高层建筑结构设计教案A简化版省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第 一一 章章 高层建筑结构概述第1页 高层建筑范围高层建筑范围 通常以通常以建筑高度和层数建筑高度和层数两个指标来判定，但两个指标来判定，但 全世界范围内当前还没有一个统一划分标准全世界范围内当前还没有一个统一划分标准。国际高层建筑会议（国际高层建筑会议（1972，伯利恒）划分标准，伯利恒）划分标准 多层建筑多层建筑 8层层 高层建筑高层建筑 第一类第一类 9 16层层 高度高度50m 第二类第二类 1725层层 高度高度75m 第三类第三类 2540层高度层高度100m 第四类第四类(超高层超高层)40层层 高度高度100m问题问题:高层建筑定义高层建筑定义？第2页民用建筑设计通则民用建筑设计通则(JGJ37)(JGJ37)、高层民用建筑高层民用建筑 筑设计防火规范筑设计防火规范(GB 50045)(GB 50045)中要求：中要求：住宅建筑住宅建筑1010层及层及1010层以上为高层建筑；层以上为高层建筑；除住宅建筑之外民用建筑高度超出除住宅建筑之外民用建筑高度超出24m24m者者 为高层建筑为高层建筑(不包含建筑高度超出不包含建筑高度超出24m24m单层单层 公共建筑公共建筑)。高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-)(JGJ3-)要求要求：1010层层及及1010层层以以上上或或高高度度超超出出28m28m住住宅宅以以及及房房屋屋高高度度大大于于24m24m其其它它民民用用建建筑筑为为高高层层建建筑筑。（本本课程内容依据）课程内容依据）我国对高层建筑定义我国对高层建筑定义第3页 高层建筑设计特点小结高层建筑设计特点小结高层建筑同时承受竖向荷载和水平荷载，伴高层建筑同时承受竖向荷载和水平荷载，伴随房屋层数增加，即使竖向荷载对结构设计随房屋层数增加，即使竖向荷载对结构设计仍有着主要影响，但仍有着主要影响，但水平荷载已成为结构设水平荷载已成为结构设计控制原因，侧移成为控制指标。计控制原因，侧移成为控制指标。对高层建筑，水平荷载和竖向荷载产生对高层建筑，水平荷载和竖向荷载产生轴力轴力均很大，不容忽略。均很大，不容忽略。为了确保高层建筑为了确保高层建筑抗震抗震性能，结构应含有较性能，结构应含有较大延性。大延性。高层建筑高层建筑材料材料用量随高度增加而加大，可经用量随高度增加而加大，可经过优化设计减小材料用量。过优化设计减小材料用量。第4页 高层建筑结构主要材料：钢、钢筋、混凝土高层建筑结构主要材料：钢、钢筋、混凝土高层建筑结构主要材料：钢、钢筋、混凝土高层建筑结构主要材料：钢、钢筋、混凝土 对应结构构件（以材料分类）可分为：对应结构构件（以材料分类）可分为：对应结构构件（以材料分类）可分为：对应结构构件（以材料分类）可分为：钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件（包含钢骨混凝土构钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件（包含钢骨混凝土构钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件（包含钢骨混凝土构钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件（包含钢骨混凝土构件和钢管混凝土构件）。件和钢管混凝土构件）。件和钢管混凝土构件）。件和钢管混凝土构件）。对应结构分类（以材料分类）：对应结构分类（以材料分类）：对应结构分类（以材料分类）：对应结构分类（以材料分类）：钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构（两种或两种以上材料构钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构（两种或两种以上材料构钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构（两种或两种以上材料构钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构（两种或两种以上材料构件组成结构，如钢构件件组成结构，如钢构件件组成结构，如钢构件件组成结构，如钢构件+钢筋混凝土构件等）钢筋混凝土构件等）钢筋混凝土构件等）钢筋混凝土构件等）1 1）钢结构钢结构钢结构钢结构含有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变含有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变含有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变含有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变形能力大，有利于抗震，能够工厂预制，现场拼装，交叉作业形能力大，有利于抗震，能够工厂预制，现场拼装，交叉作业形能力大，有利于抗震，能够工厂预制，现场拼装，交叉作业形能力大，有利于抗震，能够工厂预制，现场拼装，交叉作业但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。高层建筑结构主要材料高层建筑结构主要材料小结小结第5页 2 2）钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土是应用最广建筑材料。含有价格低，可浇筑成是应用最广建筑材料。含有价格低，可浇筑成是应用最广建筑材料。含有价格低，可浇筑成是应用最广建筑材料。含有价格低，可浇筑成任任任任 何形状，不需要防火，刚度大。但强度低，构件截面大占何形状，不需要防火，刚度大。但强度低，构件截面大占何形状，不需要防火，刚度大。但强度低，构件截面大占何形状，不需要防火，刚度大。但强度低，构件截面大占用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。高强混凝土是近高强混凝土是近高强混凝土是近高强混凝土是近4040年来建筑材料最主要创造创造年来建筑材料最主要创造创造年来建筑材料最主要创造创造年来建筑材料最主要创造创造。高强。高强。高强。高强 可可可可减小柱、墙截面尺寸，早强可加紧施工进度，密实可提升减小柱、墙截面尺寸，早强可加紧施工进度，密实可提升减小柱、墙截面尺寸，早强可加紧施工进度，密实可提升减小柱、墙截面尺寸，早强可加紧施工进度，密实可提升 耐耐耐耐久性、弹性模量高，徐变小可减小压缩变形。但高强混凝久性、弹性模量高，徐变小可减小压缩变形。但高强混凝久性、弹性模量高，徐变小可减小压缩变形。但高强混凝久性、弹性模量高，徐变小可减小压缩变形。但高强混凝 土土土土变形能力小，脆性大，易开裂，耐火不如普通混凝土等。变形能力小，脆性大，易开裂，耐火不如普通混凝土等。变形能力小，脆性大，易开裂，耐火不如普通混凝土等。变形能力小，脆性大，易开裂，耐火不如普通混凝土等。3 3）混合结构混合结构混合结构混合结构是梁板柱墙等基本构件或结构一部分采取不一样是梁板柱墙等基本构件或结构一部分采取不一样是梁板柱墙等基本构件或结构一部分采取不一样是梁板柱墙等基本构件或结构一部分采取不一样材料混合而成。包含材料混合而成。包含材料混合而成。包含材料混合而成。包含组合结构构件组合结构构件组合结构构件组合结构构件如钢骨为骨架，外包钢筋混如钢骨为骨架，外包钢筋混如钢骨为骨架，外包钢筋混如钢骨为骨架，外包钢筋混凝土，钢骨、混凝土，钢骨、混凝土，钢骨、混凝土，钢骨、混 凝土为整体、共同受力，钢骨能够做施工平台，凝土为整体、共同受力，钢骨能够做施工平台，凝土为整体、共同受力，钢骨能够做施工平台，凝土为整体、共同受力，钢骨能够做施工平台，与钢构件比：与钢构件比：与钢构件比：与钢构件比：用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件比：重量轻，比：重量轻，比：重量轻，比：重量轻，承载力大，抗震性能好。承载力大，抗震性能好。承载力大，抗震性能好。承载力大，抗震性能好。高层建筑结构主要材料高层建筑结构主要材料小结小结第6页 第一章第一章 小结小结高层建筑是相对于多层建筑而言，通常以建筑高度和高层建筑是相对于多层建筑而言，通常以建筑高度和层数作为两个主要指标，全世界至今没有一个统一划层数作为两个主要指标，全世界至今没有一个统一划分标准。分标准。我国要求，我国要求，1010层及层及1010层以上或房屋高度超出层以上或房屋高度超出28m28m混凝土结构民用建筑物为高层建筑；超高层建筑混凝土结构民用建筑物为高层建筑；超高层建筑也没有统一和确切定义，普通泛指某个国家或地域内也没有统一和确切定义，普通泛指某个国家或地域内较高一些建筑。较高一些建筑。与多层建筑结构相比，与多层建筑结构相比，高层建筑结构最主要特点是水高层建筑结构最主要特点是水平荷载成为设计决定性原因平荷载成为设计决定性原因，侧移限值为确定各抗侧，侧移限值为确定各抗侧力构件数量或截面尺寸控制指标力构件数量或截面尺寸控制指标，有些构件除必须考，有些构件除必须考虑弯曲变形外尚须考虑轴向变形和剪切变形，地震区虑弯曲变形外尚须考虑轴向变形和剪切变形，地震区高层建筑结构还需控制结构构件延性指标。高层建筑结构还需控制结构构件延性指标。混凝土结构、钢结构和钢与混凝土混合结构混凝土结构、钢结构和钢与混凝土混合结构，是当前，是当前广泛应用于高层建筑结构类型广泛应用于高层建筑结构类型。其中钢与混凝土混合。其中钢与混凝土混合结构是近年来发展较快、含有辽阔前景新型结构它融结构是近年来发展较快、含有辽阔前景新型结构它融合了钢结构和混凝土结构优点，承载力高、延性好、合了钢结构和混凝土结构优点，承载力高、延性好、变形能力强，从而含有较强抗风和抗震能力。变形能力强，从而含有较强抗风和抗震能力。第7页 第二章第二章 高层建筑结构体系 与结构布置第8页 本章重点本章重点高层建筑结构体系构件受力特征高层建筑结构体系构件受力特征高层建筑结构体系种类及应用范围高层建筑结构体系种类及应用范围高层建筑结构体系总体布置标准高层建筑结构体系总体布置标准抗侧力结构选型和布置抗侧力结构选型和布置（难点难点）第9页高层建筑结构结构体系高层建筑结构结构体系抗侧力构件基本形式与受力特征抗侧力构件基本形式与受力特征结构承重单体与抗侧力结构单元结构承重单体与抗侧力结构单元高层结构体系发展过程高层结构体系发展过程惯用高层结构体系类型惯用高层结构体系类型竖向结构体系及选择标准竖向结构体系及选择标准水平承重体系及选择标准水平承重体系及选择标准第10页 结构整体性结构整体性 分体系功效分体系功效 水平结构由竖向结构水平结构由竖向结构支撑支撑 竖向结构靠水平结构保持竖向结构靠水平结构保持稳定稳定 水平体系和竖向体系共同作用形成空间结构水平体系和竖向体系共同作用形成空间结构 两个分体系必须综合考虑，共同设计两个分体系必须综合考虑，共同设计水平体系承受楼盖和水平体系承受楼盖和屋盖等竖向荷载，并屋盖等竖向荷载，并传递到竖向体系传递到竖向体系水平体系经过横隔板水平体系经过横隔板作用，将水平荷载分作用，将水平荷载分配到竖向抗侧体系配到竖向抗侧体系竖向体系承受竖向荷载，竖向体系承受竖向荷载，将荷载传递到基础将荷载传递到基础竖向体系承受水平剪力，竖向体系承受水平剪力，并将总剪力传递到基础并将总剪力传递到基础竖向体系抵抗由倾覆力竖向体系抵抗由倾覆力 矩产生弯曲内力矩产生弯曲内力第11页 结构承重单体与抗侧力结构单元结构承重单体与抗侧力结构单元基本构件或其组合基本构件或其组合如柱、墙、框架、桁架、实如柱、墙、框架、桁架、实腹筒、框筒等腹筒、框筒等是联络杆件和分体系是联络杆件和分体系“桥梁桥梁”，是建筑结构基本受力单元是建筑结构基本受力单元，也称作，也称作承重单体承重单体或或抗侧力单元抗侧力单元。尽管单个杆件能够作为基本受力单元，如柱、尽管单个杆件能够作为基本受力单元，如柱、墙等，但墙等，但构件只有作为构件只有作为单独单独一个基本受力单元一个基本受力单元时时才可称其为承重单体或抗侧力单元才可称其为承重单体或抗侧力单元。高层建筑结构体系通常高层建筑结构体系通常按照其承重单体与抗侧按照其承重单体与抗侧力单元特征来力单元特征来命名命名。第12页问题：问题：高层建筑主要有几个结构体系？高层建筑主要有几个结构体系？高层建筑基本抗侧力单元有框架、剪力墙、框剪、高层建筑基本抗侧力单元有框架、剪力墙、框剪、筒体等，由它们可组成各种结构体系。筒体等，由它们可组成各种结构体系。整个结构体系整个结构体系命名常取自竖向结构体系。命名常取自竖向结构体系。框架结构框架结构剪力墙结构剪力墙结构筒体结构筒体结构带加强层高层建筑结构带加强层高层建筑结构 框架框架-关键筒结构关键筒结构 框架框架-剪力墙结构剪力墙结构 第13页 小结小结 高层建筑结构体系高层建筑结构体系概念概念：所谓高层建筑建筑结构体系是指：所谓高层建筑建筑结构体系是指结构抵结构抵抗外部作用构件类型及组成方式。抗外部作用构件类型及组成方式。组成组成：结构总体系由竖向结构体系、水平承重：结构总体系由竖向结构体系、水平承重体系及基础体系三个基本分体系组成。体系及基础体系三个基本分体系组成。抗侧力体系合理选择和布置是高层建筑结构抗侧力体系合理选择和布置是高层建筑结构设设计关键计关键。第14页 高层建筑结构体系选择高层建筑结构体系选择高层建筑结构高层建筑结构选型标准选型标准惯用惯用高层建筑结构体系高层建筑结构体系竖向结构体系（抗侧力体系）选择竖向结构体系（抗侧力体系）选择水平承重体系（楼盖体系）及其选择水平承重体系（楼盖体系）及其选择第15页 高层建筑结构选型标准高层建筑结构选型标准要依据建筑高度、抗震设防类别、设防烈要依据建筑高度、抗震设防类别、设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术确定度、场地类别、结构材料和施工技术确定与其匹配、经济结构体系，与其匹配、经济结构体系，使结构效能得使结构效能得到充分发挥，建筑材料得到充分利用到充分发挥，建筑材料得到充分利用满足建筑满足建筑使用使用要求要求尽可能与建筑型式相一致尽可能与建筑型式相一致平面和立面型式规则，受力好，有足够承平面和立面型式规则，受力好，有足够承载力、刚度和延性（载力、刚度和延性（安全安全）施工简便，经济合理（施工简便，经济合理（可行可行）第16页 高层结构体系类型高层结构体系类型 框架结构体系框架结构体系 剪力墙结构体系剪力墙结构体系 框架框架剪力墙结构体系剪力墙结构体系 筒中筒结构体系筒中筒结构体系 多筒体系多筒体系 巨型结构体系巨型结构体系 伴随建筑功效及形式不停发展，相伴随建筑功效及形式不停发展，相信会有更多更新结构体系出现。信会有更多更新结构体系出现。高层建筑结构体系类型高层建筑结构体系类型第17页 一一.框架结构框架结构第18页 框架结构体系框架结构体系 1、定义：、定义：由横梁、立柱组成结构（由横梁、立柱组成结构（杆件体系杆件体系）称为框架。）称为框架。节点节点全部或大部分为全部或大部分为刚性连接刚性连接。横向框梁柱纵向框梁第19页 2、分类：、分类：按施工方法不一样，框架结构可分为按施工方法不一样，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式现浇式、装配式和装配整体式三三 种。在地震区，多采取梁、柱、板种。在地震区，多采取梁、柱、板全现浇全现浇或梁柱现浇、板预制或梁柱现浇、板预制半现浇半现浇 方案；在非地震区，有时可采取梁、柱、板均方案；在非地震区，有时可采取梁、柱、板均预制预制方案。方案。第20页3、受力变形特点：、受力变形特点：框架结构框架结构侧移侧移普通由两部分组成：普通由两部分组成：1）水平力引发楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框）水平力引发楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构架结构整体剪切变形整体剪切变形Us；2）由水平力引发倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉）由水平力引发倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩）形成框架结构伸，另一侧柱压缩）形成框架结构整体弯曲变形整体弯曲变形Ub；3）当框架结构房屋层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变）当框架结构房屋层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形影响很小。形，整体弯曲变形影响很小。注：框架结构属于注：框架结构属于柔性结构柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。，侧移主要表现为整体剪切变形。第21页 框架结构体系应用框架结构体系应用框架是由梁和柱刚结而成平面结构体系。假如整幢结框架是由梁和柱刚结而成平面结构体系。假如整幢结构都由框架作为抗侧向力单元就称为框架结构体系。构都由框架作为抗侧向力单元就称为框架结构体系。在水平荷载作用下，框架可视为一根空腹悬臂柱在水平荷载作用下，框架可视为一根空腹悬臂柱，该该悬臂柱截面高度即为框架跨度。悬臂柱截面高度即为框架跨度。优点：优点：建筑平面布置灵活，分隔方便；建筑平面布置灵活，分隔方便；整体性、抗震性能好，设计合理时结构含有整体性、抗震性能好，设计合理时结构含有 很好塑性变形能力；很好塑性变形能力；外墙采取轻质填充材料时，结构自重小。外墙采取轻质填充材料时，结构自重小。缺点：缺点：侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差。正是这一。正是这一点，限制了框架结构建造高度。点，限制了框架结构建造高度。高规高规要求要求，在，在非非地震区，现浇钢筋混凝土框架结构房屋最大适用高度地震区，现浇钢筋混凝土框架结构房屋最大适用高度为为70m，最大高宽比为，最大高宽比为5。第22页 异形柱异形柱框架结构框架结构：由形、形、形或十字形截面柱组成。由形、形、形或十字形截面柱组成。截面各肢截面各肢肢高肢厚比小于肢高肢厚比小于4（试行规范）（试行规范）。第23页 二剪力墙结构二剪力墙结构 广州白天鹅宾馆广州白天鹅宾馆第24页 剪力墙结构体系剪力墙结构体系 1、定义：、定义：由钢筋混凝土剪力墙（用于抗震结构时也称由钢筋混凝土剪力墙（用于抗震结构时也称抗震墙抗震墙）承受全部水平作用和竖向荷载结构体系。承受全部水平作用和竖向荷载结构体系。剪力墙结构平面图剪力墙结构平面图 剪力墙结构是在框架结构基剪力墙结构是在框架结构基础上发展起来（抗弯刚度础上发展起来（抗弯刚度)。第25页 实例实例第26页 剪力墙结构体系应用剪力墙结构体系应用普通是在钢筋混凝土结构中，用实心钢筋混凝土墙普通是在钢筋混凝土结构中，用实心钢筋混凝土墙片作为抗侧力单元，同时由墙片负担竖向荷载。片作为抗侧力单元，同时由墙片负担竖向荷载。优点：优点：整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强 抗震性能很好，设计合理时结构含有很好抗震性能很好，设计合理时结构含有很好塑性变形能力，因而剪力墙结构适宜建造高度比框塑性变形能力，因而剪力墙结构适宜建造高度比框架结构要高。房间墙面及天花板平整，层高较小，架结构要高。房间墙面及天花板平整，层高较小，尤其适合用于尤其适合用于住宅、宾馆住宅、宾馆等建筑。等建筑。（结构高度：几（结构高度：几十米十米 100多米，多米，十几层到三十多层十几层到三十多层）缺点：结构自重较大；受楼板跨度限制（普通为缺点：结构自重较大；受楼板跨度限制（普通为38m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活。活。第27页2、受力变形特点、受力变形特点：在水平荷载作用下，剪力墙可视为竖向悬臂在水平荷载作用下，剪力墙可视为竖向悬臂构件构件。在竖向荷载作用下，剪力墙是受压在竖向荷载作用下，剪力墙是受压薄壁柱薄壁柱；在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端 自由悬臂柱（自由悬臂柱（深梁深梁）。）。注：注：1）剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧）剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小。向变形较小。2）剪力墙结构属于）剪力墙结构属于刚性结构刚性结构，对于高宽比较大剪，对于高宽比较大剪力墙，侧向变形呈力墙，侧向变形呈弯曲型弯曲型。第28页 1）定义：定义：特殊情况下，为了在建筑底部做成较大空间，将剪力墙结特殊情况下，为了在建筑底部做成较大空间，将剪力墙结构房屋底层或底部几层做成框架，这种结构即为构房屋底层或底部几层做成框架，这种结构即为框支剪力墙框支剪力墙结构亦属结构亦属于于带转换层高层建筑结构带转换层高层建筑结构。2）破坏特点破坏特点：带转换层高层建筑结构在其转换层：带转换层高层建筑结构在其转换层上、下层间侧向刚上、下层间侧向刚度发生突变，形成柔性底层或底部，度发生突变，形成柔性底层或底部，在地震作用下易遭破坏甚至坍毁。在地震作用下易遭破坏甚至坍毁。3）布置标准布置标准：在底部大空间剪力墙结构中，普通应把落地剪力墙布：在底部大空间剪力墙结构中，普通应把落地剪力墙布置在两端或中部，并置在两端或中部，并将纵、横向墙围成筒体将纵、横向墙围成筒体；另外，还应采取增大墙；另外，还应采取增大墙体厚度、提升混凝土强度等办法体厚度、提升混凝土强度等办法加大落地墙体侧向刚度加大落地墙体侧向刚度，使上、下部，使上、下部侧向刚度差异尽可能小应加强过渡层楼板整体性和刚度。（上部可采侧向刚度差异尽可能小应加强过渡层楼板整体性和刚度。（上部可采取短肢剪力墙）取短肢剪力墙）框架和剪力墙竖向复合框架和剪力墙竖向复合 框支剪力墙结构框支剪力墙结构第29页部分框支剪力墙立面布置示意图部分框支剪力墙立面布置示意图第30页 短肢剪力墙结构短肢剪力墙结构 厚度不大剪力墙开大洞口厚度不大剪力墙开大洞口 普通是在电梯、楼梯部位布置剪力墙，形成筒体，其它普通是在电梯、楼梯部位布置剪力墙，形成筒体，其它部位则依据需要，在纵横墙交接处设置截面高度为左右部位则依据需要，在纵横墙交接处设置截面高度为左右、十、形截面、十、形截面短肢剪力墙短肢剪力墙（墙肢截面高度与厚度之比为墙肢截面高度与厚度之比为58），墙肢之间在楼面处用连梁连接，并用轻质材料填充，墙肢之间在楼面处用连梁连接，并用轻质材料填充，形成使用功效合理及可减轻结构自重短肢剪力墙结构体系。形成使用功效合理及可减轻结构自重短肢剪力墙结构体系。（普通出现在非抗震区及（普通出现在非抗震区及6、7度设防区多高层住宅中）度设防区多高层住宅中）高层高层建筑结构不应采取全部为短肢剪力墙剪力墙结构，建筑结构不应采取全部为短肢剪力墙剪力墙结构，即应设置即应设置一定数量普通剪力墙和井筒。一定数量普通剪力墙和井筒。第31页 三、框架三、框架-剪力墙结构剪力墙结构上海交大包兆龙图书馆上海交大包兆龙图书馆第32页1、定义：、定义：为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度 大特点，当建筑物需要有较大空间，且超出了框架结构合理高度时，大特点，当建筑物需要有较大空间，且超出了框架结构合理高度时，可采可采取取框架和剪力墙共同工作框架和剪力墙共同工作结构体系。结构体系。剪力墙剪力墙剪力墙剪力墙框架梁框架梁框架梁框架梁框架梁框架梁剪力墙剪力墙剪力墙剪力墙 框架框架-剪力墙结构体系剪力墙结构体系 基本结构水平复合基本结构水平复合 第33页 框架剪力墙结构体系应用框架剪力墙结构体系应用将框架、剪力墙将框架、剪力墙两种抗侧力单元结合两种抗侧力单元结合在一起在一起使用，就形成了框架剪力墙结构体系。使用，就形成了框架剪力墙结构体系。这种结构形式扬长避短，具备了纯框架结构这种结构形式扬长避短，具备了纯框架结构和纯剪力墙结构优点，同时克服了纯框架结和纯剪力墙结构优点，同时克服了纯框架结构抗侧移刚度小和纯剪力墙结构平面布置不构抗侧移刚度小和纯剪力墙结构平面布置不够灵活缺点。够灵活缺点。框架框架-剪力墙结构体系适用范围和适用高度较剪力墙结构体系适用范围和适用高度较宽（宽（1040层层），是一个很好结构体系。），是一个很好结构体系。第34页2、受力变形特点：、受力变形特点：框架框架-剪力墙结构体系剪力墙结构体系以框架为主以框架为主，并布置一定数量剪力墙并布置一定数量剪力墙，经过，经过 水水平刚度很大楼盖将二者联络在一起共同抵抗水平荷载。其中平刚度很大楼盖将二者联络在一起共同抵抗水平荷载。其中剪力墙剪力墙 负担负担大部分水平荷载，框架只负担较小一部分。大部分水平荷载，框架只负担较小一部分。注：注：在水平荷载作用下，框架侧向变形属剪切型，层间侧移自上而在水平荷载作用下，框架侧向变形属剪切型，层间侧移自上而 下下逐层增大；剪力墙侧向变形普通是弯曲型，其层间侧移自上而下逐逐层增大；剪力墙侧向变形普通是弯曲型，其层间侧移自上而下逐 层减层减小。当框架与剪力墙经过楼盖形成框架小。当框架与剪力墙经过楼盖形成框架-剪力墙结构时，各层楼盖因剪力墙结构时，各层楼盖因 其巨其巨大水平刚度使框架与剪力墙变形协调一致，大水平刚度使框架与剪力墙变形协调一致，其侧向变形介于剪其侧向变形介于剪 切型与弯切型与弯曲型之间，普通属于弯剪型。曲型之间，普通属于弯剪型。剪力墙结构属于中刚性结构剪力墙结构属于中刚性结构第35页 兼有框架和剪力墙优点，比框架结构水平承载力和侧向兼有框架和剪力墙优点，比框架结构水平承载力和侧向刚度都有很大提升，比剪力墙结构布置灵活，可应用于刚度都有很大提升，比剪力墙结构布置灵活，可应用于1040 层办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。层办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。4、框架、框架-剪力墙结构中剪力墙结构中剪力墙数量和布置：剪力墙数量和布置：1）剪力墙数量：不宜过多，以满足位移限值为宜。）剪力墙数量：不宜过多，以满足位移限值为宜。2）剪力墙布置：不宜过长；不宜少于）剪力墙布置：不宜过长；不宜少于3道，最好作成筒道，最好作成筒体；对称布置；在纵横向数量靠近；应贯通全高，上下刚度体；对称布置；在纵横向数量靠近；应贯通全高，上下刚度连贯而均匀。连贯而均匀。3、框架、框架 剪力墙结构剪力墙结构优点：优点：第36页 框剪力体系中剪力墙布置框剪力体系中剪力墙布置 框架剪力墙结构体系中剪力墙布置应注意以下几点：框架剪力墙结构体系中剪力墙布置应注意以下几点：剪力墙以剪力墙以对称布置对称布置为好，可降低结构扭转。这一点为好，可降低结构扭转。这一点 在在地震区尤为主要；地震区尤为主要；剪力墙应剪力墙应上下贯通上下贯通使结构刚度连续而且改变均匀；使结构刚度连续而且改变均匀；剪力墙宜双向剪力墙宜双向布置成筒体布置成筒体，层数较少时也应将剪力墙布，层数较少时也应将剪力墙布置成置成T型、型、L型、型、I型等型等，便于剪力墙更加好地发挥作用；，便于剪力墙更加好地发挥作用；剪力墙应布置在剪力墙应布置在结构外围结构外围，可加强结构整体抗扭作用。，可加强结构整体抗扭作用。剪力墙剪力墙宜拉通宜拉通对直以取得加大抗侧刚度。但当两榀纵向剪对直以取得加大抗侧刚度。但当两榀纵向剪力墙布置在同一轴线上而又相距甚远时应注意温度及混凝力墙布置在同一轴线上而又相距甚远时应注意温度及混凝土收缩等影响。土收缩等影响。剪力墙间距不应过大，且防止在楼面内开过大洞口。剪力墙间距不应过大，且防止在楼面内开过大洞口。剪力墙间距剪力墙间距应符合要求。应符合要求。第37页 横向剪力墙最大间距横向剪力墙最大间距 楼楼盖盖形形式式非抗非抗震震设计设计抗震设计设防抗震设计设防烈度烈度6-76-7度度8 8度度9度现现浇浇5B5B6060m m4B4B5050m m3B3B4040m m2B30m装装配配整整体体3.3.5B5B5050m m3B3B4040m m2.2.5 5B B3030m m *B为楼板宽度为楼板宽度第38页 框架剪力墙布置实例框架剪力墙布置实例第39页 四四 筒体结构筒体结构筒体筒体是由美国工程师是由美国工程师 Fazlar Khan 创造高效结构创造高效结构形式，形式，由多片平面构件或多根线形构件围成筒状由多片平面构件或多根线形构件围成筒状结构结构。筒体结构含有造型美观、使用灵活、受力。筒体结构含有造型美观、使用灵活、受力合理及整体性强等优点，适合用于较高高层建筑。合理及整体性强等优点，适合用于较高高层建筑。筒体最主要特点是它空间受力性能筒体最主要特点是它空间受力性能。筒体是空间。筒体是空间整截面工作，不论那一个筒体，整截面工作，不论那一个筒体，在水平力作用下在水平力作用下都能够看成是固定于基础上悬臂结构（都能够看成是固定于基础上悬臂结构（箱型悬臂箱型悬臂梁梁），），比单片平面结构比单片平面结构含有更大抗侧移刚度和承含有更大抗侧移刚度和承载能力，载能力，因而适宜建造高度更高超高层建筑，因而适宜建造高度更高超高层建筑，尤尤其适合用于其适合用于30层以上或层以上或 100m 以上超高层办公楼以上超高层办公楼。同时，因为筒体对称性，筒体结构含有同时，因为筒体对称性，筒体结构含有很好抗扭很好抗扭刚度刚度。第40页 筒体结构筒体筒体结构筒体筒体结构是由竖向筒体为主组成承受竖向和水筒体结构是由竖向筒体为主组成承受竖向和水平作用建筑结构。平作用建筑结构。筒体结构筒体分剪力墙围成薄壁筒和由密柱框筒体结构筒体分剪力墙围成薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成框筒等。架或壁式框架围成框筒等。筒体结构体系由筒体结构体系由关键筒结构关键筒结构、框筒结构框筒结构、桁架桁架（支撑）筒结构（支撑）筒结构所组成。所组成。关键筒关键筒普通由布置在楼梯间、电梯间以及设备普通由布置在楼梯间、电梯间以及设备管线井道四面管线井道四面钢筋混凝土墙钢筋混凝土墙围成。高层建筑平围成。高层建筑平面布置中，电梯等服务性设施用房经常位于面布置中，电梯等服务性设施用房经常位于房房屋中部屋中部，关键筒所以得名。因筒壁上仅开有少，关键筒所以得名。因筒壁上仅开有少许洞口，故亦称许洞口，故亦称实腹筒。实腹筒。第41页关键筒关键筒（亦称实腹筒）（亦称实腹筒）筒壁上仅少许洞口筒壁上仅少许洞口框筒结构框筒结构（空腹筒体）（空腹筒体）由密柱深梁组成由密柱深梁组成第42页框筒是由布置在框筒是由布置在房屋四面房屋四面密集立柱与高跨比很密集立柱与高跨比很大窗间梁大窗间梁所组成一个所组成一个多孔筒体多孔筒体。从形式上看，如同四榀平面框架在房屋四角组从形式上看，如同四榀平面框架在房屋四角组合而成，故称为框筒结构。因立面上合而成，故称为框筒结构。因立面上开有很多开有很多窗洞窗洞，故有时也称为，故有时也称为空腹筒空腹筒。框筒结构在侧向力作用下，不但与侧向力平行框筒结构在侧向力作用下，不但与侧向力平行两榀平面框架（常称为两榀平面框架（常称为腹板框架腹板框架）受力，而且）受力，而且与侧向力垂直两榀框架（称为与侧向力垂直两榀框架（称为翼缘框架翼缘框架）也参）也参加工作，经过加工作，经过角柱连接角柱连接（传递侧向荷载产生三（传递侧向荷载产生三维应力，形成框筒结构主要构件），形成一个维应力，形成框筒结构主要构件），形成一个空间受力体系。空间受力体系。筒体结构筒体结构 框筒框筒第43页 筒体水平截面为筒体水平截面为单孔或多孔箱形截面单孔或多孔箱形截面。筒体最主要筒体最主要受力特点是它空间性能，受力特点是它空间性能，在水平荷载作用下筒体可视在水平荷载作用下筒体可视为下端固定、顶端自由（筒状）悬臂构件。为下端固定、顶端自由（筒状）悬臂构件。注注 1）空间性能：按材料力学计算其应力分布特点。）空间性能：按材料力学计算其应力分布特点。2)剪力滞后现象：剪力滞后现象：对于框筒结构，在对于框筒结构，在翼缘框架翼缘框架中，远离腹板框架各柱轴力愈来愈小；在中，远离腹板框架各柱轴力愈来愈小；在腹板框架腹板框架中，中，远离翼缘框架各柱轴力递减速度远离翼缘框架各柱轴力递减速度比按直线规律递减要比按直线规律递减要快快。上述现象称之为。上述现象称之为剪力滞后剪力滞后（详教材（详教材P222）框筒结构框筒结构受力变形特点受力变形特点第44页实际应力分布实际应力分布翼缘框架翼缘框架腹腹板板框框架架腹腹板板框框架架翼缘框架翼缘框架荷载作用方向荷载作用方向材料力学解答材料力学解答实际应力分布实际应力分布材料力学解答材料力学解答角柱应力较大角柱应力较大 中部应力较小中部应力较小（曲线分布曲线分布）（直线分布直线分布）第45页3）产生剪力滞后现象原因产生剪力滞后现象原因 框筒中各柱之间存在剪力，框筒中各柱之间存在剪力，剪剪力使联络柱子窗裙梁产生剪切变形，加之梁、柱弯力使联络柱子窗裙梁产生剪切变形，加之梁、柱弯 曲变曲变形，使柱之间轴力传递减弱。形，使柱之间轴力传递减弱。4）框筒剪力滞后现象愈严重，参加受力翼缘框架柱愈少，框筒剪力滞后现象愈严重，参加受力翼缘框架柱愈少，愈不能充分发挥材料作用，也减小了结构整体抗侧刚度，空愈不能充分发挥材料作用，也减小了结构整体抗侧刚度，空间受力性能愈弱。间受力性能愈弱。5）框筒结构布置关键是）框筒结构布置关键是怎样降低剪力（切）滞后怎样降低剪力（切）滞后：（1）要求设计密柱深梁；）要求设计密柱深梁；（2）建筑平面应靠近方形；）建筑平面应靠近方形；（3）结构高宽比宜大于）结构高宽比宜大于3，高度大于，高度大于60m；（4）楼板整体性好。）楼板整体性好。4、优缺点：、优缺点：筒体结构含有很大侧向刚度及水平承载力，筒体结构含有很大侧向刚度及水平承载力，并含有很好抗扭刚度。并含有很好抗扭刚度。剪力滞后使结构计算变得更复杂剪力滞后使结构计算变得更复杂 第46页 筒中筒结构体系筒中筒结构体系筒中筒结构体系是由筒中筒结构体系是由内筒和外筒内筒和外筒两个筒体组两个筒体组 成结构体系。成结构体系。内筒通常是由剪力墙围成实腹筒（开洞极少）内筒通常是由剪力墙围成实腹筒（开洞极少），而外筒普通采取框筒或桁架筒。，而外筒普通采取框筒或桁架筒。其中其中 框筒框筒是由密柱深梁框架围成筒体（可视为是由密柱深梁框架围成筒体（可视为多孔竖多孔竖向箱型梁向箱型梁），桁架筒桁架筒则是筒体四壁采取桁架则是筒体四壁采取桁架做成做成（与框筒相比，桁架筒含有更大抗侧移（与框筒相比，桁架筒含有更大抗侧移刚度）。刚度）。研究表明，筒中筒结构空间受力性能与其高研究表明，筒中筒结构空间受力性能与其高度和高宽比相关。度和高宽比相关。第47页 一一 般用关键筒（实腹筒）做内筒，框筒或桁架筒般用关键筒（实腹筒）做内筒，框筒或桁架筒做外筒。做外筒。框筒侧向变形以剪切变形为主，内筒框筒侧向变形以剪切变形为主，内筒 一一 般以般以弯曲变形为主，弯曲变形为主，二者经过楼板联络，共同抵抗水平荷二者经过楼板联络，共同抵抗水平荷载，其协同工作原理与框架载，其协同工作原理与框架-剪力墙结构类似。剪力墙结构类似。筒中筒结构受力变形特点筒中筒结构受力变形特点 设计恰当初，框架设计恰当初，框架关键筒关键筒结构能够形成外周框架与关键筒结构能够形成外周框架与关键筒共同工作共同工作双重抗侧力结构体系双重抗侧力结构体系。框筒结构或筒中筒结构在侧向力框筒结构或筒中筒结构在侧向力作用下作用下侧移曲线呈弯剪型侧移曲线呈弯剪型 。第48页 框筒也可作为抗侧力结构框筒也可作为抗侧力结构单独使用单独使用即成为框筒结构即成为框筒结构（较少采取）（较少采取）。为了减小楼板和梁跨度，在框筒中部可设。为了减小楼板和梁跨度，在框筒中部可设置一些柱子。这些柱子仅用来承受竖向荷载，不考虑其承置一些柱子。这些柱子仅用来承受竖向荷载，不考虑其承受水平荷载。受水平荷载。框筒结构应用框筒结构应用注意注意：框架框架-筒体结构与框筒筒体结构与框筒不是同一个概念不是同一个概念。后者指是由。后者指是由密柱深梁组成空腹筒（空间），密柱深梁组成空腹筒（空间），普通作为结构单元；而前者是普通作为结构单元；而前者是由框架和筒体（关键筒）结构由框架和筒体（关键筒）结构单元组成结构，其中框架与筒单元组成结构，其中框架与筒体是体是平行受力单元平行受力单元 第49页 框架框架关键筒结构体系关键筒结构体系 1、定义：、定义：由关键筒与由关键筒与外围稀柱框架外围稀柱框架组成高层建筑结构。组成高层建筑结构。2、受力变形特点：、受力变形特点：筒体主要负担水平荷载，框架主要负担竖向荷载。筒体主要负担水平荷载，框架主要负担竖向荷载。结构兼有框架结构结构兼有框架结构 与筒体结构二者优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又含有较与筒体结构二者优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又含有较 大大侧向刚度和水平承载力，侧向刚度和水平承载力，其受力和变形特点与框架其受力和变形特点与框架-剪力墙结构类似。剪力墙结构类似。第50页3、与筒中筒结构区分：、与筒中筒结构区分：1）筒中筒结构含有良好空间性能筒中筒结构含有良好空间性能；框架框架-关键筒结构尤其是外围框架普关键筒结构尤其是外围框架普通按平面结构进行分析。通按平面结构进行分析。2）框架一关键筒结构抗侧刚度远小于筒中筒结构框架一关键筒结构抗侧刚度远小于筒中筒结构。3）筒中筒结构中抵抗剪力以实腹筒为主，抵抗倾覆力矩则以外框筒为）筒中筒结构中抵抗剪力以实腹筒为