《高层建筑结构概念设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高层建筑结构概念设计.ppt（78页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、高层建筑结构概念设计,名称和定义,定义（结构特性）就结构特性而论，高层建筑可以定义为必须着重考虑侧向荷载和重力荷载组合影响的建筑物。设计高层建筑时，它的结构除在上述荷载组合下的强度、刚度和稳定性应该予以确保外，还必须控制由风荷载（或地震水平作用）所产生的侧向位移，防止由此而产生的结构的和非结构性材料的破坏；控制由风荷载造成顶部楼层的加速度反应，以便使得用户对摆动的感受和不舒适感降到最低程度。,高层结构发展,主要结构体系和受力特征,钢结构体系框架（Rigid Frame）框架剪力桁架（Frame-Shear Truss）框筒（Framed Tube）对角支撑筒体（Diagonally Brace
2、d Tube）成束筒（Bundled Tube）空间桁架（Space Truss）内部对角支撑桁架（Interior Diagonally Braced Trusses）,混凝土结构体系框架（Rigid Frame）剪力墙（Shear Wall）框架剪力墙（Frame-Shear Wall）框筒（Framed Tube）筒中筒（Tube in Tube）成束筒（Bundled Tube）内填支撑筒（Tilled Brace Tube）巨型柱核心墙（Huge Column-Core Wall）,高层建筑由于其高度因素，结构受力十分复杂，除了来自本身极大的自重和使用荷载外，还有来自水平方向的风荷载
3、和地震力，后者往往成为控制高层建筑结构设计的主要因素。,建筑的结构并不是孤立存在的，它是与建筑的其余部分紧密相连的。结构既要把建筑空间及其实体支撑起来，又要把作用于建筑物上的一切荷载传递到地基上去。,结构构思就是要有效地选择结构体系，与高层建筑物的使用要求相互协调。因此首先应对使用空间的性质加以分析：如空间的大小、形状、各部分的组成关系，以及一些由于使用需要而提出的特殊空间要求等，然后再从平面形式、剖面形式两个方面综合进行协调，使各空间的要求与其所对应的平、剖面形式相吻合。,钢结构类型,钢筋混凝土结构类型,从结构受力角度来讲，高层建筑的平面形式最好是简单、规整的。,建筑物的平面形式,高层建筑在
4、水平荷载作用下，结构产生相对侧移，其中整体弯曲变形占主导地位，结构整体弯曲变形所引起的侧移，与结构体系抵抗倾覆力矩的有效宽度的三次方成反比例关系。因此，在平面上加大建筑的有效宽度，就能在很大程度上减少结构的相对侧移。,高层建筑对内部空间的要求，因其使用性质和功能不同，建筑平面布置也就随之变化。,小空间于面布置方案仅适用于住宅及旅馆；办公室要求大小空间兼有；餐厅、商场、展览厅等，则要求有能灵活分隔的大空间；舞厅、宴会厅和报告厅等，又要求内部无柱的大空间。,巨型结构：是由若干个巨柱(通常由楼电梯并或大截面实体柱组成)，以及巨梁组成第一级巨型框架，承受主要的水平力和竖向荷载，其余的楼面梁柱组成第二级
5、结构，将荷载传递到第一级结构上去。二级结构的梁、柱截面可以做得很小，这就增加了平面布置的灵活性和有效使用面积。,悬挑结构：体型独特，外观新颖，在建筑艺术上有特色，其特点是围绕核心筒在各个方向作出悬挑，由核心承受所有的荷载，围绕核心筒可以创造出没有任何垂直支撑的平面形式，这使得室内空间的使用更加方便、灵活。,悬挂结构：是由一个或几个承重简体，在顶部及中部分段设置一些桁架，并从桁架上引出若干吊杆与下面各层楼面结构相连而成。这种结构不仅可以在底层形成大空间，而且在高楼上部某些层间也可形成大空间。,香港汇丰银行大楼,横剖面和巨型立柱、伸臂桁架做法,建筑内部,剖面构思与高层建筑的形式是紧密相连的，而高层
6、建筑的形式与结构体系又是相互制约的，建筑形式的艺术性，必须与结构体系的合理性统一协调，才能充分发挥结构的有效性。,应注意控制建筑的高宽比。我国的“高层规程”对高层建筑结构的高宽比均有明确规定。,高层建筑的抗侧力结构刚度，应注意曲基础向顶层逐渐过渡，要尽量避免出现在竖向上刚度发生突变的现象，以免由于刚度的较大突变而削弱其抵抗水平荷载的能力。,竖向布置变化,框架和墙的相互作用,高层建筑必须有相应的锚固深度，一般要求埋深为建筑总高度的 112114，高度越高，埋深越大，可结合布置设备用房和地下停车库的需要，作成一层或多层地下空间，这对降低高层建筑的重心有利，可提高建筑的抗震能力。,创造优良体形 1上
7、下如一型 尽量采用集中、均衡、对称的平面，2上小下大型 高层建筑随着高度的增加在符合竖向结构的要求下，楼身向上不断收进与变细，这样可减轻承受的风力，降低楼体的重心，加强结构的稳定性。,上海金茂大厦，SOM设计,西尔斯大厦,Singapore Treasury Building,新加坡国库大楼,应县木塔,由于使用上的要求造成刚度变化特别大，或结构布置发生变化时，则必须设置结构转换层。,合理设置结构转换层 1.现代高层建筑向着多功能、综合用途发展。2.不同功能用途的楼层对结构形式提出了不同的要求。3.结构的合理性与建筑功能需要正好相反,转换层在建筑功能上的作用主要 有三点。1.提供大的室内空间；2
8、.为建筑提供大的入口；3.在高楼中部提供空透大空间。,1.提供大的室内空间梁式转换层：受力明确，设计和施工简单。适用于上层剪力墙转换为下层框架；上层小柱网转换为下层大柱网，但结构轴线未错位，且一层柱网跨度不是很大；上下层柱网仅沿一个方向出现错位等情况,桁架转换层：当底部大空间楼层柱距较大时，如用梁式转换，则梁高常达到楼层的高度，而转换大梁的工作特性，决定了它不能开大的孔洞，因而使转换层空间无法利用。采用桁架式转换层，可以方便地设置通道和门窗，使转换层空间可得以利用。,巨型框架转换层：这种结构底部楼层设置少数截面尺寸非常大的巨型框架柱，与截面尺寸也很大的转换梁组成巨型框架，承受上部传来的全部荷载
9、。,箱形转换层：是通过一整层来实现上下不同结构形式的转换,厚板转换层：当上部结构与下部柱网轴线错开较多，难以布置转换梁和桁架时，可以做成板，形成板式承台转换层。厚板下部的柱网可视需要灵活布置，无须与上部结构轴线对齐。这种形式的转换层，特别适用于体型较复杂的商住楼。,由于厚板对材料的消耗特别多，板的厚度有时达到3m，重量很大，使该层刚度为无限大，而厚板下部的刚度相对较小，容易产生底部变形集中和震害，因此在地震区要慎用。,2.为建筑提供大的入口；为使底层建筑形式与高大楼房立面相匹配，就必须通过转换层来扩大底层的柱距，以形成较大的出入口和开敞的立面效果。,大梁转换式 在楼板位置以一根粗梁承载上部细柱
10、荷载，转而由数量较少的粗柱传到基础，因而获得较开敞的地面入口，为最常用的转换层形式。,墙梁转换式 如在更高的楼层或要制造更大的开口，可将大梁扩展为一层或两层的墙梁，这种方式比大梁式更厚实、笨重，但入门空间更通畅、开放。,桁架转换式 如果要避免墙梁转换式不能采光的缺点，根据上部的传力情况，用合理的桁架转换它，可得到良好的采光效果，并且显得更轻快。,拱式转换式 拱可经济、有效地承受重力或跨越空间，并且形式生动、优美。拱式可改进梁式的承载力不足，开口不够大及传力路径过长等弊病，但上下结构的协调问题比较突山。,间接拱转换式 这种是将拱的力学传达原理扩大，转化为由数个楼层以开口部的尺寸渐变的方式进行，这
11、不但可达到扩大底层柱距的目的，而且增强了立面的趣味性。,合柱转换式 将细柱直接收束为粗柱，其传力过程直接显露于立面，极具创意的和谐构成，但开口尺度有一定限制。,3楼房立面中部透空的结构转换 为了改善高层建筑内部的生活、工作条件，使之接近自然环境，可在高楼立面中段的某些部位留出大空间或开设贯穿房屋全宽的透空大洞。,因此，我们在作建筑方案之前，头脑里应形成这样一个总的概念：即要选择的传力体系和方式，对建筑的使用功能、内部空间、外观造型会带来什么样的影响，现阶段这种结构方案会在各方面如设计、施工上遇到什么困难，总体的经济性如何等，所有这些，建筑师都应该首先充分认识到，从而为业主提供出最佳的决策方案。,
