受力特点及结构体系.pptx
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1、第一章第一章 受力特点及结构体系受力特点及结构体系 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 结构受力特点结构受力特点第三节第三节 框架结构框架结构 第四节第四节 剪力墙结构剪力墙结构 第五节第五节 框架一剪力墙结构框架一剪力墙结构 第六节第六节 筒体结构筒体结构 返回返回第一节第一节 概述概述一一 高层建筑的发展概况高层建筑的发展概况 二二 高层建筑的结构类型高层建筑的结构类型三三 高层建筑结构体系高层建筑结构体系 返回返回一一 高层建筑的发展概况高层建筑的发展概况 现代现代高层建筑高层建筑是随着社会生产的发展和是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的,是商业化、人们生活的需要而发展起来
2、的,是商业化、工业化和城市化的结果。工业化和城市化的结果。一方面一方面城市人口集中、用地紧张、地价城市人口集中、用地紧张、地价高涨促使了建筑向高空发展;高涨促使了建筑向高空发展;另一方面另一方面技术技术的进步又为高层建筑的发展提供了保证。的进步又为高层建筑的发展提供了保证。施工机械、施工技术、新材料、新的设计施工机械、施工技术、新材料、新的设计方法和手段;方法和手段;城市化水平、地价、竞争;城市化水平、地价、竞争;防灾手段进步,交通设备完备。防灾手段进步,交通设备完备。返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述一一 高层建筑的发展概况高层建筑的发展概况(一)国内高层建筑的发展(一)国内
3、高层建筑的发展 国内最早的高层建筑主要是一些寺、塔,国内最早的高层建筑主要是一些寺、塔,大都采用木结构或砖结构。如建于公元大都采用木结构或砖结构。如建于公元524年年的河南的河南嵩山寺塔嵩山寺塔,为砖砌单筒结构;建于公,为砖砌单筒结构;建于公元元1056年的山西年的山西应县木塔应县木塔,为一内外两环柱,为一内外两环柱网结构。网结构。近代中国高层建筑的发展经历了一个从缓近代中国高层建筑的发展经历了一个从缓慢到迅速的过程,特别是改革开放的深入,慢到迅速的过程,特别是改革开放的深入,外商投资的增多,加快了我国高层建筑的发外商投资的增多,加快了我国高层建筑的发展。展。表现在:表现在:返回返回第一节第一
4、节第一节第一节 概述概述概述概述一一 高层建筑的发展概况高层建筑的发展概况 新的设计方法引进;新的设计方法引进;新结构体系引进:新结构体系引进:资金投入。资金投入。金茂大厦金茂大厦 上海环球金融中心上海环球金融中心 深圳地王大厦深圳地王大厦 香港中环广场香港中环广场 香港国际金融中心香港国际金融中心 九龙站第九龙站第7期期返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述一一 高层建筑的发展概况高层建筑的发展概况(二)国外高层建筑的发展(二)国外高层建筑的发展 国外高层建筑的发展经历了三个阶段:国外高层建筑的发展经历了三个阶段:19世纪中期之前,一般只能建世纪中期之前,一般只能建6层左右的建层
5、左右的建筑;筑;20世纪世纪50年代高年代高381m的的帝国大厦帝国大厦建成,标建成,标志着现代高层建筑的开始;志着现代高层建筑的开始;20世纪世纪50年代后高层建筑发展加快。年代后高层建筑发展加快。西尔斯大厦西尔斯大厦 世界贸易中心世界贸易中心 石油大厦石油大厦 自由之塔自由之塔 返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述一一 高层建筑的发展概况高层建筑的发展概况(三)高层建筑的发展方向(三)高层建筑的发展方向 多功能、多用途;多功能、多用途;体型复杂;体型复杂;结构体系多样化。结构体系多样化。(四)高层建筑的划分(四)高层建筑的划分 高层建筑是相对而言的,在国际上至今高层建筑是相对
6、而言的,在国际上至今尚无统一的划分标准,在不同国家,不同时尚无统一的划分标准,在不同国家,不同时期,其规定也不同:期,其规定也不同:返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述一一 高层建筑的发展概况高层建筑的发展概况 美国美国:高度在:高度在2225m以上或以上或7层以上建层以上建筑为高层建筑;筑为高层建筑;日本日本:高度在:高度在31m以上或以上或8层以上建筑为层以上建筑为高层建筑;高层建筑;中国中国:住宅:住宅10层及以上为高层建筑,其他层及以上为高层建筑,其他民用建筑高度超过民用建筑高度超过24m为高层建筑。为高层建筑。GB50096-1999:低层住宅低层住宅13层;层;多层住
7、宅多层住宅46层;层;中高层住宅中高层住宅79层;层;高层住宅高层住宅10层及以上;层及以上;返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述二二 高层建筑的结构类型高层建筑的结构类型 目前目前目前目前钢钢和和钢筋混凝土钢筋混凝土两种材料都是建造高层两种材料都是建造高层建筑的重要材料,他们有着不同的特点。如何正确建筑的重要材料,他们有着不同的特点。如何正确选用材料,充分利用其优点、克服弱点,就成为经选用材料,充分利用其优点、克服弱点,就成为经济合理建造高层建筑的一个重要方面。济合理建造高层建筑的一个重要方面。钢材钢材强度高、韧性大、易于加工;高层钢结构强度高、韧性大、易于加工;高层钢结构具有
8、结构断面小、自重轻、抗震性能好等优点;钢具有结构断面小、自重轻、抗震性能好等优点;钢结构构件可在工厂加工,能缩短现场施工工期,施结构构件可在工厂加工,能缩短现场施工工期,施工方使。但是高层钢结构用钢量大,造价很高,而工方使。但是高层钢结构用钢量大,造价很高,而且钢材耐火性能不好,需要用大量防火涂料,增加且钢材耐火性能不好,需要用大量防火涂料,增加了工期和造价。在发达国家,大多数高层建筑采用了工期和造价。在发达国家,大多数高层建筑采用钢结构。钢结构。返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述二二 高层建筑的结构类型高层建筑的结构类型 钢筋混凝土钢筋混凝土结构造价较低,且材料来源丰结构造价
9、较低,且材料来源丰富,并可浇注成各种复杂断面形状,还可以富,并可浇注成各种复杂断面形状,还可以组成多种结构体系;可节省钢材,承载能力组成多种结构体系;可节省钢材,承载能力也不低,经过合理设计,可获得较好的抗震也不低,经过合理设计,可获得较好的抗震性能。因而,在发展中国家,大都采用钢筋性能。因而,在发展中国家,大都采用钢筋混凝土建造高层建筑。混凝土建造高层建筑。钢结构钢结构 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 劲性钢筋混凝土结构劲性钢筋混凝土结构 组合结构组合结构返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述三三 高层建筑结构体系高层建筑结构体系 结构体系是指结构抵抗外部作用的构件结构体系是指结构
10、抵抗外部作用的构件组成方式。在高层建筑中,抵抗水平力成为组成方式。在高层建筑中,抵抗水平力成为设计的主要矛盾,因此抗侧力结构体系的确设计的主要矛盾,因此抗侧力结构体系的确定和设计成为结构设计的关键问题。高层建定和设计成为结构设计的关键问题。高层建筑常用的结构体系有:筑常用的结构体系有:框架结构框架结构 剪力墙结构剪力墙结构 框架框架剪力墙结构剪力墙结构 筒中筒结构筒中筒结构 框架框架筒体结构筒体结构 框筒结构框筒结构 巨型框架结构巨型框架结构 巨型桁架结构巨型桁架结构 悬挂结构悬挂结构返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述三三 高层建筑结构体系高层建筑结构体系框架结构框架结构:由梁
11、、柱构:由梁、柱构件组成的结构称为框架。件组成的结构称为框架。框架结构的特点是建筑框架结构的特点是建筑平面布置灵活,可以做平面布置灵活,可以做成有较大空间的会议室、成有较大空间的会议室、营业室、教室等。需要营业室、教室等。需要时,可用隔断分隔成小时,可用隔断分隔成小房间,因而使用灵活。房间,因而使用灵活。返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述三三 高层建筑结构体系高层建筑结构体系剪力墙结构剪力墙结构:利用建筑物:利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷裁的结构,称抵抗水平荷裁的结构,称为剪力墙结构体系。为剪力墙结构体系。返回返回第一节第一节第一节第一节 概述
12、概述概述概述三三 高层建筑结构体系高层建筑结构体系框架框架剪力墙剪力墙结构结构:在:在框架结构中设置部分剪框架结构中设置部分剪力墙,使框架和剪力墙力墙,使框架和剪力墙两者结合起来,取长补两者结合起来,取长补短,共同抵抗水平荷载,短,共同抵抗水平荷载,就组成了框架就组成了框架剪力墙剪力墙结构体系。如果把剪力结构体系。如果把剪力墙布置成筒体,又可称墙布置成筒体,又可称为为框架框架筒体结构筒体结构体系。体系。返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述三三 高层建筑结构体系高层建筑结构体系筒中筒结构筒中筒结构:由内外两个筒体组成的结:由内外两个筒体组成的结构,外部为框筒内部为实腹筒。构,外部为
13、框筒内部为实腹筒。返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述三三 高层建筑结构体系高层建筑结构体系框架框架筒体结构筒体结构:在框架结构中设置部:在框架结构中设置部分筒体结构,使框架和筒体两者结合起分筒体结构,使框架和筒体两者结合起来。来。返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述三三 高层建筑结构体系高层建筑结构体系框筒结构框筒结构:在实腹筒的墙体上开出许多规:在实腹筒的墙体上开出许多规则排列的窗洞所形成的开孔筒体称为框筒。则排列的窗洞所形成的开孔筒体称为框筒。返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述三三 高层建筑结构体系高层建筑结构体系巨型框架结构巨型框架结构:利用
14、筒体作:利用筒体作为柱子,在各筒体之间每隔为柱子,在各筒体之间每隔数层用巨形梁相连,筒体和数层用巨形梁相连,筒体和巨形梁即形成巨形框架。巨形梁即形成巨形框架。返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述三三 高层建筑结构体系高层建筑结构体系巨型桁架结构巨型桁架结构:由巨型斜:由巨型斜杆组成巨型桁架,作为高杆组成巨型桁架,作为高层建筑的主体结构。层建筑的主体结构。返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述中国银行大厦中国银行大厦三三 高层建筑结构体系高层建筑结构体系悬挂结构悬挂结构:以核心筒、:以核心筒、钢架等为主要承重结构,钢架等为主要承重结构,将水平构件通过吊索悬将水平构件通过
15、吊索悬挂其上的结构。挂其上的结构。返回返回第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述第二节第二节 结构受力特点结构受力特点一一 水平荷载影响水平荷载影响二二 整体工作特性整体工作特性 三三 多种变形影响多种变形影响 返回返回一一 水平荷载影响水平荷载影响 在低层结构中,水平荷载产生的内力和在低层结构中,水平荷载产生的内力和位移很小,通常可以忽略;在多层结构中,位移很小,通常可以忽略;在多层结构中,水平荷载的效应水平荷载的效应(内力和位移内力和位移)逐渐增大;而逐渐增大;而到高层建筑中,水平荷载和地震作用将成为到高层建筑中,水平荷载和地震作用将成为控制因素。控制因素。对于高层结构,可将其简化为一
16、下端固对于高层结构,可将其简化为一下端固定的悬臂杆件,其荷载效应如图所示:定的悬臂杆件,其荷载效应如图所示:轴力与结构高度成线性比例;轴力与结构高度成线性比例;弯矩与结构高度成二次方关系;弯矩与结构高度成二次方关系;侧移与结构高度成四次方关系。侧移与结构高度成四次方关系。返回返回第二节第二节第二节第二节 结构受力特点结构受力特点结构受力特点结构受力特点一一 水平荷载影响水平荷载影响 由此可见,高层结构中抗侧力的设计由此可见,高层结构中抗侧力的设计是个关键,是个关键,水平荷载水平荷载是决定因素,而是决定因素,而侧移侧移是控制指标。是控制指标。返回返回第二节第二节第二节第二节 结构受力特点结构受力
17、特点结构受力特点结构受力特点一一 水平荷载影响水平荷载影响 控制侧移的原因控制侧移的原因:过大的侧向变形会使人不舒服,影响使过大的侧向变形会使人不舒服,影响使用;用;过大的侧向变形会使填充墙或建筑装修出过大的侧向变形会使填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏,也会使电梯轨道变形;现裂缝或损坏,也会使电梯轨道变形;过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝,过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝,甚至损坏。甚至损坏。过大的侧向变形会使结构产生附加内力,过大的侧向变形会使结构产生附加内力,甚至引起倒塌。甚至引起倒塌。返回返回第二节第二节第二节第二节 结构受力特点结构受力特点结构受力特点结构受力特点二二 整体工作特性整
18、体工作特性 高层建筑结构在水平荷载作用下,楼层高层建筑结构在水平荷载作用下,楼层的总水平力是已知的,但这水平力如何分配的总水平力是已知的,但这水平力如何分配到各片框架、各片剪力墙却是未知的。由于到各片框架、各片剪力墙却是未知的。由于各片抗侧力结构的刚度、形式不相同,变形各片抗侧力结构的刚度、形式不相同,变形特征也不一样,所以不能像一般结构简单地特征也不一样,所以不能像一般结构简单地按受荷面积大小分配,否则,会使抗侧刚度按受荷面积大小分配,否则,会使抗侧刚度小的结构所分配的水平力过大,偏于不安全。小的结构所分配的水平力过大,偏于不安全。应整体考虑。应整体考虑。返回返回第二节第二节第二节第二节 结
19、构受力特点结构受力特点结构受力特点结构受力特点二二 整体工作特性整体工作特性 高层建筑结构的整体工作特性,主要是高层建筑结构的整体工作特性,主要是由各层由各层楼板作用楼板作用的结果,一般都假定其在自的结果,一般都假定其在自身平面内只有刚体位移,不改变形状,并不身平面内只有刚体位移,不改变形状,并不考虑平面外的刚度。故各抗侧结构都要受到考虑平面外的刚度。故各抗侧结构都要受到楼板刚体位移的制约,即所谓的楼板刚体位移的制约,即所谓的位移协调位移协调。因此,各抗侧结构按抗侧刚度的大小分配因此,各抗侧结构按抗侧刚度的大小分配水平力。水平力。返回返回第二节第二节第二节第二节 结构受力特点结构受力特点结构受
20、力特点结构受力特点三三 多种变形影响多种变形影响 结构构件在外力作用下产生的位移,包结构构件在外力作用下产生的位移,包括弯曲变形、轴向变形和剪切变形三部分。括弯曲变形、轴向变形和剪切变形三部分。在多层结构的分析中,一般可忽略轴向和剪在多层结构的分析中,一般可忽略轴向和剪切项的影响。切项的影响。返回返回第二节第二节第二节第二节 结构受力特点结构受力特点结构受力特点结构受力特点第三节第三节 框架结构框架结构一一 定义及分类定义及分类二二 构件布置及尺寸构件布置及尺寸 三三 变形类型变形类型 四四 适用范围及优缺点适用范围及优缺点 返回返回一一 定义及分类定义及分类(一)定义(一)定义 由梁、柱构件
21、组成的空间由梁、柱构件组成的空间刚结刚结杆系结构杆系结构称为框架结构。称为框架结构。一般情况下梁、柱节点被认为是一般情况下梁、柱节点被认为是刚性节刚性节点点,其在外力作用下,节点可发生移动和转,其在外力作用下,节点可发生移动和转动,但梁柱夹角保持动,但梁柱夹角保持90不变,节点可传递不变,节点可传递M、N、V,使梁柱整体受力。,使梁柱整体受力。(二)构件划分(二)构件划分 根据对框架结构整体的重要程度,可分根据对框架结构整体的重要程度,可分为:为:节点(要害部位)、节点(要害部位)、柱、柱、梁梁返回返回第三节第三节第三节第三节 框架结构框架结构框架结构框架结构二二 构件布置及尺寸构件布置及尺寸
22、(一)构件布置(一)构件布置 首先确定首先确定柱网柱网,即确定柱距和柱跨,柱,即确定柱距和柱跨,柱网布置必须满足建筑平面及使用要求,同时网布置必须满足建筑平面及使用要求,同时结构应合理。一般尽量采用规则而简单的形结构应合理。一般尽量采用规则而简单的形状。状。柱网要符合柱网要符合模数模数要求,且每个楼层的柱要求,且每个楼层的柱网应尽量相同。柱网尺寸一般以网应尽量相同。柱网尺寸一般以68m为宜,为宜,可结合不同的建筑调整尺寸。可结合不同的建筑调整尺寸。返回返回第三节第三节第三节第三节 框架结构框架结构框架结构框架结构二二 构件布置及尺寸构件布置及尺寸 在具有在具有正交轴线正交轴线的柱网中,通常可形
23、成的柱网中,通常可形成很明确的两个方向的框架,矩形平面长向为很明确的两个方向的框架,矩形平面长向为纵向,短向为横向。对承受竖向荷载,由于纵向,短向为横向。对承受竖向荷载,由于楼板布置方式不同,有楼板布置方式不同,有主要承重框架主要承重框架和次要和次要承重框架之分。承重框架之分。对承受水平荷载而言,两个方向的框架对承受水平荷载而言,两个方向的框架分别抵抗与框架方向平行的水平荷载。在非分别抵抗与框架方向平行的水平荷载。在非地震区,矩形平面纵向受风面积小,而纵向地震区,矩形平面纵向受风面积小,而纵向刚度较横向大,可将纵向梁视为连续梁(刚度较横向大,可将纵向梁视为连续梁(排排架架)。在地震区,双向均系
24、框架梁,且截面)。在地震区,双向均系框架梁,且截面高度不能过小。高度不能过小。返回返回第三节第三节第三节第三节 框架结构框架结构框架结构框架结构二二 构件布置及尺寸构件布置及尺寸 梁柱布置时注意点:梁柱布置时注意点:梁、柱轴线宜重合于同一平面内,否则,梁、柱轴线宜重合于同一平面内,否则,其偏心宜不大于与梁相垂直的柱截面边长的其偏心宜不大于与梁相垂直的柱截面边长的1/4;框架梁应直接支承在柱上,如果不得已框架梁应直接支承在柱上,如果不得已也可梁搭梁,但该节点为铰结。也可梁搭梁,但该节点为铰结。返回返回第三节第三节第三节第三节 框架结构框架结构框架结构框架结构二二 构件布置及尺寸构件布置及尺寸(二
25、)构件尺寸(二)构件尺寸 框架梁、柱截面尺寸应由承载力及抗侧框架梁、柱截面尺寸应由承载力及抗侧刚度要求决定,但在内力、位移计算之前,刚度要求决定,但在内力、位移计算之前,一般应先估算其截面,满足构造要求,然后一般应先估算其截面,满足构造要求,然后通过承载力及变形验算最后确定。通过承载力及变形验算最后确定。1.梁截面尺寸梁截面尺寸 框架梁截面尺寸应根据承受竖向荷载的框架梁截面尺寸应根据承受竖向荷载的大小、跨度、抗震设防烈度等综合考虑确定;大小、跨度、抗震设防烈度等综合考虑确定;返回返回第三节第三节第三节第三节 框架结构框架结构框架结构框架结构二二 构件布置及尺寸构件布置及尺寸 一般荷载情况下,梁
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