论高层建筑结构体系构成及其特点Word格式.docx

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同时高强度钢材应运而生，在超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进。

超高层建筑的发展体现了发达国家的建筑科技水平、材料工业水平和综合技术水平，也是建设部门财力雄厚的象征。

　　我国的高层与超高层钢结构建筑自改革开放以来已有20年的历史，并在设计和施工中积累了不少经验，已有我国自行编制的《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98.

　　高层及超高层结构体系对于高层及超高层建筑的划分，建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定，一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑，建筑总高度超过60m为超高层建筑。

　　对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：

框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框—筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。

二、高层建筑结构特点

1、高度大、竖向荷载大，要求结构有很高的承载力。

2、水平力大（风和地震产生），作用高度高。

建筑底部产生很大的弯矩和倾覆力矩。

3、顶部位移大。

会造成轴力的改变，偏心增大。

要求具有很好的抗侧力抗侧向位移的性能。

4、房屋易产生扭转。

房屋刚度中心与地震力合力作用线相距较远时，则产生附加扭矩。

要求结构中心与质量中心尽量接近。

三、高层建筑结构体系

（一）纯框架体系

整个结构的纵向和横向全部由框架单一构件组成的体系称为框架体系。

框架即负担重力荷载，又负担水平荷载。

框架体系的优点是建筑平面布置灵活，可提供较大的内部空间。

但由于本体系属于柔性结构体系，在水平作用荷载下，它的强度低，刚度小，水平位移大，所以在高烈度地震区不宜采用。

1、结构特征

竖向承重由框架组成，水平刚度小、承载力低、位移大、为柔性结构体系。

2、适用范围6~15层，最经济是10层，高烈度地区不用。

3、特点空间较大、平面布置灵活。

4、柱网尺寸跨度4~9米之间，

梁高h=（1/15~1/10）L；

梁宽b=（1/2~1/3）h。

柱截面高不小于300（矩形）350（圆形）高宽比不大于3

5、开间住宅3.3~4.5米，公建6.6~7.5m

6、缺点：

侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差。

限制了框架结构的建造高度。

框架结构在水平力作用下的受力变形特点：

侧移两部分组成：

梁柱弯曲变形产生的侧移和柱轴向变形产生的。

水平荷载作用下，框架梁柱中的内力有弯矩、剪力和轴力，在弯矩作用下，梁柱发生弯曲，且有反弯点，梁柱弯曲引起框架的整体侧向位移。

框架结构下部的梁柱内力大，层间变形大，愈到上部层间变形愈小，框架的整体变形呈现剪切型。

框架体系的分类：

横向框架、纵向框架、纵横向框架

框架体系应用实例照片：

（二）纯剪力墙体系

所谓剪力墙体系，是指该体系中竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成。

剪力墙不仅承受重力荷载作用，而且还要承受风，地震等水平荷载的作用。

同框架体系相比，该体系侧向刚度大，位移小，属于刚性结构体系。

但建筑平面布置不够灵活，适合于像高层公寓，宾馆这种空间要求较小，分隔墙较多的建筑。

竖向承重由纵横向的钢筋混凝土墙组成，类似与砖混结构的砖墙换成钢筋混凝土墙，水平刚度大、侧位移小、为刚性结构体系。

2、适用范围

理论上可达100~150层，但过高墙会增厚，使用和经济不利，宜40层以下。

非地震区150m，7度区可达130m，8度区120m，9度区70m。

3、特点空间较小、平面布置欠灵活。

4、结构布置与建筑设计原则

（1）横向布置剪力墙间距3~6.6m，刚度好、空间小，用于住宅、旅馆等。

（2）纵向布置剪力墙（3）纵横向布置剪力墙

（4）建筑物高宽比h/b≤6

（三）筒体结构

筒体结构由框架或剪力墙合成竖向井筒，并以各层楼板将井筒四壁相互连接起来，在水平荷载的作用下，整个筒体就像一根粗壮的拔地而起的悬臂梁把水平力传至地面。

筒体结构不仅能承受竖向荷载，而且能承受很大的水平荷载。

另外，筒体结构所构成的内部空间较大，建筑平面布局灵活，因而能适应多种类型建筑。

筒体可分为实腹式筒体和空腹式筒体两种。

由剪力墙围合成的筒体称为实腹式筒体，由密集立柱围合成的筒体则称为空

筒体结构由框架或剪力墙围合成竖向井筒，并以各层楼板将井筒四壁相互连接起来，形成一个空间构架，比单片框架或剪力墙的空间刚度大得多，不仅能承受竖向荷载，而且能承受很大的水平荷。

筒体结构适用于超高层建筑，尤其在地震区更能显示优越性。

实腹式筒体：

由剪力墙围合的筒体（墙式筒体、墙筒）

空腹式筒体：

由密集立柱围合的筒体（框架式筒体、框筒）

（2）适用范围超高层建筑都用筒体结构

（3）特点可将受力构件集中，创出较大的室内空间。

（4）筒体结构的布置

常用平面形状有：

圆形、椭圆形、矩形、三角形、多边形等。

轴对称或中心对称。

矩形框筒：

长短边比不宜大于1.5。

框筒柱距不宜大于3m；

个别可扩大到4.5m，但不宜大于层高。

（四）框架—剪力墙体系

框架—剪力墙体系,是在框架的体系的基础上增设一定数量的纵向和横向剪力墙，并使框架柱，楼板有可能连接而形成的结构体系。

建筑的竖向荷载又框架柱和剪力墙共同承担，而水平荷载则主要有刚度较大的剪力墙来承受。

框架中布置剪力墙，并使楼板与框架有可靠连接的结构体系。

竖向荷载由剪力墙和框架承担，水平荷载由剪力墙承担。

绝大多数高层建筑都为框架剪力墙结构。

15~25层较多，非地震区120m，7度区可达100m，8度区90m，9度区40m。

3、特点结构布置较灵活，为现常用结构。

4、结构布置与建筑设计的原则

（1）剪力墙平面位置应使建筑结构相协调。

利用山墙、楼梯电梯井周围的墙。

地震区应纵、横两方向布置，非地震区可单横向。

宜对称布置，设在建筑端部，平面变化及净荷载大的部位。

剪力墙中心线应与柱形心重合，利于传力。

（2）剪力墙高度布置上应贯通全高、厚度不变；

尽量不开洞，必开时面积应小于16%

（3）剪力墙间距不宜过大

现浇板,L/B≤4。

装配板L/B≤2.5

（L——剪力墙间距，B——房屋宽度）

（4）建筑高宽比不宜大于h/b=4~5

框架—剪力墙体系平面实例

（五）框架-筒体体系

由筒体和框架共同组成的结构体系称为框架—筒体体系。

筒体是一个立体构件，具有很大的抗推刚度和强度，作为该体系的主要抗侧力构件，承担起绝大分的水平荷载。

而框架主要承担重力荷载。

从建筑平面布置来看，通常将所有服务性用房和公共设施都集中布置于筒体内，以保证框架大空间的完整性，从而有效提高建筑平面的利用率。

1、结构特征

发挥筒的抗侧推刚度强特点，作为主要抗侧力构件，承担水平力，框架承担重力荷载。

通常将公共设施及服务用房集中在筒内，框架创造较大使用空间。

2、结构类型

核心筒框架体系——筒布置在核心框架布置在外围。

核心筒框架体系的几种主要形式

1、筒在核心框架在外

2、多筒框架体系---两个端筒+框架

3、核心筒+端筒+框架

（六）筒中筒结构体系

由两个及两个以上的筒体内外嵌套所组成的结构体系，称为筒中筒体系。

根据筒体嵌套数量的不同，又分为二重筒体系，三重筒体系等。

筒中筒结构形成的内部空间较大，加上其抗侧力性能较好，特别适用于建造办公旅馆等功能的超高层建筑。

筒筒嵌套抗侧力性能好，形成的内部空间较大，一般内筒用实腹筒外筒用空腹筒。

内外筒之间通过楼板连成整体

外筒开窗面积不宜大于50%，不得大于60%

内筒长宽均不应小于外筒的1/3

2、适用范围

30层以上。

办公旅馆等超高层建筑。

3筒体结构的类型

（1）单筒结构：

单筒很少单独使用，通常和框架组合，根据二者位置关系的不同，有外筒内框架和内筒外框架两种布置方式。

（2）筒中筒结构：

内外套置的几层筒体，内外筒之间通过楼板连成整体，筒中筒比单筒有更好的抗推能力。

外筒开窗面积不宜大于50%，不得大于60%

（3）束筒结构：

若干个筒体相并列，美国芝加哥西尔斯大厦就是采用的束筒结构。

筒中筒结构平面实例图

（七）、框筒束体系

若干个筒体相并列，连结成一个结构体系。

束筒抗弯能力抗剪能力及抗侧移刚度得到极大提高。

每一个筒单元可以是不同的平面形式，可以在不同的高度终止，不影响结构完整性。

高烈度110层以下建筑

美国芝加哥西尔斯大厦就是采用的束筒结构。

【结语】：

在21世纪，高层建筑继续向着更高的高度，更大的体量和更加综合的功能发展，对高层建筑结构提出了更高的要求。

在确保结构安全的前提下，为了进一步节约材料和降低造价，结构设计概念在不断更新。