高层建筑讲义1 （研）.pptVIP

武汉大学土建学院硕士研究生选修课程高 层 建 筑 结 构 讲授者：何英明 2008.10 主要内容： 高层建筑结构体系的发展和应用 高层建筑的加强层和转换层 高层建筑扭转效应的简化计算 高层建筑的减震与消能 高层建筑结构布置 结构布置和计算结果的合理性判断 第一章 高层建筑结构体系的发展和应用 一、高层建筑抗侧力结构体系的发展动力 二、高层建筑抗侧力结构体系发展过程 三、剪力墙结构 四、框架一剪力墙结构 五、筒体结构 六、其他结构形式 七、各种结构体系适用的最大高度限值 第一章 高层建筑结构体系的发展和应用 一、高层建筑抗侧力结构体系的发展动力 高层建筑的功能、形式、高度和空间利用的不断发展，促使结构形式、材料、组成和结构体系的不断发展和创新。 新材料的出现，计算机技术的发展，又给结构体系的发展和创新创造了条件。 在建筑师层出不穷的翻新方案下，结构工程师必须响应挑战。 二、高层建筑抗侧力结构体系发展过程 结构体系发展过程 1、单种抗侧力体系发展到双重抗侧力体系，发挥双重和多重结构的优势 多层和高层结构最早应用的是框架结构、剪力墙结构； 把剪切型变形的框架和弯曲型变形的剪力墙结合，形成了框架—剪力墙结构，这是结构体系上的一次飞跃； 将不同变形性能的抗侧力构件结合在一起可以优化结构的侧向变形性能，提高结构刚度，改善结构抵抗地震的性能； 在此基础上出现了多道设防的抗震结构概念； 框架—筒体结构、框架—核心筒等结构都是双重和多重抗侧力结构的应用； 2、由平面结构向空间结构发展 最初抗侧力构件都是片状结构——单片框架、单片的剪力墙； 片状结构在本身平面内的刚度都很大，但是平面外的刚度很小，必须在双向同时布置平面结构以抵抗不同方向的荷载； 平面结构布置的间距不大，因而材料耗费较大，构件数量多，结构占用的面积较多，建造高度也受到限制； 利用剪力墙围成实腹筒后翼缘受力的原理，挖掘了结构平面外受力的潜力。在剪力墙围成的筒上开很多孔洞形成了密柱深梁的框筒结构； 实腹筒和框筒都是空间结构，它们充分利用材料强度，减少了结构构件数量，增大了可利用空间，增大了结构抗侧和抗扭刚度，提高了结构的效率。 与框架—剪力墙结构类似，由框筒和实腹筒结合组成的筒中筒结构实现了弯曲型与剪切型变形的结合，抗侧刚度更大，建造高度更高，形成的双重抗侧力体系在高层建筑中得到了广泛的应用。 由框筒结构发展而成的束筒结构，是在减小框筒结构的剪力滞后方面的突破，可以使框筒结构建造高度加大，而且由于多个框筒可以组合成不同平面形状，实现了平面的多样化。 筒体结构首先由美国著名结构工程师法兹勒.R.坎恩(Fazlur Rahman Khan，生于孟加拉)提出； 坎恩于1963年在芝加哥首次采用框筒结构体系建造了43层高的德威特切斯纳特公寓(Dewitt Chestnut)； 筒体结构使高层建筑的建造进入了一个新时期，此后，框筒和筒中筒、束筒成为50层以上的高层建筑的主要结构体系。 筒体结构可以大量节省材料：美国1931年建造帝国大厦(102层，钢框架—剪力墙)用钢量20.6kg/m2；1972年建造世界贸易中心(110层，钢筒中筒)用钢量18.1kg/m2；1974年建造西尔斯大厦(110层，钢束筒)用钢量16.1kg/m2。 3、平面桁架和空间桁架的应用 在结构力学中，桁架是用来承受竖向荷载的——大跨度的屋架和桥梁是利用桁架最多的结构； 把桁架竖起来可以同样有效地抵抗水平荷载； 利用桁架构件主要承受轴向力的性能，提高了材料的使用效率，能够节省材料。 由钢结构中的支撑框架，发展成为桁架筒； 最早的、也是最著名的桁架筒是约翰·汉考克中心，它也是高层钢结构中最省钢的工程之一。 桁架筒和支撑框架组成核心筒结合的筒中筒结构是高层钢结构中常用的结构体系。 在结构中进一步应用空间桁架的实例是香港的中国银行，1989年建成，70层，总高369m，与同高度的建筑相比，它是用钢量和造价最低的结构之一。 巨形空间桁架结构实例（香港中国银行大厦） 4、趋向周边布置结构 将抗侧力结构布置在结构的周边，能够充分利用材料，加大结构抵抗倾覆力矩的能力，提高其效率，同时提高结构的抗扭能力； 框筒、束筒、桁架筒和空间桁架都是布置在周边的高效抗侧力结构。 一般的剪力墙结构和框架—剪力墙结构中，将刚度较大的剪力墙布置在周边也能取得较好的抗水平力和抗扭的效果。 5、设计刚度和承载力很大的巨型结构，在不规则的建筑布置中建立规则的结构体系 ——巨型结构 杆件本身的尺寸有限，但是将许多构件连接可以形成巨型梁、巨型柱，进一步组成巨型框架； 巨型框架大大提高了抵抗竖向荷载和水平荷载的能力，加大了结构高度； 利用次结构可实现建筑的灵活空间，利用规则的巨型结构实现对水平力的抵抗； 主、次结构的各种组合和变化可以适应各