1、1,第八章 多层与高层钢筋混凝土结构,第 一讲,2,1.概述,.高层建筑的定义,定义指标：高度和层数各国不统一,经济条件、电梯设备、消防装置等因素有关我国高层建筑混凝土结构技术规程中规定，规定10层及10层以上或房屋高度超过27米的混凝土结构高层民用建筑物称为高层建筑。常规的高度称为A级高度的高层建筑，超过A级高度限值的高层建筑称为B级高度的高层建筑。,3,A级高度高层建筑适用最大高度,4,建筑高度一般是指从室外地面至主要屋面的距离,不包括突出的水箱、电梯间、地下室等部分的高度。1972年国际高层建筑会议，第一类：916层(最高50米);第二类：1725米（最高到75米）第三类：2640层（最
2、高到100米)第四类:40层以上(或高度在100米以上),5,2 高层建筑的发展史1883年美国芝加哥保险公司大楼 11层 框架结构1905年美国纽约50层1931年美国纽约帝国大厦 102层 高381米目前：马来西亚吉隆坡石油大厦，88层，450米，钢混凝土结构美国芝加哥西尔斯大厦，110层，442米，钢结构朝鲜平壤的柳京饭店，105层319.8米,钢筋混凝土结构美国休斯敦的贝壳广场大厦,60层,226米,轻骨料混凝土我国:上海金茂大厦，88层，365米，混凝土核心筒巨型钢骨架深圳地王大厦，81层，325米，混凝土核心筒外框钢结构广州中天广场，80层，322米，钢筋混凝土北京京广大厦，53层
3、，208米，钢结构,6,1. 台北101大楼被“世界第一高楼”，楼高508米 2.3马来西亚吉隆坡的双子星大楼452米4. 美国西尔斯大楼， 442米5. 上海金茂大厦， 420米(世界贸易中心大厦1、2号大厦，高度417米)6. 香港国际金融中心，415米7. 广州中信广场，391米8. 深圳的信兴广场 ，384米9. 美国纽约帝国大厦，381米10. 香港中环广场，374米,7,台北101大楼,囊括了高度项目中3个第一，包括“世界最高建筑物”、“世界最高使用楼层”、“世界最高屋顶高度”，美国芝加哥的席尔斯大楼（SearsTower）仅保有“世界最高天线高度”的最高纪录。,8,佩重纳斯大厦国
4、家石油公司双峰塔摩天大楼（称为历史世界最高）,国油双峰塔楼高452米、95层位于马来西亚首都吉隆坡市中心钢与混凝土混合结构,9,世界最高的建筑(左起)：台北101大楼、芝加哥席尔斯大楼、吉隆坡双子星大楼、上海金茂大厦、香港国际金融中心、纽约帝国大厦,10,帝国大厦381米,国际金融大厦(二期)420米,11,金茂大厦420.5米,双子星座大厦,451.9米,12,台北101大楼高508米,西尔斯大厦，443米，芝加哥,13,信兴广场大厦，384米,中信广场大厦，391米,中央广场大厦，374米,14,高层建筑结构的受力特点,多层建筑：竖向力起控制作用，水平力影响不大高层建筑：侧向力称为影响结构
5、内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素。,15,高层建筑的优缺点优点：提高土地利用，节省土地买价，增加绿化面积，改善城市环境。减少建筑物的管理费用；节省市政建设投资（水、点、煤气等），随单体造价高，但从城市总体规划的角度来看，却是经济的。缺点：造价昂贵，管理复杂，施工周期长，能量消耗大，难以充分利用自然采光、通风等自然环境，是人与自然的联系减少。刮风时建筑物摆动会使人感觉眩晕，电梯损坏时上下楼梯困难。高层建筑的阴影、对无线电波屏障。高层建筑的防火问题，抗震问题等,16,高层建筑结构的特点,1、水平力是设计主要因素2、侧移成为控制指标过大的位移对结构的影响3、抗震设计要求更高4、概念设计与理论
6、计算同等重要5、减轻高层建筑自重比多层建筑更重要6、轴向变形不容忽略,17,概念设计,概念设计:以功能优越、造型美观、技术先进的总体方案为目标的设计阶段。是指一些难以作出精确力学分析或在规范中难以具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，作出判断，以便采取相应措施。例如结构破坏机理的概念、力学概念以及由震害和试验现象等总结提供的各种宏观的和具体的经验，也包括一些教训，以及建筑要求和造价、施工要求等。,18,高层建筑结构的发展,目前我国高层建筑的发展特点：层数不断增多，高度不断加大高层建筑向多用途、多功能方向发展平面布置和立面体型日益复杂化结构体系日趋多样化高强材料和新技术的应用玻璃幕墙
7、的广泛应用计算机应用水平迅速提高设计规程的不断完善,19,21世纪高层建筑的高新技术预测1高层建筑复杂大系统2高性能建筑材料3计算机仿真4专家系统5参数控制与决策准则软设计理论6结构控制与控制结构7结构可靠性识辩和检测治理8超高层建筑的先进消防系统9智能性服务系统10节能环保技术与太阳能利用,20,未来10年高层建筑的若干研究领域1、高层建筑技术研究2、超高层建筑结构新体系研究3巨型结构体系研究与应用4超高层建筑地震与反应控制5深基础设计与施工技术6高性能混凝土应用技术7超高层建筑成套设备开发8。钢管混凝土结构应用技术,21,1.框架2.剪力墙3.框架剪力墙（支撑）4.筒体5.巨型结构,抗侧力
8、结构与布置,22,抗侧力结构：框架剪力墙筒,23,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,24,剪力墙结构,25,优点：抗侧刚度大，强度高，整体性好， 抗震性能优越。,缺点：墙体间距小，平面布置不灵活， 自重大。,适用范围：1030层高层公寓式住宅、旅馆。,剪力墙结构体系,26,框架剪力墙,27,优点：受力合理，各层层间变形均匀，可形成较大使用空间。,框架-剪力墙结构体系,适用范围：1025层各类公共建筑。框架-筒体可到 3040层,28,筒体结构体系,优点缺点应用范围实例,将剪
9、力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体竖向的悬臂封闭箱空间抗刚度,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,29,高层建筑结构体系,框架体系（含板柱体系）,框架剪力墙体系（含框架筒体体系）框架支撑,筒体体系,框筒体系,筒中筒体系,多筒体系,30,第二节 框架结构,2.1 框架结构的组成与布置,2.2 框架结构分析,2.3 框架结构构件设计（略）,31,框架结构是多层房屋的主要结构形式，也是高层建筑的基本结构单元。,32,2.1.1 框架结构种类,按所用材料：,混凝土框架结构,钢框架结构,组合框架结构（钢骨混凝土、钢管混凝土）,33,装配式混凝土框架,装配整体
10、式混凝土框架,装配整体式混凝土框架,装配整体式混凝土框架,34,框架结构由梁、柱连结而成。梁柱一般为刚接，有时为了方便施工也有做成铰接或半铰接（半刚接的）。,2.1.2 框架结构组成,35,柱截面,实腹式（矩形、箱形、圆形、I形、H形、L形、T形、十字形等）,格构式,（对钢结构而言）,36,混凝土梁形式,37,2.1.3 框架结构布置,一、柱网布置,典型的柱网有内廊式、等跨式和不等跨式。,内廊式,等跨式,满足建筑功能的要求,原则,38,结构受力合理（均匀、对称、对直、贯通，尽量避免缺梁抽柱）,39,方便施工,40,二、承重（竖向荷载）框架的布置,横向框架承重方案,纵向布置连系梁。横向抗侧刚度大
11、。有利采光和通风。,41,纵横向框架承重方案,两个方向均有较好的抗侧刚度。,42,板柱结构,43,有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影向。尽量采用对有抗震和抗风有利的平面形式，,三、建筑平面和结构布置,44,结构的平面形状,L,B,l/B6(非抗震67度) l/B5(8度),好一些截面形式,长度过大，水平方向变形增大，长度方向变形不一致,45,在地震区，近可能采用对抗震有利的结构布置形式,1、选择有利于抗震的结构平面,46,不对称突出部分过长,L/B过长,突出部分过长,47,建筑立面和结构沿高度布置,1、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
12、,48,竖向布置,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。,结构竖向收进和外挑示意图,49,四、变形缝的设置,沉降缝、抗震缝、温度变形缝,温度变形缝,抗震缝,沉降缝,高度重量相差较大,平面不规则,50,51,五、高层建筑的高宽比,52,控制结构高宽比H/B,53,控制结构高宽比H/B,A级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比,54,控制结构高宽比H/B,B级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比,55
13、,梁柱截面尺寸的估算,混凝土柱,根据柱的负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力,56,截面尺寸估算,（根据变形限制要求）,会使非结构构件破损,会使人感觉不适,竖向荷载会产生较大的附加弯矩,57,框架结构设计（内力和位移计算和配筋计算）,体系确定荷载确定内力、位移确定配筋计算施工图,分层法、反弯点法、D值法,1、平面抗侧力结构假定2、刚性楼板假定,58,59,60,竖向荷载作用下框架内力分析,竖向荷载按面积分配1竖向荷载作用下的近似计算分层计算法,61,62,在竖向荷载作用下，不考虑框架的侧移每层梁上的荷载对其它层梁的影响可忽略不计上、下柱的远端是固定在计算中，除实际的固定端(如底层柱端)外，其他各
14、层柱的线刚度均乘以折减系数0.9同时柱端的弯矩传递系数也相应地从原来的12改为13。,分层计算法的基本假定：,63,多层框架在水平荷载作用下内力近似计算反弯点方法,假定（1）不考虑柱子的轴向变形，同层节点水平位移相等，节点转角为0（2）假定上层柱子的反弯点在中点（3）底层柱子的反弯点在距底端2h/3,解决的问题：1。反弯点的位置2。该点的剪力,64,反弯点法步骤,1层剪力2柱子刚度 3 各柱子的剪力4。反弯点确定5。柱子的弯矩6。梁的弯矩根据节点平衡和刚度分配,65,66,水平荷载作用下的改进反弯点法D值法(梁柱线刚度比较小),67,68,69,D值法的假定,1。各层梁柱节点转角相同,70,二
15、、确定柱子反弯点的高度比,影响柱子反弯点的主要因素：柱子上下端的约束条件,影响柱子约束刚度主要因素：（1）结构总的层数和该层在的位置（2）梁柱的线刚度比（3）荷载形式（4）上层与下层梁的刚度变化（5）上、下层层高变化,71,72,标准反弯点位置的确定：,层高相等、各跨度相等、梁柱的线刚度比不变,73,高层建筑水平位移的限制正常使用条件下水平位移的限制(1)高度不大于150米的高层建筑楼层层间最大位移与层高之比的限值,(2)高度为250米及250米以上的高层建筑，楼层层间最大位移与层高之比u/h的限值为1/550(3) 高度为150米支250米之间的高层建筑，楼层层间最大位移与层高之比u/h的限
16、值按线性插入取用。2. 罕遇地震作用下薄弱层（部位）的抗震变形验算 建筑结构抗震设计,74,3.1高层建筑结构体系及布置原则,3.1.1 高层结构的基本受力单元,框架,剪力墙,筒体,落地剪力墙,框支剪力墙,核心筒,框筒,3.1.2 高层结构体系,1、框架结构体系,优点：布置灵活；缺点：侧向刚度较小,北京长城饭店，22层，83.85m，83年建成,北京长富宫中心，26层，90.85m，89年建成,76,框架支撑结构体系,2、剪力墙结构体系,优点：侧向刚度大缺点：布置受限制,广州白云宾馆：33层，112.45米，剪力墙结构，1976年建成，国内首栋百米高层。,78,北京国际饭店：1987年建成，2
17、7层，底层层高5m，标准值层层高2.9m，总高度104m，剪力墙厚度为200600mm。,上海花园饭店：34层，123m，89年建成,79,3、框架剪力墙结构体系,北京民族饭店： 59年建成，12层框架剪力墙结构。,80,上海明天广场：60层，238m，最高的框架剪力墙结构，98年建成。,81,4、筒体结构体系,框筒结构体系,筒中筒结构体系,束筒结构体系,筒体外伸结构体系,筒中筒结构（广东国际大厦）,82,美国西尔斯大厦：110层，443米，束筒钢结构，1974年建成。允许位移900mm，实测460mm。用钢76000吨，砼55700立方米，安装了102部高速电梯。,150层,5166层,67
18、90层,91层以上,83,筒体外伸结构体系,84,5、框架筒体结构体系,南京金陵饭店：37层，108米，框架-筒体结构，1983年建成。,85,上海金茂大厦： 1998年建成， 框架部分采用了钢骨混凝土，88层，总高度达到421米，是目前中国最高的建筑。,框架筒体结构体系,深圳地王大厦：68层，325米，框架部分为钢结构，96年建成。,86,马来西亚双塔楼：88层，450米，框筒结构，1996年建成。,87,巨型框架结构体系,香港汇丰银行,3.1.3 高层结构布置原则,一、平面布置,简单、规则、对称、减小偏心,高宽比超过限值需进行整体稳定性和抗倾覆验算P239,底层大空间的落地剪力墙数量、间距要求,框架剪力墙结构中的剪力墙间距,89,二、竖向布置,规则、均匀，避免过大的外挑和内收,竖向规则建筑：,立面局部收紧尺寸不大于该方向总尺寸的25%；,楼层刚度不小于相邻上层刚度的70%，且连续三层的总刚度下降不超过50%。,对于底层大开间建筑，通过增加落地墙体的厚度或提高混凝土等级等措施，使上下层刚度比应控制在一定范围,三、变形缝设置,3.1.4 截面尺寸估算,（根据变形限制要求）,会使非结构构件破损,会使人感觉不适,竖向荷载会产生较大的附加弯矩,
