抗側(cè)力結(jié)構(gòu)與布置

抗側(cè)力結(jié)構(gòu)與布置第1頁/共63頁剪力墻結(jié)構(gòu)體系

第2頁/共63頁框筒體系

現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)體系分類框架體系（含板柱體系）框架－剪力墻體系（含框架－筒體體系）剪力墻體系全落地剪力墻體系部分框支剪力墻體系筒體體系筒中筒體系多筒體系其他結(jié)構(gòu)第3頁/共63頁優(yōu)點(diǎn)：空間大、布置靈活，造價(jià)低、延性好、計(jì)算b

理論成熟缺點(diǎn)：1)抗側(cè)移剛度小，水平側(cè)移較大，建造高度有限

2)抗震性能差，地震中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如建筑裝飾、填充墻、設(shè)備管道等)破壞比較嚴(yán)重，維修費(fèi)用高。

3)沒有穩(wěn)定措施（缺乏二道防線）適用范圍：5~20層，多、高層住宅、飯店、辦公樓及其它公共建筑均可。1、框架結(jié)構(gòu)（framestructure）體系（含板柱體系）框架結(jié)構(gòu)：由梁柱通過剛性連接所組成的結(jié)構(gòu)體系。框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)。第4頁/共63頁框架結(jié)構(gòu)（framestructure）體系第5頁/共63頁框架結(jié)構(gòu)（framestructure）體系第6頁/共63頁框架結(jié)構(gòu)（framestructure）體系水平荷載作用下變形：剪切形為主第7頁/共63頁

框架結(jié)構(gòu)體系典型的框架體系平面圖第8頁/共63頁平面形狀復(fù)雜的框架平面圖

框架結(jié)構(gòu)體系第9頁/共63頁平面形狀復(fù)雜的框架平面圖第10頁/共63頁板柱結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)：傳力途徑更簡捷，可有效增加凈空高度。缺陷：節(jié)點(diǎn)處受到柱集中力作用，對(duì)板抗剪不利。板柱節(jié)點(diǎn)適用范圍：倉庫，停車場(chǎng)，層高受到限制的場(chǎng)合?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系——柱帽第11頁/共63頁2、剪力墻結(jié)構(gòu)體系剪力墻體系全落地剪力墻體系部分框支剪力墻體系剪力墻結(jié)構(gòu)：縱橫方向的混凝土墻體組成抗側(cè)力體系第12頁/共63頁2、剪力墻結(jié)構(gòu)體系1）全落地剪力墻體系優(yōu)點(diǎn)：整體性好，剛度大，側(cè)移小，用鋼量較省，抗震性能好缺點(diǎn)：自重大，基礎(chǔ)處理要求較高，不利于布置大開間房間，不能滿足公共建筑的使用要求適用范圍：10～30層高層公寓式住宅、旅館。剪力墻結(jié)構(gòu)體系屬剛性結(jié)構(gòu)。第13頁/共63頁典型剪力墻體系平面布置圖第14頁/共63頁第15頁/共63頁第16頁/共63頁剪力墻結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的變形（彎曲形為主）第17頁/共63頁框支剪力墻結(jié)構(gòu)2）框支剪力墻體系全落地剪力墻體系缺點(diǎn)：平面布置受限解決方法：底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)（框支剪力墻）——底部若干層部分剪力墻取消第18頁/共63頁2）框支剪力墻體系特點(diǎn)：

上剛下柔結(jié)構(gòu),底層剛度削弱、剛度突變,形成薄弱層；地震區(qū)不允許單獨(dú)采用；在地震區(qū)只能做成部分剪力墻框支，部分剪力墻落地。避免剛度突變的措施把框架層擴(kuò)展為2-3層，隨層逐漸變化剛度差異（限制落地剪力墻的比例和剪力墻之間的間距）轉(zhuǎn)換層（板式轉(zhuǎn)換和梁式轉(zhuǎn)換）第19頁/共63頁3、框架--剪力墻(筒體)結(jié)構(gòu)體系框－剪：在框架結(jié)構(gòu)中布置少量的剪力墻形成第20頁/共63頁3、框架--剪力墻結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)：剪力墻（核心筒）承擔(dān)大部分水平力(80％～90％)，是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，框架承擔(dān)豎向荷載，提供較大的空間，既具有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、方便使用的特點(diǎn)，又有較大的剛度和較強(qiáng)的抗震能力。優(yōu)點(diǎn)：受力合理，各層層間變形均勻，可形成較大使用空間。適用范圍：10~25層各類公共建筑。框架-筒體可到30—40層第21頁/共63頁3、框架--剪力墻結(jié)構(gòu)體系第22頁/共63頁在側(cè)向荷載作用下的框架-剪力墻變形第23頁/共63頁4、筒體結(jié)構(gòu)體系筒體結(jié)構(gòu)：一個(gè)或多個(gè)筒體來抵抗水平力的結(jié)構(gòu)筒體的構(gòu)成：剪力墻組成空間薄壁筒體框架柱形成密柱框筒特點(diǎn)：空間抗剛度,抗扭性很好適用30層以上長/寬<2，截面尺寸接近正方形、圓形、正多邊形較好第24頁/共63頁4、筒體結(jié)構(gòu)體系分類框筒結(jié)構(gòu)桁架筒結(jié)構(gòu)框架—筒體結(jié)構(gòu)筒中筒結(jié)構(gòu)多筒結(jié)構(gòu)1931年102層帝國大廈：鋼框架－剪力墻體系，用鋼量2.06kN/m21972年110層世界貿(mào)易中心：筒中筒結(jié)構(gòu)體系，用鋼量1.81kN/m21974年110層西爾斯大樓：鋼成束筒結(jié)構(gòu)體系，用鋼量1.61kN/m2第25頁/共63頁1）框筒結(jié)構(gòu)框筒結(jié)構(gòu)：密柱和深梁特點(diǎn)：內(nèi)柱：豎向荷載外筒：水平荷載柱距：一般<3m框筒梁比較高開洞面積在60%以下第26頁/共63頁1）框筒結(jié)構(gòu)剪力滯后效應(yīng)：翼緣框架柱中軸力分布不均勻，兩邊大、中間小的不均勻現(xiàn)象影響因素：梁寬、荷載、彈性模量、側(cè)板和翼緣的相對(duì)剛度原因：連梁的柔性產(chǎn)生剪力滯后現(xiàn)象，使角部的柱子軸向應(yīng)力增加而中間的柱軸向應(yīng)力減小不利結(jié)果：柱受力不均勻，板翹曲，減小框筒的側(cè)向剛度和承載能力，不能發(fā)揮材料的作用，不經(jīng)濟(jì)框筒柱軸力分布曲線實(shí)腹筒軸力分布曲線翼緣框架腹板框架第27頁/共63頁（2）框架—筒體結(jié)構(gòu)框架—筒體結(jié)構(gòu)：外框架和內(nèi)筒體的組合(實(shí)際上也是框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的一種形式)其受力特點(diǎn)與框架—剪力墻結(jié)構(gòu)也基本一樣，豎向荷載：框架和筒體水平荷載：筒體第28頁/共63頁29（2）框架—筒體結(jié)構(gòu)

上海金貿(mào)大廈

框架－筒體結(jié)構(gòu)，共88層，高420.5米，用于辦公、賓館。第29頁/共63頁30（2）框架—筒體結(jié)構(gòu)內(nèi)筒為八角形鋼筋混凝土核心筒，外筒由八根復(fù)合巨型柱、8根鋼柱，用鋼量0.7kN/m2第30頁/共63頁（3）筒中筒結(jié)構(gòu)筒中筒結(jié)構(gòu)：薄壁內(nèi)筒和密柱外框筒（桁架筒）組成，抗風(fēng)、抗震能力好框筒體系筒中筒體系第31頁/共63頁32深圳國際貿(mào)易中心大廈，50層，158m，鋼筋混凝土筒體，外筒由鋼骨混凝土和鋼柱組成（3）筒中筒結(jié)構(gòu)第32頁/共63頁33廣東國際大廈，63層，200m，鋼筋混凝土內(nèi)筒體，外筒由鋼骨混凝土和鋼柱組成（3）筒中筒結(jié)構(gòu)第33頁/共63頁（4）多筒結(jié)構(gòu)束筒結(jié)構(gòu)：由若干個(gè)筒體組合在一起的空間剛度極大的結(jié)構(gòu)。(c)多重筒結(jié)構(gòu)

(d)成束筒結(jié)構(gòu)

芝加哥西爾斯大廈共80層，高322米，混凝土結(jié)構(gòu)，商用辦公樓第34頁/共63頁5、框架—支撐結(jié)構(gòu)在框架中設(shè)置支撐斜桿，即為支撐框架，一般用于鋼結(jié)構(gòu)。由框架和支撐框架共同承擔(dān)豎向荷載和水平荷載。第35頁/共63頁第36頁/共63頁6、巨型結(jié)構(gòu)由兩級(jí)結(jié)構(gòu)組成

一級(jí)為：跨越若干樓層的巨梁、巨柱（超級(jí)框架）或巨型桁架，提供較大的抗側(cè)剛度和承載力———承受水平力和豎向荷載；二級(jí)：其它樓層梁柱，承受豎向荷載并將荷載產(chǎn)生的內(nèi)力傳遞到一級(jí)結(jié)構(gòu)上第37頁/共63頁框架的梁、柱截面加大把一棟高層結(jié)構(gòu)分成很少的幾層1）巨型框架結(jié)構(gòu)第38頁/共63頁（2）巨型桁架結(jié)構(gòu)沿房屋周邊布置大型立柱，形成空間桁架—主要的承重框架-承擔(dān)大部分豎向和水平荷載主要的框架內(nèi)設(shè)置小的框架實(shí)例：芝加哥的約翰漢考克大廈，100層，用鋼量1.45kN/m2香港中國銀行，鋼斜撐、鋼梁、鋼骨組合混凝土柱的空間桁架體系，用鋼量1.4kN/m2

香港中國銀行大廈第39頁/共63頁蒙皮結(jié)構(gòu)體系金屬薄板（蒙皮）與肋共同工作，形成殼體，蒙皮在自身平面內(nèi)有很大的拉、壓和剪切強(qiáng)度第40頁/共63頁二、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置第41頁/共63頁A級(jí)高度高層建筑適用最大高度二、高層建筑最大適用高度第42頁/共63頁B級(jí)高度高層建筑適用最大高度第43頁/共63頁三、高層建筑高寬比限制(H／B)

A級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)最大的高寬比第44頁/共63頁B級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)最大的高寬比三、高層建筑高寬比限制(H／B)第45頁/共63頁四、結(jié)構(gòu)總體布置位于地震區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑，其結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合下列原則:（1）傳力途徑合理；（2）明確的計(jì)算簡圖；（3）具有多道抗震防線；（4）采用立體構(gòu)件；（5）實(shí)現(xiàn)總體屈服機(jī)制；（6）滿足抗震設(shè)計(jì)4準(zhǔn)則，即“強(qiáng)節(jié)弱桿”、“強(qiáng)柱弱粱（強(qiáng)豎弱平）”、“強(qiáng)剪弱彎”和“強(qiáng)壓弱拉”；（7）增加結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)；（8）良好的延性；（9）豎向等強(qiáng)設(shè)計(jì)。第46頁/共63頁四、結(jié)構(gòu)總體布置(一)、結(jié)構(gòu)平面布置原則（簡單、規(guī)則、對(duì)稱、均勻）板式平面：寬度小而長度較大的房屋（控制長寬比）塔式平面：長寬較接近的建筑物平面布置要求：有利于抵抗水平荷載和豎向荷載，受力明確，傳力途徑清楚；力爭均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)影響平面形狀宜簡單、規(guī)則、對(duì)稱，盡量避免過大的外伸、內(nèi)收———避免地震影響總長度L：避免兩端振動(dòng)不一致使建筑物破壞平面外伸：凹角部分容易產(chǎn)生應(yīng)力集中（樓板加強(qiáng)，且凹角和端角不宜設(shè)樓電梯間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置時(shí)，宜對(duì)稱、均勻，使剛度中心與荷載作用中心盡量接近—————避免產(chǎn)生扭矩筒體結(jié)構(gòu)多采用正多邊形、圓形、矩形和等邊三角形LB第47頁/共63頁48四、結(jié)構(gòu)總體布置選擇有利于抗震的結(jié)構(gòu)平面第48頁/共63頁49四、結(jié)構(gòu)總體布置抗震不利結(jié)構(gòu)平面不對(duì)稱突出部分過長L/B過長突出部分過長第49頁/共63頁50四、結(jié)構(gòu)總體布置抗震不利結(jié)構(gòu)平面第50頁/共63頁51四、結(jié)構(gòu)總體布置(二)、結(jié)構(gòu)豎向布置的要求

高寬比限制：保證建筑物在水平力作用下不發(fā)生傾覆，保證建筑物的整體穩(wěn)定性布置原則：結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度宜均勻、連續(xù)、不突變

豎向剛度突變的原因

1、結(jié)構(gòu)豎向體形突變（1）頂部收進(jìn)形成塔樓，小塔樓因鞭梢效應(yīng)而放大地震作用，且塔樓的質(zhì)量和剛度越小，地震放大越明顯（2）樓層外挑內(nèi)收，結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量變化大，地震作用下易形成薄弱環(huán)節(jié)第51頁/共63頁52四、結(jié)構(gòu)總體布置(二)、結(jié)構(gòu)豎向布置的要求

2、結(jié)構(gòu)體系的變化（1）底部大空間要求，底層若干層剪力墻不落地，產(chǎn)生剛度突變（措施：盡量增加落地剪力墻、柱、筒體截面尺寸，提高混凝土等級(jí)，減少剛度變化）（2）中部樓層部分剪力墻中斷——不宜超過1/3，不允許超過1/2，墻體加強(qiáng)（3）頂部大空間——高振型影響顯著第52頁/共63頁53四、結(jié)構(gòu)總體布置豎向規(guī)則建筑要求：當(dāng)結(jié)構(gòu)上部樓層收進(jìn)部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時(shí)，上部樓層收進(jìn)后的水平尺寸B1不宜小于下部樓層水平尺寸B的0.75倍。下部樓層的水平尺寸B不宜小于上部樓層水平尺寸B1的0.9倍,且水平外挑尺寸a不宜大于4m。第53頁/共63頁54四、結(jié)構(gòu)總體布置選擇有利于抗震的豎向布置剛度均勻而連續(xù)，避免剛度突變第54頁/共63頁55四、結(jié)構(gòu)總體布置平面不規(guī)則扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓板凹凸不規(guī)則樓板局部不連續(xù)不規(guī)則結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則側(cè)向剛度不規(guī)則豎向抗側(cè)力構(gòu)件中斷樓層承載力突變第55頁/共63頁56五、縫的設(shè)置和基礎(chǔ)溫度縫、沉降縫、防震縫設(shè)縫原則:

1)力爭不設(shè)；2）盡量少設(shè)；3）非設(shè)不可時(shí)，多縫合一；4）設(shè)縫要徹底（距離要留足）1、溫度縫：防止結(jié)構(gòu)因溫度變化和混凝土干縮變形產(chǎn)生裂縫（基礎(chǔ)以上上部結(jié)構(gòu)斷開）不設(shè)溫度縫的措施：溫度影響較大部位提高配筋率陽光直射屋面加厚屋面隔熱保溫層，或架空通風(fēng)屋面頂層局部設(shè)溫度縫設(shè)置施工后澆帶伸縮縫最大間距第56頁/共63頁后澆帶：高標(biāo)號(hào)混凝土；主體混凝土澆注后兩個(gè)月；貫通結(jié)構(gòu)橫截面；位置應(yīng)為結(jié)構(gòu)受力影響最小，且曲折延伸避免全部鋼筋同截面搭接

第57頁/共63頁后澆帶第58頁/共63頁59五、縫的設(shè)置和基礎(chǔ)溫度縫、沉降縫、防震縫2、沉降縫：由于可能產(chǎn)生地基不均勻沉降（基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)均斷開）沉降差異的處理方法：設(shè)置沉降縫

問題：結(jié)構(gòu)、建筑、施工困難，防水防滲難剛性很大的基礎(chǔ)

問題：不經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)、施工中采用措施調(diào)整沉降差異，減少沉降產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力

后澆帶、采用不同的基礎(chǔ)形式調(diào)整沉降差、裙房做在主體懸挑基礎(chǔ)上第59頁/共63頁60五、縫的設(shè)置和