多层及高层房屋结构的组成09

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多层及高层房屋结构的组成09
•（2）平面不规则结构
•1） 任一层的偏心率大于0.15；
•2）结构平面形状有凹角，凹角的伸出部分在一个方 向的尺度，超过该方向建筑总尺寸的25％；
•3）楼面不连续或刚度突变，包括开洞面积超过该层总 面积的50％；
•4）抗水平力构件既不平行又不对称于侧力体系的两个 互相垂直的主轴。
约40％。
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•八片支撑的平面位置图
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多层及高层房屋结构的组成09
• 非抗震设防的多层(≤12层)钢结构房屋，可不设 双重抗侧力体系，可采用单纯框架或斜撑(或剪力墙) 结构体系。
• 采用框架体系时，不一定把所有的梁都和柱刚性 连接，只要侧向刚度够大，可以只取一部分柱参与抗 侧力工作。
• 平面不规则结构，在计算和构造上应作相应处理。
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•防震缝设置
• 大量建筑震害表明：防震缝设置不当导致高层建筑在 地震时相互碰撞的破坏后果很严重的；
• 高层建筑在发生地震时具有很大的侧向位移，防震缝 的合理设置很困难的，一般不宜设置防震缝。
• 对地震区多高层建筑应当建立精细的力学模型，作较 精确的地震分析，并采取相应的措施提高其薄弱部位和构 件的抗震能力。
•结构种类 •
•结构体系 •
•非抗震设防
•框架
•11•0
•钢结构• •框架-支撑（剪力墙板） •26•0
•各类筒体•
•36•0
•钢框架-混凝土剪力墙 •有混凝土剪力•钢框架-混凝土核心筒 •墙的钢结构•
•钢框筒-混凝土核心筒 •
•22•0 •22•0
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•抗震设防烈度
•6, 7
•8
•9
•11•0
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•(2) 竖向结构布置应满足的要求：
• 多高层房屋的横向刚度、风振加速度与其高宽比有关。 一般认为高宽比超过8时，结构效能不佳。 •《建筑结构抗震规范》(GB50011)规定：对于钢结构的 高层建筑，其高宽比不宜大于P144表4-3的限值。
设防烈度 6， 7
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• 采用偏心支撑框架结构，支撑一端做成偏心交汇， 在梁端部或中部形成耗能梁段；结构在弹性阶段有较 好的刚度，在非弹性阶段具有很好的延性和耗能能力。
• 设置偏心支撑的开间内，构件之间的相互连接均为 刚接。
•《建筑抗震设计规范》规定，超过12层的钢结构应 采用偏心支撑框架，顶层可采用中心支撑；不超过12 层的钢结构宜采用中心支撑，有条件时也可采用偏心 支撑。
• 打破了密柱深梁对建筑设计的桎梏， 充分发挥钢结构抗拉强度高的优势及钢筋 混凝土结构抗压性能好的长处，实现优势 互补。
通常设置一些称为帽桁架和腰桁架的
水平桁架。
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•5. 支撑框筒结构或桁架筒体结构
• 用加支撑的外围框架代替框筒结构， 解决密柱深梁的问题。 • 支撑系统覆盖了整个建筑物表面，又 称大型支撑体系，它较框筒结构更为优越。
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香 港 中 国 银 行 大 楼
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•高 315m(70层)的 香港中国银行 大楼为大型支 撑筒结构体系。
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•
四根角柱是由H型钢与混凝土的组合结构，
据称该大楼与位于风荷载仅为香港一半的纽约的某
面积和高度均相同的建筑物相比，结构耗钢量减少
• 内筒及其他竖向构件主要 承受竖向荷载，刚性楼面作为框 筒的横隔，增强筒的整体性。
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• 为了避免剪力滞后造成角柱的轴力过大，可控制框 筒平面的长宽比不宜过大(平面迎风面的长度超过45m时 筒体效果降低)；加大框筒梁和柱的线刚度比。
• 框筒结构横向刚度较大，可适用的建筑高度超过90 层。
•9•0
•5•0
•22•0
•20•0
•14•0
•30•0
•26•0
•18•0
•18•0 •18•0
•10•0
•7•0
•150
•7•0
多层及高层房屋结构的组成09
4. 悬挂结构称芯筒体系或悬挂结构
• 框架、框—支、框—筒是多高层房屋结构的最基本型 式，由此可衍生出多种多样的型式。
• 在内筒(通常是钢筋混凝土结构)具有 足够的抗侧力刚度时，可把框—筒的外层 框筒去掉，将整个建筑物悬挂在内筒上，
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•马来西亚双塔楼： •88层，450米，框—筒结构，1996年建成。
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• 框筒结构是筒体结构 的一种，称为筒中筒结 构。
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•深圳发展中心大厦
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• 束筒结构是由各筒体间共 用筒壁的一束筒状结构组成， 是为了减缓框筒结构的剪力滞 后效应而提出来的。
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二、结构布置
•1. 平面布置
• 为了减少风压作用，应首选由光滑曲线构成的凸平面， 减小风载体型系数。
• 圆形或椭圆形平面比矩形平面能显著降低风压的整体 作用；尽可能采用中心对称或双轴对称的平面，减小或避 免在风荷载作用下的扭转振动；避免狭长形平面，减少剪 切滞后现象。
21多层及高层房屋结构 的组成09
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2020/11/14
多层及高层房屋结构的组成09
2．1 多、高层房屋结构的组成
• 多层和高层房屋建筑之间并没有严格的界线。根 据房屋建筑的荷载特点及其力学行为，尤其是对地震荷 载的反应，大致可以12层(高度约40m)为界。
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• 在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质 量分布。
• 为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振 动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形 等简单平面形式。
• 在某些情况下,由于城市规划对街道景观的要求以及建筑 场地的限制,高层建筑不可能全部采用简单平面形式,当需要 采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将 凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内,同时, 在结构平面布置时,应尽可能使结构处于对称状态。
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•有抗震要求时，可采用偏心支撑体系。
•纯框架具有很好的延性和耗能能力，但侧向刚度较弱。
•轴线交汇的支撑体系侧向刚度很好，但支撑设计得在强 烈地震作用下不屈曲，则造成地震力过大，不经济合理； 若允许支撑屈曲，则屈曲后性能退化，影响它的耗能能 力。
多层及高层房屋结构的组成09
• 结构在水平荷载下是否会出现扭转，不仅和平面图上的 外形有关，还和抗侧力构件设置部位有关。
•抗侧力刚度中心应和水平合力线尽量接近。
• 偏心率是度量抗侧力构件布置状况的力学参量，任一 楼层相应于x和y方向的偏心率x和y可由下式计算：
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•2. 框剪结构：
• 在框架结构上设置适当的支撑或剪力墙，或二 者皆设。
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•侧向位移模式
• 在侧向荷载的作用下，纯框架的侧向位移呈剪切变形 模式，抗剪结构呈弯曲变形模式，二者组合而成的框剪结 构则显著减少了纯框架结构的侧向位移。
• 高153m(地上43层)的上海锦江饭店分馆，采用带支撑 和钢板剪力墙的框剪结构，其平面尺寸为32mx32m的正方 形，柱距为8m。
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•3. 框筒结构：
•
不设抗剪结构将最外层框架柱加密(不超过3m)，
用深梁将其相互刚性连接，使外层框架在侧向荷载的作用
下，具有悬臂箱形梁的力学行为。
框筒结构采用矩形平面形式时，应控制其
平面长度比小于1.5；（不满足时，宜采用束筒
结构）
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扭转问题
• 建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即建筑三心。 •在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点,即三心合一。 • 结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合 一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。
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•利用第35、66、90三个设备层，设置 一层楼高的桁架，提高框筒抵抗竖向变 形的能力。
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• 束筒结构方案可灵活地组成平面形式，也可将各 筒体在不同的高度中止，以获得丰富的立面造型。
• 筒体可用密柱深梁的钢结构形成， 也可采用钢筋混凝土筒体，不过常 以内筒出现。
• 在地震区，具有双重设防的优点。可用于不超过 40~60层的高层建筑。
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• 剪力墙可以是钢筋混凝土结构，也可是钢板结构。
• 钢筋混凝土结构需要采取一些构造措施，避免地震时 可能发生的应力集中破坏；钢板结构可取8~9mm厚的钢板 制成。
• 研究表明：侧向刚度相同时，钢板剪力墙的框剪结构 比框架结构用钢量少。
8
9
最大高宽比 6.5
6.0
5.5
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多层及高层房屋结构的组成09
•(3)竖向布置的不规则结构：
• 1）楼层刚度小于其相邻上层刚度的70％，且连续三 层总的刚度降低超过50％； • 2）相邻楼层质量之比超过1．5(建筑为轻屋盖时，顶 层除外)； • 3）立面收进尺寸的比例为L1／L<0.75；
• 柱距一般控制在6~9m范围内，次梁间距以3~4m为 宜；一般不超过30层时比较经济。
• 美国休斯敦印地安纳广场大厦——框架结构
• 高121m(29层)，平面尺寸为43.7m43.7m的正方形， 柱距约7.6m。
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•莱钢开发的青岛即墨钢结构住宅
• 在框剪结构中，形成筒体的构面内存在的剪 切变形，即为剪力滞后。
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• 高411m(110层)的原美国 纽约世贸中心大厦是带有裙房 的框筒结构，其平面尺寸为 240根柱子组成的正方形，柱 距1.02m；内筒由中央电梯井 的47根柱子组成。
• 阵风作用下实测到的屋 顶最大横向位移仅为0.46m(不 足计算值1．02m的50％)，约 为其高度的1／950，证明框筒 结构具有良好的抗侧力性能。
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多层及高层房屋结构的组成09
•（1） 有抗震设防要求时，平面尺寸关系应符合 P143表4-2的要求。
•平面的长宽比
•凹凸部分的长宽比
•大洞口宽度比
•L/B •≤5
•L / Bmax •≤4
•l / b •≤1.5
•l '/ Bmax •≥1
•B ' / Bmax •≤0.5
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一、多高层房屋结构的类别
• 多、高层房屋钢结构中，侧向荷载的影响显著。 • 按抵抗侧向荷载作用的功效可分为：框架结构、框 剪结构、筒体结构。
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•1. 框架结构：
• 优点是平面布置较灵活，刚度分布均匀，延性较大， 自振周期较长，对地震作用不敏感，侧向刚度小。
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• 采用斜撑体系时，只在少数柱间加设斜撑，梁 和柱的连接都可做成铰支——柔性连接。
• 少数柱参与抗侧力体系，和多跨门式刚架的中柱 做成摇摆柱一样。
• 梁柱刚性连接构造复杂，制作和工地安装工作量； 抗侧力体系也可混合使用，如纵向用框架，横向用斜 撑体系。
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• 《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99—98)依 地震设防烈度，对各类结构形式所适用的高度作出了 规定，见P141表4—1，其中个别数据按《建筑抗震设 计规范》做了调整。
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多层及高层房屋结构的组成09
•钢结构和有混凝土剪力墙的 钢结构高层建筑的适用高度（m）
• 高层钢结构建筑，一般不设置温度缝，因为建筑的平 面尺寸通常不会超过90m。
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2.竖向结构布置
• (1) 竖向结构布置的原则： • 1） 使结构各层的抗侧力刚度中心与水平合力中心 尽可能重合； • 2）各层的刚度中心应尽可能在同一竖直线上； • 3）建筑开间、进深的尺寸尽可能统一。