抗侧力结构与布置

抗侧力结构与布置第1页/共63页剪力墙结构体系

第2页/共63页框筒体系

现代高层建筑结构体系分类框架体系（含板柱体系）框架－剪力墙体系（含框架－筒体体系）剪力墙体系全落地剪力墙体系部分框支剪力墙体系筒体体系筒中筒体系多筒体系其他结构第3页/共63页优点：空间大、布置灵活，造价低、延性好、计算b

理论成熟缺点：1)抗侧移刚度小，水平侧移较大，建造高度有限

2)抗震性能差，地震中非结构构件(如建筑装饰、填充墙、设备管道等)破坏比较严重，维修费用高。

3)没有稳定措施（缺乏二道防线）适用范围：5~20层，多、高层住宅、饭店、办公楼及其它公共建筑均可。1、框架结构（framestructure）体系（含板柱体系）框架结构：由梁柱通过刚性连接所组成的结构体系。框架结构属于柔性结构。第4页/共63页框架结构（framestructure）体系第5页/共63页框架结构（framestructure）体系第6页/共63页框架结构（framestructure）体系水平荷载作用下变形：剪切形为主第7页/共63页

框架结构体系典型的框架体系平面图第8页/共63页平面形状复杂的框架平面图

框架结构体系第9页/共63页平面形状复杂的框架平面图第10页/共63页板柱结构体系特点：传力途径更简捷，可有效增加净空高度。缺陷：节点处受到柱集中力作用，对板抗剪不利。板柱节点适用范围：仓库，停车场，层高受到限制的场合。框架结构体系——柱帽第11页/共63页2、剪力墙结构体系剪力墙体系全落地剪力墙体系部分框支剪力墙体系剪力墙结构：纵横方向的混凝土墙体组成抗侧力体系第12页/共63页2、剪力墙结构体系1）全落地剪力墙体系优点：整体性好，刚度大，侧移小，用钢量较省，抗震性能好缺点：自重大，基础处理要求较高，不利于布置大开间房间，不能满足公共建筑的使用要求适用范围：10～30层高层公寓式住宅、旅馆。剪力墙结构体系属刚性结构。第13页/共63页典型剪力墙体系平面布置图第14页/共63页第15页/共63页第16页/共63页剪力墙结构在水平荷载作用下的变形（弯曲形为主）第17页/共63页框支剪力墙结构2）框支剪力墙体系全落地剪力墙体系缺点：平面布置受限解决方法：底部大空间剪力墙结构（框支剪力墙）——底部若干层部分剪力墙取消第18页/共63页2）框支剪力墙体系特点：

上刚下柔结构,底层刚度削弱、刚度突变,形成薄弱层；地震区不允许单独采用；在地震区只能做成部分剪力墙框支，部分剪力墙落地。避免刚度突变的措施把框架层扩展为2-3层，随层逐渐变化刚度差异（限制落地剪力墙的比例和剪力墙之间的间距）转换层（板式转换和梁式转换）第19页/共63页3、框架--剪力墙(筒体)结构体系框－剪：在框架结构中布置少量的剪力墙形成第20页/共63页3、框架--剪力墙结构体系特点：剪力墙（核心筒）承担大部分水平力(80％～90％)，是主要的抗侧力构件，框架承担竖向荷载，提供较大的空间，既具有框架结构布置灵活、方便使用的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力。优点：受力合理，各层层间变形均匀，可形成较大使用空间。适用范围：10~25层各类公共建筑。框架-筒体可到30—40层第21页/共63页3、框架--剪力墙结构体系第22页/共63页在侧向荷载作用下的框架-剪力墙变形第23页/共63页4、筒体结构体系筒体结构：一个或多个筒体来抵抗水平力的结构筒体的构成：剪力墙组成空间薄壁筒体框架柱形成密柱框筒特点：空间抗刚度,抗扭性很好适用30层以上长/宽<2，截面尺寸接近正方形、圆形、正多边形较好第24页/共63页4、筒体结构体系分类框筒结构桁架筒结构框架—筒体结构筒中筒结构多筒结构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25页/共63页1）框筒结构框筒结构：密柱和深梁特点：内柱：竖向荷载外筒：水平荷载柱距：一般<3m框筒梁比较高开洞面积在60%以下第26页/共63页1）框筒结构剪力滞后效应：翼缘框架柱中轴力分布不均匀，两边大、中间小的不均匀现象影响因素：梁宽、荷载、弹性模量、侧板和翼缘的相对刚度原因：连梁的柔性产生剪力滞后现象，使角部的柱子轴向应力增加而中间的柱轴向应力减小不利结果：柱受力不均匀，板翘曲，减小框筒的侧向刚度和承载能力，不能发挥材料的作用，不经济框筒柱轴力分布曲线实腹筒轴力分布曲线翼缘框架腹板框架第27页/共63页（2）框架—筒体结构框架—筒体结构：外框架和内筒体的组合(实际上也是框架一剪力墙结构的一种形式)其受力特点与框架—剪力墙结构也基本一样，竖向荷载：框架和筒体水平荷载：筒体第28页/共63页29（2）框架—筒体结构

上海金贸大厦

框架－筒体结构，共88层，高420.5米，用于办公、宾馆。第29页/共63页30（2）框架—筒体结构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第30页/共63页（3）筒中筒结构筒中筒结构：薄壁内筒和密柱外框筒（桁架筒）组成，抗风、抗震能力好框筒体系筒中筒体系第31页/共63页32深圳国际贸易中心大厦，50层，158m，钢筋混凝土筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成（3）筒中筒结构第32页/共63页33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（3）筒中筒结构第33页/共63页（4）多筒结构束筒结构：由若干个筒体组合在一起的空间刚度极大的结构。(c)多重筒结构

(d)成束筒结构

芝加哥西尔斯大厦共80层，高322米，混凝土结构，商用办公楼第34页/共63页5、框架—支撑结构在框架中设置支撑斜杆，即为支撑框架，一般用于钢结构。由框架和支撑框架共同承担竖向荷载和水平荷载。第35页/共63页第36页/共63页6、巨型结构由两级结构组成

一级为：跨越若干楼层的巨梁、巨柱（超级框架）或巨型桁架，提供较大的抗侧刚度和承载力———承受水平力和竖向荷载；二级：其它楼层梁柱，承受竖向荷载并将荷载产生的内力传递到一级结构上第37页/共63页框架的梁、柱截面加大把一栋高层结构分成很少的几层1）巨型框架结构第38页/共63页（2）巨型桁架结构沿房屋周边布置大型立柱，形成空间桁架—主要的承重框架-承担大部分竖向和水平荷载主要的框架内设置小的框架实例：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，用钢量1.4kN/m2

香港中国银行大厦第39页/共63页蒙皮结构体系金属薄板（蒙皮）与肋共同工作，形成壳体，蒙皮在自身平面内有很大的拉、压和剪切强度第40页/共63页二、抗侧力结构布置第41页/共63页A级高度高层建筑适用最大高度二、高层建筑最大适用高度第42页/共63页B级高度高层建筑适用最大高度第43页/共63页三、高层建筑高宽比限制(H／B)

A级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比第44页/共63页B级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比三、高层建筑高宽比限制(H／B)第45页/共63页四、结构总体布置位于地震区混凝土结构高层建筑，其结构体系应符合下列原则:（1）传力途径合理；（2）明确的计算简图；（3）具有多道抗震防线；（4）采用立体构件；（5）实现总体屈服机制；（6）满足抗震设计4准则，即“强节弱杆”、“强柱弱粱（强竖弱平）”、“强剪弱弯”和“强压弱拉”；（7）增加结构超静定次数；（8）良好的延性；（9）竖向等强设计。第46页/共63页四、结构总体布置(一)、结构平面布置原则（简单、规则、对称、均匀）板式平面：宽度小而长度较大的房屋（控制长宽比）塔式平面：长宽较接近的建筑物平面布置要求：有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，受力明确，传力途径清楚；力争均匀对称，减少扭转影响平面形状宜简单、规则、对称，尽量避免过大的外伸、内收———避免地震影响总长度L：避免两端振动不一致使建筑物破坏平面外伸：凹角部分容易产生应力集中（楼板加强，且凹角和端角不宜设楼电梯间抗侧力结构布置时，宜对称、均匀，使刚度中心与荷载作用中心尽量接近—————避免产生扭矩筒体结构多采用正多边形、圆形、矩形和等边三角形LB第47页/共63页48四、结构总体布置选择有利于抗震的结构平面第48页/共63页49四、结构总体布置抗震不利结构平面不对称突出部分过长L/B过长突出部分过长第49页/共63页50四、结构总体布置抗震不利结构平面第50页/共63页51四、结构总体布置(二)、结构竖向布置的要求

高宽比限制：保证建筑物在水平力作用下不发生倾覆，保证建筑物的整体稳定性布置原则：结构的强度、刚度宜均匀、连续、不突变

竖向刚度突变的原因

1、结构竖向体形突变（1）顶部收进形成塔楼，小塔楼因鞭梢效应而放大地震作用，且塔楼的质量和刚度越小，地震放大越明显（2）楼层外挑内收，结构刚度和质量变化大，地震作用下易形成薄弱环节第51页/共63页52四、结构总体布置(二)、结构竖向布置的要求

2、结构体系的变化（1）底部大空间要求，底层若干层剪力墙不落地，产生刚度突变（措施：尽量增加落地剪力墙、柱、筒体截面尺寸，提高混凝土等级，减少刚度变化）（2）中部楼层部分剪力墙中断——不宜超过1/3，不允许超过1/2，墙体加强（3）顶部大空间——高振型影响显著第52页/共63页53四、结构总体布置竖向规则建筑要求：当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍。下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍,且水平外挑尺寸a不宜大于4m。第53页/共63页54四、结构总体布置选择有利于抗震的竖向布置刚度均匀而连续，避免刚度突变第54页/共63页55四、结构总体布置平面不规则扭转不规则楼板凹凸不规则楼板局部不连续不规则结构竖向不规则侧向刚度不规则竖向抗侧力构件中断楼层承载力突变第55页/共63页56五、缝的设置和基础温度缝、沉降缝、防震缝设缝原则:

1)力争不设；2）尽量少设；3）非设不可时，多缝合一；4）设缝要彻底（距离要留足）1、温度缝：防止结构因温度变化和混凝土干缩变形产生裂缝（基础以上上部结构断开）不设温度缝的措施：温度影响较大部位提高配筋率阳光直射屋面加厚屋面隔热保温层，或架空通风屋面顶层局部设温度缝设置施工后浇带伸缩缝最大间距第56页/共63页后浇带：高标号混凝土；主体混凝土浇注后两个月；贯通结构横截面；位置应为结构受力影响最小，且曲折延伸避免全部钢筋同截面搭接

第57页/共63页后浇带第58页/共63页59五、缝的设置和基础温度缝、沉降缝、防震缝2、沉降缝：由于可能产生地基不均匀沉降（基础与上部结构均断开）沉降差异的处理方法：设置沉降缝

问题：结构、建筑、施工困难，防水防渗难刚性很大的基础

问题：不经济设计、施工中采用措施调整沉降差异，减少沉降产生的结构内力

后浇带、采用不同的基础形式调整沉降差、裙房做在主体悬挑基础上第59页/共63页60五、缝的设置和