高层建筑混凝土结构设计结构体系及荷载作用.ppt

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1、高层建筑混凝土结构设计高层建筑混凝土结构设计2.1.1高层建筑结构高度分级高层建筑结构高度分级 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（JGJ3-2010)第第1.0.2条规定：条规定：10层及层及10层以上或房屋高度超过层以上或房屋高度超过28m的住宅建筑的住宅建筑及房屋高度大于及房屋高度大于24m的其它民用建筑混凝土结构为高层建筑。的其它民用建筑混凝土结构为高层建筑。（从理论上说，应当是水平力起控制作用的结构为高层建（从理论上说，应当是水平力起控制作用的结构为高层建筑结构。）筑结构。）第第2章章 高层建筑结构高层建筑结构2.1 概述概述2.2 高层建筑的发展高层建筑的发展1、

2、不同时期的世界最高建筑、不同时期的世界最高建筑建筑物名称建筑物名称高度（高度（m m）层数层数年代年代地点地点Home Home insuranceinsurance5555101018831883芝加哥芝加哥Park rowPark row118118303018981898纽约纽约Woolworth Woolworth buildingbuilding241241575719131913纽约纽约Empire state Empire state buildingbuilding38138110210219311931纽约纽约World trade World trade centercen

3、ter41741711011019721972纽约纽约Sears towerSears tower44344311011019741974芝加哥芝加哥PetronasPetronas towertower452452959519961996吉隆坡吉隆坡台北台北10110150850810110120032003台北台北2、世界、世界高层高层建筑前建筑前1010幢幢 世界高楼协会指出，世界十大高楼有六栋出现在亚洲，世界高楼协会指出，世界十大高楼有六栋出现在亚洲，除了台北一除了台北一0 0一之外，其它五栋分别是马来西亚吉隆坡一之外，其它五栋分别是马来西亚吉隆坡石油公石油公司双塔大厦司双塔大厦、上海

4、金茂大厦、上海金茂大厦(八十八层八十八层)、香港国际金融中心、香港国际金融中心II(II(八十八层八十八层)、广州中信广场、广州中信广场(八十层八十层)与深圳信兴广场与深圳信兴广场(六十六十九层九层)，显见亚洲建筑实力惊人。，显见亚洲建筑实力惊人。1.迪拜塔，高迪拜塔，高818米，米，162层，层，钢钢-混多筒结构混多筒结构(阿联酋迪拜阿联酋迪拜)2 2、台北、台北101101大楼大楼508508米。（钢米。（钢-混凝混凝土混合结构）土混合结构）3 3、上海环球金融中心、上海环球金融中心 480480米，米，103103层，巨型框架层，巨型框架-核心筒核心筒-外外伸结构，伸结构，2008200

5、8年建成。年建成。4 4 石油公司双塔大厦，石油公司双塔大厦，8888层，层，451.9451.9米，米，19971997年建成。吉隆年建成。吉隆坡（钢坡（钢-混凝土混合结构）混凝土混合结构）5 5、西尔斯大厦，、西尔斯大厦，地上地上108层，层，地下地下3层层,443443米，米，19741974年建成年建成（钢结构）（钢结构）美国芝加哥美国芝加哥。6 6、金茂大厦，、金茂大厦，420.5420.5米，米，88层层,1998年建成年建成（钢（钢-混凝土混合结构）混凝土混合结构）中国上海中国上海。7 7、国际金、国际金融中心大厦融中心大厦（二期），（二期），420420米，米，88层层,200

6、3年建年建成，成，（钢（钢-混凝土混合混凝土混合结构）位于结构）位于中国香港。中国香港。8 8、中信广场大厦，、中信广场大厦，391391米，米，80层，层，1997年建成年建成（钢筋混（钢筋混凝土结构）中国广州。凝土结构）中国广州。9 9、信兴广场大厦（地王大厦）、信兴广场大厦（地王大厦）384384米米,69层，层，1996年建成，年建成，（钢（钢-混凝混凝土混合结构）中国深圳。土混合结构）中国深圳。1010、帝国、帝国大厦，大厦，381381米，米，102层，层，1931年建年建成，成，（钢（钢结构）美结构）美国纽约。国纽约。3、计划和正在修建的部分高层建筑、计划和正在修建的部分高层建筑

7、12.x-seed，高，高4000米，米，800层（预计层（预计)(日本日本)上海中心上海中心 2.3、高层建筑结构的特点高层建筑结构的特点1.侧向荷载侧向荷载(风荷载和地震作用风荷载和地震作用)在高层建筑结构受力中起在高层建筑结构受力中起重要作用重要作用 竖向荷载在柱中产生的柱力与层数成正比，均布水平荷载在结竖向荷载在柱中产生的柱力与层数成正比，均布水平荷载在结构底部产生的倾复弯矩与楼层总高度的平方成正比，倒三角形荷构底部产生的倾复弯矩与楼层总高度的平方成正比，倒三角形荷载侧弯矩与楼层总高度的三次方成正比，位移成四次方关系载侧弯矩与楼层总高度的三次方成正比，位移成四次方关系(侧移侧移成主要控

8、制指标成主要控制指标)；竖向荷载为定，水平荷载不确定且随很多因素；竖向荷载为定，水平荷载不确定且随很多因素变化变化 2.增大竖向构件侧向刚度是改善结构受力性能的重要措施增大竖向构件侧向刚度是改善结构受力性能的重要措施 6112112122331bhIc61612222122332bhIc8m1m625612811233bhIw 当柱的抗侧移刚当柱的抗侧移刚度不足时，利用截面度不足时，利用截面高度数倍于柱的钢筋高度数倍于柱的钢筋混凝土墙（剪力墙），混凝土墙（剪力墙），可大幅度的提高房屋可大幅度的提高房屋的抗侧移刚度。的抗侧移刚度。1m1m2m2m8m关于刚度的进一步探讨关于刚度的进一步探讨EEI

9、3111214132422121EIEEI1335.1252.01212EIEEI1444508.42.5121EIEEI 比较以上几种结构比较以上几种结构方案可以看出，尽管截方案可以看出，尽管截面面积相同，合理改变面面积相同，合理改变结构形式可以大大提高结构形式可以大大提高刚度。刚度。如下图所示，设塔楼平面尺寸相同，边长均为如下图所示，设塔楼平面尺寸相同，边长均为5.2m5.2m，结构截面面积均为，结构截面面积均为4m4m2 2。方案方案1 1：方案方案2 2：方案方案3 3：方案方案4 4：若将内部楼电梯间井筒或整个外墙做成筒状钢筋混凝土若将内部楼电梯间井筒或整个外墙做成筒状钢筋混凝土抗侧

10、力构件（筒体），则可获得更加强大的抗侧移刚度。抗侧力构件（筒体），则可获得更加强大的抗侧移刚度。4.自重大，要求采用轻质墙体材料自重大，要求采用轻质墙体材料5.竖向构件的轴向变形不可忽视竖向构件的轴向变形不可忽视支座变形对连续梁弯矩影响；施工加载过程的影响支座变形对连续梁弯矩影响；施工加载过程的影响;对构件剪力和侧移的影响对构件剪力和侧移的影响6.有抗震要求，对结构的延性有更严格要求有抗震要求，对结构的延性有更严格要求7.对风荷载更加敏感，且顶端在风荷载作用下有较大位移，对舒对风荷载更加敏感，且顶端在风荷载作用下有较大位移，对舒适度需要进行校核适度需要进行校核(限制结构顶点风振加速度值限制结构

11、顶点风振加速度值)2.4、高层建筑的优缺点、高层建筑的优缺点2.5、高层建筑的水平位移和加速度限值、高层建筑的水平位移和加速度限值 1.层间弹性水平位移限值层间弹性水平位移限值(高规规定高规规定)2.罕遇水平地震作用薄弱层层间位移限值罕遇水平地震作用薄弱层层间位移限值3.结构风振加速度限值结构风振加速度限值(舒适度要求舒适度要求)不舒服的程度不舒服的程度 无感觉无感觉 有感有感 扰人扰人 十分扰人十分扰人 不能忍受不能忍受2/05.0sm建筑物的加速度建筑物的加速度22/5.0/15.0smsm22/5.1/5.0smsm2/5.1sm22/15.0/05.0smsm 对于高度不高且刚度较大的

12、钢筋混凝土高层建筑对于高度不高且刚度较大的钢筋混凝土高层建筑，风振很小，不会使，风振很小，不会使人们感觉不舒适，但对于高度较高（超过人们感觉不舒适，但对于高度较高（超过150m150m）的高层建筑结构，为保）的高层建筑结构，为保证在正常使用条件风振不至于扰人，应按下述要求进行舒适度验算。证在正常使用条件风振不至于扰人，应按下述要求进行舒适度验算。tot0SwmAa脉动影响系数。分别为脉动增大系数和、；）建筑物的总质量（）；建筑物的迎风面积（年的风压；重现期为风荷载体型系数；tm-10-tot20smA式中：式中：顶点最大加速度计算顶点最大加速度计算住宅、公寓住宅、公寓2/15.0sm2/25.

13、0sm 高度超过高度超过150m的高层建筑结构，按的高层建筑结构，按荷载规范荷载规范规定的规定的10年一遇年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点最大加速度的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点最大加速度max应满足应满足:办公、旅馆办公、旅馆2.7 高层建筑的竖向结构体系高层建筑的竖向结构体系1 框架结构框架结构 框架结构的优点：框架结构的优点：建筑平面布置灵活，可形成较大空间建筑，加建筑平面布置灵活，可形成较大空间建筑，加隔墙后也可以形成小房间，建筑立面便于处理。隔墙后也可以形成小房间，建筑立面便于处理。框架结构缺点框架结构缺点：框架结构侧向刚度较小，水平位移较大，因此，框架结构侧

14、向刚度较小，水平位移较大，因此，框架结构主要用在层数不多、水平荷载较小的情况，一般高度不超框架结构主要用在层数不多、水平荷载较小的情况，一般高度不超过过60m60m。框架结构设计时，需在两个正交方向设置框架，抵抗各方向水平框架结构设计时，需在两个正交方向设置框架，抵抗各方向水平力；梁、柱需刚接；不宜采用单跨框架；柱沿竖向尺寸均匀变化；力；梁、柱需刚接；不宜采用单跨框架；柱沿竖向尺寸均匀变化；具有较大的塑性变形能力具有较大的塑性变形能力(延性延性)；不应出现混合承重结构；应重视；不应出现混合承重结构；应重视填充墙对结构刚度的影响；填充墙与框架间要有可靠连接等。填充墙对结构刚度的影响；填充墙与框架

15、间要有可靠连接等。其位移曲线为剪切型。其位移曲线为剪切型。2 剪力墙结构剪力墙结构 用钢筋混凝土墙体用钢筋混凝土墙体(也称抗震墙）承受竖向和抵抗侧向力的结构称剪力也称抗震墙）承受竖向和抵抗侧向力的结构称剪力墙结构。由于其侧向刚度较大，故适用于墙结构。由于其侧向刚度较大，故适用于10-50层建筑。层建筑。剪力墙结构的优点：整体性好，抗侧刚度和承载力大，在水平力作用下侧向变剪力墙结构的优点：整体性好，抗侧刚度和承载力大，在水平力作用下侧向变形较小，合理设计的延性剪力墙具有较好的抗震性能。形较小，合理设计的延性剪力墙具有较好的抗震性能。剪力墙结构的缺点：剪力墙间距小，平面布置不灵活，不能满足公共建筑

16、使用剪力墙结构的缺点：剪力墙间距小，平面布置不灵活，不能满足公共建筑使用要求，结构自重也较大。要求，结构自重也较大。剪力墙结构设计时，由于剪力墙平面外刚度小，应双向布置剪力墙且刚度接近；剪力墙结构设计时，由于剪力墙平面外刚度小，应双向布置剪力墙且刚度接近；剪力墙宜连续布置，避免刚度突变；剪力墙洞口布置规则，连梁应具有较好的延剪力墙宜连续布置，避免刚度突变；剪力墙洞口布置规则，连梁应具有较好的延性性能；应采用工字形、性性能；应采用工字形、L形和形和T形剪力墙；墙体宜封闭形成筒等。形剪力墙；墙体宜封闭形成筒等。其位移曲线为弯曲型。其位移曲线为弯曲型。剪力墙结构平面示意图剪力墙结构平面示意图 对于必须在底部布置大空间的结构，可将剪力墙结构底部一层或对于必须在底部布置大空间的结构，可将剪力墙结构底部一层或几层取消部分剪力墙，代之以框架及其它转换结构（如厚板等转换层）几层取消部分剪力墙，代之以框架及其它转换结构（如厚板等转换层）构成部分框支剪力墙、部分落地剪力墙结构体系。构成部分框支剪力墙、部分落地剪力墙结构体系。这种结构体系由于刚度突变导致应力集中，震害调查表明此部位这种结构体系由于刚度突变导