高层建筑结构设计(第一章)

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6)总结:
(1)高层建筑同时承受竖向荷载和水平荷载,随着房屋层数的增加, 虽然竖向荷载对结构设计仍有着重要的影响,但水平荷载已成为结构 设计的控制因素,水平荷载产生的内力与高度的二次方成正比,侧移 与高度的四次方成正比;
(2)对高层建筑,水平荷载和竖向荷载产生的轴力均很大,不容忽略;
(3)为了保证高层建筑的抗震性能,结构应具有较大的延性; (4)高层建筑的材料用量随高度增加而加大,可通过优化设计减小材
第1章 绪论
一、概述
高层建筑的定义
4)总结:
(1)多少层数或多少高度以上的建筑为高层建筑,全世界至 今没有一个统一的划分标准,不同的国家、不同的年代,其规定 也不一样; (2)高层建筑的规定与一个国家当时的经济条件、建筑技术、 电梯设备、消防装置等许多因素有关; (3)超高层建筑也没有统一划分标准,一般泛指某个国家和 地区内较高的高层建筑。
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
与多层建筑相比有哪些的设计特点 1)水平荷载成为设计的决定性因素
(a)竖向荷载产生轴向压力与结构高度的一次方成正比; (b)水平荷载产生的倾覆力矩以及轴力与高度的二次方成正比。
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
与多层建筑相比有哪些的设计特点 2)侧移成为设计的控制指标
形比墙多260mm。
柱轴向变形对高层框架梁弯矩分布的影响
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
与多层建筑相比有哪些的设计特点
3) 轴向变形的影响在设计中不容忽视
(c)水平荷载产生的结构轴向变形对其内力及侧移的影响;
水平荷载作用下,使竖向结构体系一侧构件产生轴向压 缩,另一侧构件产生轴向拉伸,从而产生整体水平侧移。
第1章 绪论
一、概述
高层建筑的定义
高层建筑是相对于多层建筑而言的,评判一栋建筑是否为高层 建筑,通常以建筑的高度和层数作为两个主要指标,但世界范围内 目前还没有一个统一的划分标准。
1)国外:
(1)美国规定:高度为22~25m以上或7层以上建筑为高层建筑; (2)英国规定:高度为24.3m以上的建筑为高层建筑;
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
本节小结 4)高强混凝土是近40年来建筑材料最重要的发明创造。 高强可减小柱、墙截面尺寸,早强可加快施工进度,密实
可提高耐久性、弹性模量高,徐变小可减小压缩变形。但 高强混凝土变形能力小,脆性大,易开裂,耐火不如普通 混凝土等。
5)组合结构是以钢骨为骨架,外包钢筋混凝土,钢骨、
混凝土为整体、共同受力,钢骨可以做施工平台,与钢构 件比:用钢少,刚度大,防火、防锈;与混凝土构件比: 重量轻,承载力大,抗震性能好。
第1章 绪论
四、概述
高层建筑国内外发展概况
高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物,至今已有100 余年的历史,是城市现代化的象征。尽管历史较短,但其发展速度 很快。近30年来,世界各地兴建的高层建筑,其规模之大,数量之 多,技术之先进,形式之多样,外观之新颖,无一不让人惊叹称奇。
某剪力墙的计算结果
由表可知,结构层数越高,轴向变形所产生的影响越大。
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
与多层建筑相比有哪些的设计特点
3) 轴向变形的影响在设计中不容忽视
(c)水平荷载产生的结构轴向变形对其内力及侧移的影响;
20层双肢剪力墙内力与侧移计算结果比较
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
本节小结 2)钢结构具有强度高,自重轻(有利于基础),延性好, 变形能力大,有利于抗震,可以工厂预制,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。
3)钢筋混凝土是应用最广的建筑材料,绝大部分高层建
筑为钢筋混凝土结构。具有价格低(地方材料),可浇筑 成任何形状,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。
与多层建筑相比有哪些的设计特点
4)延性成为结构设计的重要指标
(a)延性表示构件和结构屈服后,具有 承载能力不降低、具有足够塑性变形能力 的一种性能;
(b)延性系数μ :用来衡量延性的大小;
△y △u
P
fu fy
a
b c
(c)结构的抗震性能取决于其“能量吸收与耗散” 能力的大小,即取决于结构延性的大小;
平壤市的柳京饭店
105层300m 混凝土结构
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
钢-混凝土组合结构或混合结构
不仅具有钢结构自重轻、截面尺寸小、施工进度快、抗震 性能好等特点,同时还兼有混凝土结构刚度大、防火性能好、 造价低的优点; 近年来,这种结构形式逐渐增多,而且发展前景非常好; 定义:钢-混凝土组合结构、钢-混凝土混合结构
料用量。
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
按照使用的材料进行划分 砌体结构
混凝土结构 钢结构 钢和混凝土组合结构
高层建筑结构
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
砌体结构
优点:取材容易、施工简便、造价低廉;
缺点:脆性材料,其抗拉、 抗弯、抗剪强度均较低,抗 震性能较差;
配筋砌体可改善砌体的受力性能,但较少用于高层

u y
(d)为了保证结构具有较好的抗震性能,除承载力、刚度外, 还需要有较好的延性,可通过加强结构抗震概念设计,采取恰当 的抗震构造措施来保证。
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
与多层建筑相比有哪些的设计特点 5)结构材料用量显著增加
(a)对于高层建筑结构,随高度增大,材 料用量增大较多 ; (b)特别是水平荷载对材料用量影响较大; (c)结构方案对材料用量影响很大,水 平力作用下对结构进行优化设计至关重要。
第1章 绪论
高层建筑结构设计
安徽工业大学建工学院土木工程系
2014年11月8日
第1章 绪论
高层建筑结构设计
1、学习本门课程的重要性
1) 一门主要专业课之一;
2)与先修课程密切联系; 3)与毕业设计和毕业后从事专业工作密切相关;
4)培养实践能力和创新精神。
2、本门课程的主要内容
1)绪论;2)结构体系和结构布置;3)高层建筑结构荷载; 4)设计要求;
第1章 绪论
主要参考文献
一、《高层建筑结构设计》(第二版)钱嫁茹、赵作周、叶列平编著 二、《高层建筑结构设计》(第二版)史庆轩、梁兴文主编
三、《高层建筑结构设计》(第一版)方鄂华、钱嫁茹、叶列平编著
四、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010
第1章 绪论
主要内容
一、概述 二、高层建筑结构设计的特点 三、高层建筑结构的类型 四、高层建筑国内外的发展概况
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
本节小结
1)高层建筑结构的主要材料:钢、钢筋、混凝土
相应的结构构件(以材料分类)可分为: 钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件(包括钢骨混凝土 构件和钢管混凝土构件)。 相应的结构分类(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
料的构件组成的结构,如钢构件+钢筋混凝土构件等)
如筒体结构可使结构用钢量大幅度减小,高 381m的帝国大厦,采用平面框架结构体系,用钢 量为206kg/m2,采用筒体结构,高344m的约翰.汉 考克大厦用钢量仅为146kg/m2,高443m的西尔斯 大厦用钢量仅为161kg/m2。
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
与多层建筑相比有哪些的设计特点
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
与多层建筑相比有哪些的设计特点 3) 轴向变形的影响在设计中不容忽视
(a)竖向荷载产生的结构轴向变形对其内力及变形的影响; (b)对预制构件的下料长度和楼面标高会产生较大的影响;
Houston 75层的某商业大
厦,采用剪力墙和钢柱混
合体系,由于钢柱负荷面
积大,其底层钢柱压缩变
(a)结构顶点的侧移 ut与结构高度 H 的四次方成正比;
(b)结构的侧移与结构的使用功能和安全有着密切的关系; 过大侧移会使人产生不安全感;会使填充墙和主体结构出现裂缝 或损坏,造成电梯轨道变形,影响正常使用;因P-△效应而使结 构产生较大的附加内力;
(c)必须选择可靠的抗侧力结构体系,使结构不仅具有较大 的承载力,而且还应具有较大的侧向刚度。
上海 金茂 大厦
剖面
第 88 层 平 面
RC核心筒+外框型钢混凝土柱及钢柱,88层,高420m, 7度抗震设防
上海环球金融 中心
核芯筒
底部剪力墙
RC核心筒+外伸桁架和巨型(型钢)柱 (三重结构体系), 101层,高492m,7度抗震设防
第1章 绪论
台北101金融大楼 高508米,采用 方钢管混凝土柱,混凝土核心筒混 合结构。
缺点:自重大、构件截面较大、施工工序复杂、建造周期较长
且受季节的影响;
应用情况:我国绝大多数高层建筑都是采用混凝土结构,今后 仍将是高层建筑发展的主流;
最早混凝土框架结构高层建筑,是1903年在美国辛辛那提建造 的因格尔斯大楼,16层,高64m。
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
钢结构
优点:材料强度高、截面小、自重轻、塑性和韧性好、制 造简便、施工周期短、抗震性能好; 缺点:用钢量大、造价高、防火性能差、刚度差;
第1章 绪论
一、概述
高层建筑的定义
根据层数和高度,房屋建筑可以分为低层建筑、多层建筑、高层 建筑、超高层建筑。
3)超高层建筑:
最初来源于日本,1995年出现英文词条Super-tall building ;
没有明确的分界线和规定,一般泛指某个国家和地区内较高 的高层建筑;
通常将高度超过 100m 或层数在 30 层以上的高层建筑称为 超高层建筑。
大楼历时5年多,耗资600亿。总面积 7万多平方米,共容纳了160多家商店。 (包括地下5层、其中B2到B5为地下停 车场、地上101层,其中有78层是办 公大楼 ,裙楼部分则是购物中心。
第1章 绪论
1998年在马来西亚吉隆 坡建成的彼得罗纳斯大厦 (Petronas Tower),88层, 高452m,为当时世界最高的 建筑。
(3)日本规定:11层以上或高度超过31m的建筑为高层建筑; (4)法国规定:住宅建筑50m以上,其他建筑28m以上为高层 建筑。
第1章 绪论
一、概述
高层建筑的定义
2)国内:
(1)《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-2005规定 : ≥10层的居住建筑和建筑高度≥24m的公共建筑为高层建筑; (2)《民用建筑设计通则》GB50352规定: ≥10层的住宅 建筑和建筑高度≥24m的其他民用建筑(不含单层公共建筑) 为高层建筑; (3)《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)规 定:≥10层 或 ≥28m的住宅建筑和房屋高度≥24m 的其他高层 民用建筑为高层建筑。(本课程内容的依据)
(1)组合结构:将钢骨放在构件内部、外部,采用外包 或内填混凝土,称为钢骨混凝土或钢管混凝土。(形成组 合构件) (2)混合结构:指由钢构件、钢筋混凝土构件或钢骨混 凝土组合构件一起组成的空间结构。(形成混合结构)
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
钢-混凝土组合结构或混合结构
办 公 层 平 面 客 房 平 面
应用情况:采用钢结构的高层建筑不断的增多;美国、日 本等从钢结构起步建造高层建筑的国家已转向发展混凝土 结构;
目前世界上最高的钢结构建筑为美国芝加哥西尔斯大厦, 110层、高443m。
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
芝加哥西尔斯大厦 (Sears Tower), 110层,高443m,钢结构
西安大雁塔 7层高64m 砖木结构
公元524年的河南嵩岳寺塔(15层简筒结构,高50m)
公元704年的西安大雁塔(7层砖木结构,总高64m) 公元1055年的河北定县料敌塔(11层筒体结构,高82m)
第1章 绪论
三、高层建பைடு நூலகம்结构的类型
混凝土结构
优点:取材容易、良好耐久性和耐火性、承载能力大,刚度好、
节约钢材、降低造价、可模性好;
5)框架结构分析与设计;6)剪力墙结构分析与设计;7)框-剪结构分析与
设计;8)筒体结构分析与设计 。
第1章 绪论
3、学习本门课程中可能出现的几个矛盾?
1) 课时少与课程内容较多(抓住内容主线、重点突出) 2) 推导多、公式多(掌握思路、理解推导原理)
4、教学方法和手段
1)传统教学与多媒体教学相结合;
1)国外的高层建筑:
现代高层建筑的形成期
美国的高层建筑 现代高层建筑的发展期 日本的高层建筑
现代高层建筑的繁荣期
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