋混凝土巨型型框架深圳新华大厦深圳香格里拉大大酒店主楼(33层)，高114．．5m，平面为Y形，按7度地震震进行抗震设防防它利用中央核心心筒和3个端筒筒作为主框架的的4根立柱，沿沿竖向每大层设设置12根转换换大梁，每一翼翼的4根梁组成成本层巨型框架架大梁，3肢主主框架构成平面面为Y形的巨型框架体体系钢筋混凝土巨型型框架深圳香格里拉大大酒店在主框架的每层层大梁上建立一一个6层楼高的的次框架．在每每榀次框架的顶顶层，所有中柱柱均在第6层楼楼板处中止，为为第6楼层造就就出一个全楼面面的无柱大空间间，方便了该楼楼层使用上的合合理布局钢筋混凝土巨型型框架钢筋混凝土巨型型框架深圳香格里拉大大酒店钢-混凝土混合合结构巨型框架架新加坡华侨银行行大厦巨型框架柱为钢钢筋混凝土半圆圆支撑筒巨型框架大梁除除第一层为钢筋筋混凝土大梁外外，其余各层大大梁均为钢结构构框架次结构为悬挂体体系的巨型框架架结构次结构为悬挂体体系的巨型框架架结构有时为了增加在在地震作用下结结构的耗能，在在主次结构之间间增加耗能元件件，或者将次结结构做成悬挂结结构。次结构为悬挂体体系的巨型框架架结构香港汇丰银行香港汇丰银行(48层)，高高178．8m，整个巨型框架结结构由8根钢管管组合柱承担，，每根组合柱由由4根直径为1400mm的钢管组成，纵纵、横向桁架梁梁共有5层，每每道桁架梁伸出出柱外10．8m，楼面通过吊杆悬悬挂在桁架大梁梁上。次结构为悬挂体体系的巨型框架架结构香港汇丰银行结构平面结构纵剖面结构横剖面次结构为悬挂体体系的巨型框架架结构香港汇丰银行风荷载作用下的的结构分析表明明，在水平力作作用下，结构的的侧移曲线为剪剪切型变形，沿沿房屋纵向结构构的基本周期为为4．5s，第2、第3扭转转振型的周期分分别为3．7s和3．1s,比其它结构体系系的自振周期稍稍长，表明其耗耗能能力颇佳，，结构总用钢量量为25000t。香港汇丰银行香港汇丰银行巨型支撑结构体体系体系的构成巨型支撑结构是是由巨型空间支支撑、支撑平面面内的次框架及及结构内部的次次框架组成。巨型空间支撑承承担绝大部分竖竖向荷载和水平平荷载（风、地地震）。支撑平面内的次次框架及结构内内部的次框架将将每组若干楼层层的竖向荷载和和局部水平荷载载向巨型支结构构体系的主构件件传递。巨型支撑结构体体系体系的构成巨型支撑一般采采用型钢制作，，通常沿建筑物物的外框周边布布置，各个面的的支撑杆件在建建筑物的角部汇汇交于同一根竖竖向杆件（角柱柱）。在建筑物物内部，有时也也沿对角线方向向设置支撑。角柱可以采用型型钢，也可以采采用型钢混凝土土。巨型支撑结构体体系结构的受力特点点轴力取代弯矩传传递剪力具有最大的抗力力偶力臂消除剪力滞后效效应避免柱子侧向失失稳巨型支撑结构体体系香港中银大厦该建筑于1990年5月落成成，地面以上共共70层，高315m，屋顶天线的顶端端标高为368m。由国际著名建筑筑师贝聿铭作建建筑设计，罗伯伯逊公司作结构构设计。整体建建筑像晶体。该大楼底部平面面为52×52m的正方形，利用用正方形的对角角线，将该正方方形平面划分为为四个三角形区区，由下往上每每隔若干层（25层或13层层）减少一个三三角形区，经过过3次变化，到到上部楼层只保保留一个三角形形区直到顶部。。巨型支撑结构体体系香港中银大厦该大楼采用由5根型钢混凝土土柱及8榀平面面支撑组成巨型型支撑结构体系系。四根角柱直接座座到基础，位于于正方形对角线线交点的中心柱柱，由顶层向下下延伸到第25层终止。在支撑A的平面内设置5根小钢柱；在在支撑B的平面内设置2根小钢柱，它它们将楼层重力力荷载向支撑角角柱传递。八片支撑的平面位置置巨型支撑结构体体系香港中银大厦巨型支撑结构体体系的型钢混凝凝土角柱，分别别与三个方向的的水平杆和斜杆杆连接，角柱截截面向上分段减减小。型钢混凝土角柱柱巨型支撑结构体体系香港中银大厦巨型支撑结构体体系的平面支撑撑是以13个楼楼层的高度为一一个节间，每隔隔12个楼层设设置一根水平杆杆，采取桁架式式结构，占一层层楼高度。支撑斜杆跨越12个楼层的高高度。斜杆的倾倾角接近45°°，斜杆采用由由4块钢板拼焊焊成矩形管状截截面，截面尺寸寸为1000mm×500mm×90mm,管内填灌混凝土土。同时利用立立体式支撑及各各支撑平面内的的钢柱和斜杆，，将各楼层重力力荷载传递到角角柱。巨型支撑结构体体系香港中银大厦由于将起抗倾覆覆力矩作用的型型钢混凝土柱布布置在平面的4个角上，从而而在抵抗任何方方向的水平力时时均具有最大的的力臂．香港地地区风荷载对结结构引起的底部部剪力大致等于于美国洛杉矶地地震作用的4倍倍、风荷载的3倍，即使这样样其用钢量还是是比同样高度的的其他楼房节约约40％左右。。香港中银大厦香港中银大厦美国芝加哥汉考考克大厦1970年建成，100层，总高度为为332m。大厦采用上小下下大的矩形截锥锥体型，底层平平面尺寸为79.9m×46.9m,顶层平面尺寸为为48.6m×30.4m。沿框筒周围设置置了巨型交叉支支撑。巨型支撑结构体体系美国芝加哥汉考考克大厦支撑框筒的柱、、窗裙梁和斜杆杆均采用由三块块厚钢板焊接成成的工字形截面面，柱的最大轮轮廓尺寸为915mm×915mm，所用钢板的最大大厚度为150mm。巨型支撑结构体体系美国芝加哥汉考考克大厦右图为该支撑框框筒结构体系的的一个典型区段段。在每一区段中主主构件包括角柱柱、斜杆和主楼楼层的窗裙梁。。次构件包括中间间柱和处于主楼楼层之间的各层层的窗裙梁。次构件的各层窗窗裙梁支承于主主构件上，仅承承担重力荷载，，不参与抵抗水水平荷载。巨型支撑结构体体系美国芝加哥汉考考克大厦在水平荷载作用用下发生整体弯弯曲时，本来应应该由腹板框