高层建筑结构体系与结构布置
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简述高层建筑结构布置的一般原则高层建筑中,应当根据地基的支承能力,结合结构的惯性特性,选择合适的结构形式支撑高层建筑。
一般原则包括:
一、采用合理、可行的体系结构,以利于减轻自重及免受外力的影响。
同时采用建筑类型应当结合建筑的功能特点,安全靠谱。
二、在结构表达方面,根据建筑结构复杂程度,采用最省工程、易施工的形式,在保证结构安全、强度设计满足要求的前提下,尽可能节省结构体积及各部件材料量。
三、结构构件应当因地制宜,具备本市有强烈的建筑文化主题,营造出独特的建筑景观效果。
四、应当突出环保、节能,正当用先进的施工技术、设备,控制建筑室内空气质量以及施工现场的环境污染。
1 回顾我们对超高层的定义进行了总结,根据CTBUH的定义,将300米以上的建筑定位为超高层建筑(Supertall),将600m以上的建筑定位超级高层建筑(M egatall)。
我们将超高层建筑结构体系主要划分为筒体结构、束筒结构、筒中筒结构、框架-核心筒结构、巨型结构、连体结构和其它一些新型结构体系等。
图1 超高层结构的体系分类我们在上一篇中着重分享了筒体(框筒、支撑筒以及斜交网格筒体)结构体系的特点及案例,在本篇中主要着重分享关于束筒和筒中筒(框筒-核心筒、支撑筒-核心筒以及斜交网格筒-核心筒)结构体系的受力特点及案例。
2束筒结构(Bundled Tube)束筒可以认为是由一组筒体组成的结构,这些筒体由共用的内筒壁相互连接以形成一个多孔的多格筒体。
在这个筒体中,水平剪力主要由平行于水平荷载方向的腹板框架来承担,而倾覆力矩则主要由垂直于水平荷载方向的翼缘框架来承担。
并且,筒体的各个筒格可在不同的高度任意截断而不削弱结构的整体性。
各个筒格所形成的封闭筒体在建筑体型收进后,仍具有较好的抗扭性能。
图2 由半圆筒体和矩形筒体组成的束筒结构束筒是在框筒的基础上发展而来。
对于框筒结构,由于剪力滞后的负面影响,较大的平面尺寸中间位置的结构不能充分参与到结构抗侧中去,这也是限制框筒结构适用高度的一个主要原因。
如果利用框筒结构来设计更高的超高层建筑,可能需要采用更小的柱距来减小剪力滞后的不利影响,例如410m高的纽约世贸中心双子塔的柱距达到了惊人的1m左右,即使这么小的柱距依然呈现出明显的剪力滞后效应。
图3 世贸中心双子塔框筒的剪力滞后效应提出筒体结构体系的Fazlur博士在指导学生的论文时发现,如果利用通长的剪力墙将框筒长边一分为三时,由于隔板剪力墙的协同作用,大尺寸筒体的剪力滞后效应明显降低了,其抗侧刚度也可以得到大幅提升。
图4 束筒结构的原型如果横隔剪力墙可以有效降低长边的剪力滞后效应,那么对于大尺寸的框筒结构,在两个方向都引入横隔剪力墙,必然可以提高大尺寸框筒的整体空间作用。
高层建筑结构布置的一般原则
高层房屋平面宜简单、规则、对称,尽量减少复杂受力和扭转受力,尽量使结构抗侧刚度中心、建筑平面形心、建筑物质量中心重合,以减少扭转。
高层建筑,其平面形状可以是方形、矩形和圆形,也可以采用L形、T形、十字形和Y形。
但平面尺寸要满足有关规范要求。
高层结构房屋竖向的强度和刚度宜均匀、连续,无突变。
避免有过大的外挑和内收,避免错层和局部夹层,同一楼层楼面标高尽量统一,竖向结构层间刚度上下均匀,加强楼盖刚度,以加强连接和力的传递。
同时,建筑物高宽比要满足有关规定,并按要求设置变形缝。
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