第2章 高层建筑结构体系与结构布置

底部大空间剪力墙结构（框支剪力墙,带转换层高层建筑结构）
底部大空间剪力墙(部分框支剪力墙)结构
框支剪力墙的特点
• 底层刚度削弱、刚度突变
避免刚度突变的措施
• 把框架层扩展为2-3层，随层逐 渐变化
• 在框架的最上层设置设备层，作 为刚度的过渡层
• 尽可能得将一部份剪力墙延伸到 底层以加强整个房屋的刚度
（4）成束筒结构
由若干筒体并联而成，强度、刚度均很大 多筒体结构：多个钢筋混凝土剪力墙筒体，适应于复杂平 面的布置要求
优点：取材容易、施工简便、造价低廉； 缺点: 自重大，强度低，抗震性能差，施工难以机械
化，工人劳动强度高，工期长和结构面积大，难 以用于高层房屋，国内目前砖石结构房屋只建到 19层左右 新型砌体结构—配筋砌体，10层以上采用，北京拟建30层 公元524年的河南嵩岳寺塔(15层筒结构，高50m) 公元704年的西安大雁塔(7层砖木结构，总高64m)
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美国西雅图 双联广场大厦
58层 四根大钢管混凝土柱 混凝土抗压强度133Mpa 直径3.05m 管壁厚30mm 承受60%竖向荷载
办 公 层 平 面
客 房 平 面
上海金茂大厦
剖 面
第 8 8 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
结构形式选择的基本要求
• • • • 经济性（必要时考虑综合经济效果） 技术条件（包括设计技术、施工技术等） 材料供应情况 受力特点
二、高层建筑的结构体系
框架体系（含板柱体系） 全落地剪力墙体系
剪力墙体系
现代高层建筑 结构体系分类
部分框支剪力墙体系
框架－剪力墙体系（含板柱－剪力墙体系） 框筒体系 筒体体系 筒中筒体系 多筒体系 巨型体系
板柱节点
优点：施工方便，使用空间大，布臵灵活；传力途径更简捷，可有效
增加净空高度 缺陷：节点处受到柱集中力作用，对板抗剪不利。节点抗震性能差， 整体刚度小。
适用范围：仓库，停车场，层高受到限制的场合。
注：由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形或十字形截面柱构成的异形柱框架结构。
结构柱网布置
结构立面布置
框架结构受力及设计要点
缺点：造价高、耐火性能差，大量防火涂料的使用也
影响工期与造价。
钢 结 构
高强度螺栓连接法
• 4、组合结构
钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体所组成的混合 结构体系。框架柱多采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱， 框架梁多采用型钢混凝土梁或钢梁。 侧向刚度大于钢结构
结构造价介于钢结构和钢筋混凝土结构之间 施工速度比钢筋混凝土结构快 结构面积小于钢筋混凝土结构 发挥钢管混凝土柱的强度和刚度作用
上海金贸大厦
框架－筒体结构，共 88层，高420.5米， 用于办公、宾馆。
内筒为八角形钢筋混凝土核心筒，外筒由八根复合巨型柱、8根钢柱，用钢 量0.7kN/m2
•8个巨型组合柱（1.5m×4.9m，C50） →（0.9m×3.5m，C35） •直径2.75m钢管桩，上覆盖4m厚，64m×64m C50整体桩承台， •桩打入地下84m深处
在侧向荷载作用下的框架-剪力墙变形
4、筒体结构 （空间受力体系）——tube structure
由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建筑结构 筒体分剪力墙围成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的 框筒等
4、筒体结构 （空间受力体系）——tube structure
由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建筑结构 筒体分剪力墙围成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的 框筒等
第2章 高层建筑结构体系 与结构布置
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 概述 结构布置原则 楼盖结构布置 基础结构布置 水平位移限值和舒适度要求 结构布置实例
2.1
概述
一、高层建筑的结构形式
• 结构方案选择： • 在满足建筑使用要求的前提下，选择结构 形式、结构体系和结构布置
• 1、砖石结构
广东国际大厦建筑面积101632平方 米，楼高200.18米。 采用天然片筏和条形基础，主楼结 构采用无粘结预应力砼楼板筒中筒体 系，外筒为35.1米×37米的矩形平面， 由24根中柱和4根异形角柱组成,内筒 为17米×24米的矩形平面，由梯井和 电梯间等剪力墙组成。 是当时国内层数最多最高的钢筋混 凝土结构，也是世界上采用无粘结预 应力平板楼最高的大楼。按常规做法， 楼板需要30厘米厚，而本工程将楼板 厚度降至22厘米。结仅此项技术以及 由此取得的良性影响，就节省混凝土 7000多立方米，重量达2万吨。工程施 工中综合应用了十项新技术，在超高 层建筑施工成套技术和管理方面作了 有益的探索，取得了六天一层楼而不 必三班倒的施工速度，工程于1989年 12月28日比原计划提前63天封顶。
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。在第40与41层之间有一座 连接双子塔的空中走廊，是目前世 界上最高的过街天桥。双塔平面是 两个扭转并重叠的正方形，用较小 的圆形填补空缺。双塔的外檐为 46.36m直径的混凝土外筒，中心部 位是74.8英尺×75.4英尺高强钢筋 混凝土内筒，18英寸高轧制钢梁支 托的金属板与混凝土复合楼板将内 外筒连系在一起。4架钢筋混凝土 空腹格梁在第38层内筒四角处与外 筒结合。塔楼由一个筏式基础和长 达340英尺但达不到基岩层之4英尺 ×9英尺截面长方形摩擦桩。 位于 圆形与正方形重送交接点位臵处的 16根混凝土柱子支承上部结构荷载。
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
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。
大楼历时5年多，耗资600亿币。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。
使填充墙开裂，并引起非结构构件的破坏，修复费用高。
适用范围：非抗震地区和层数较少的多、高层住宅、饭
店、办公楼及其它公共建筑，15以下较适宜。
分类：（按照施工方法）
现浇框架 装配整体式框架 装配式框架
框架结构体系
典型的框架体系平面图
框架结构体系
平面形状复杂的框架平面图
板柱结构体系
无梁楼盖结构体系
• 3、钢结构
优点：
• 钢结构强度高、自重轻，具有良好的延性和抗震性能，能 够满足建筑上对大跨度、大空间的要求 • 抗震性能优于钢筋混凝土结构 • 减轻结构自重，降低基础工程造价 • 减少建筑中结构所占的面积 • 施工周期短：工厂制作，现场安装，无须大量脚手架，压 型钢板可以作为混凝土楼板的永久模板，可节约20%-30的 施工时间
剪力墙结构平面图
2、剪力墙结构——shearwall structure
由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构
优点： 结构刚度很大，空间整体性好，水平荷载作用下
侧向变形小，用钢量较省，抗震性能好 , 房间墙面及天花 板平整，层高较小，特别适用于住宅、宾馆等建筑。
缺点： 自重大，基础处理要求较高，墙体间距小，平面
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。 目前世界上最高的混凝土建筑为香港中环广场达 78层374m、其次是平壤柳京饭店达105层305m 。 • 广州广东国际大厦(63层，200.18m),底层柱尺 寸已达1.8*2.2m
抗侧刚度：抗侧刚度较大 适用范围： 适用于 10-25 层各类公共建筑和旅馆建筑，
框架-筒体可到30--40层
（1）剪力墙数量 • 以满足位移限制为依据设臵剪力墙数量 （2）剪力墙的布臵及间距 • 宜分散不宜集中 • 满足建筑使用要求和结构刚度的要求 • 纵横向剪力墙布臵均应满足要求 • 布臵应均匀、分散、对称、周边，使刚度中心和质量中 心尽量接近，避免扭转效应 • 剪力墙的间距不宜过大，保证楼盖刚度足够 • 剪力墙应贯通全高，结构上下刚度连贯均匀
3、框架—剪力墙结构——
frame-shearwall structure
由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构
框架－剪力墙
剪力墙
剪力墙
剪力墙
框架梁
框架梁
剪力墙
框架梁
• • •
特点： 剪力墙（核心筒）承担大部分水平力，是主要的
抗侧力构件，框架承担竖向荷载，提供较大的空间，受力 合理，各层层间变形均匀，既具有框架结构布臵灵活、方 便使用的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力
公元1055年的河北定县料敌塔(11层筒体结构，高82m)
2、钢筋混凝土结构
优点：结构强度较高，抗震性能较好，并具有良好的可
塑性，造价低、耐火性能好、侧向刚度大、截面 形式多样 缺点：构件截面较大、自重大、使用空间受限，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
筒体结构平面图
• •
特点：空间抗侧刚度，抗扭性很好 适用范围：适用于30层以上各类公共建筑 框筒体系
桁架筒
筒中筒体系
多筒体系
（1）框筒结构
布置在房屋四周、由密排柱和高 跨比很大的窗裙梁形成的密柱深 梁框架围成的筒体。 内筒承受竖向荷载，外筒承受水 平荷载，柱距一般在1.2—3m，框 筒梁比较高，梁高600mm以上，开 洞面积在60%以下
（3）筒中筒结构
(tube in tube structure)
由核心筒和密柱外围框筒（桁架筒）组成的高层建筑结构，抗风、抗震能力好
深圳国际贸易中心大厦 50层，158m，钢筋混凝土 筒体，外筒由钢骨混凝土 和钢柱组成
框筒及筒中筒体系结构平面
框筒体系
筒中筒体系
广东国际大厦，63层，200m，钢筋 混凝土内筒体，外筒由钢骨混凝土 和钢柱组成
布臵不灵活，不利于布臵大开间房间，不能满足公共建筑 的使用要求（一般剪力墙间距3～8m）。
适用范围：适于10～30层高小开间建筑
为满足公共建筑的使用要求,需布置大开间房间？？？
•
• •
解决方法：
————底部若干层部分剪力墙取消 刚度差异（限制落地剪力墙的比例和剪力墙之间的间距） 转换层（板式转换和梁式转换）
1.全部荷载由梁柱承担； 2.框架侧向变形由梁柱弯曲变形与柱轴向变形两部分组成； 3.整体侧向变形呈剪切型变形；
4.应设计为双向框架结构；
5.隔墙应采用轻质隔墙或轻质填充材料； 6.宜采用现浇混凝土楼盖。
2、剪力墙结构——shearwall structure
由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构
1931年102层帝国大厦：钢框架－剪力墙体 系，用钢量2.06kN/m2 1972年110层世界贸易中心：筒中筒结构体 系，用钢量1.81kN/m2 1974年110层西尔斯大楼：钢成束筒结构体 系，用钢量1.61kN/m2
（2）桁架筒结构
桁架形成的筒体，钢材，节省材料 实例：香港中国银行，钢斜撑、钢梁、钢骨组合混凝土柱的空间桁架体系， 用钢量1.4kN/m2
1、框架结构——frame
structure
由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构
优点： 建筑平面布臵灵活，能提供较大的室内空间，易
于满足多功能的使用要求。自振周期长，地震反应小，经 合理设计后可具有良好的延性。计算理论比较成熟；在一 定高度范围内造价较低。
缺点： 抗侧移刚度小，抗震性能差，侧向位移较大，易
剪力墙的布置原则
1) 剪力墙宜沿主轴方向或其它方向双向布臵，墙肢截面简 单规则； 2) 剪力墙应尽量布臵在结构区段的楼梯间、电梯间、平面 形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大； 3) 纵、横剪力墙宜组成L、T、［形等型式； 4) 剪力墙应贯通建筑物全高，避免刚度突变，洞口应尽量 做到上下对齐； 5) 抗震设计时，剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩 不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50％； 6) 较长的墙肢宜开设洞口将其分成长度均匀的若干墙段， 墙段之间用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高 度之比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8m。