高层建筑结构体系与宏观受力特点
高层建筑**新高度
哈利法塔,838m,建成 DCH塔,1145m,在建 王国塔,1007m ,在建
结构体系简述
悬臂柱体系(传统高层建筑结构体系)
传统高层建筑可整体看作一根巨型的悬臂柱;
在实心的巨型悬臂柱中,通过不同的空间开洞方式形 成不同的结构体系,例如框架结构、剪力墙结构、框 剪结构、框筒结构、巨型框架-核心筒等等;
高层建筑结构属于特殊的空间结构,楼盖结构将所 有竖向构件(筒体、剪力墙、框架柱、支撑)连成 整体,实现共同工作;
在水平力(风、地震)作用下,整体结构具有悬臂 柱内力分布特点—弯矩、剪力沿根部方向逐渐增大, 根部弯矩、剪力**大。
索作为主抗侧力构件的
超高层建筑 DCH塔属于索作为主抗侧力构件的新型超 高层建筑,有别于传统超高层建筑:
索作为第一抗侧力主构件;
水平力作用下,筒体不具有悬臂柱内力 分布特点;由于索的存在,筒体**大弯 矩出现在中部,非根部;
抵抗水平力由受拉侧索、筒体、受压侧 索共同承担;
常见高层建筑结构体系
常见高层建筑结构体系如下:
250m以上高层建筑结构体系
高度超过250 m 的超高层建筑 结构,一般采用框架-核心筒、 框筒-核心筒、巨型框架-核心筒 和巨型框架-核心筒-巨型支撑4 种结构体系;
框架-核心筒、框筒-核心筒适 用于高度250 ~ 400 m 的超高 层建筑;
巨型框架-核心筒、巨型框架- 核心筒-巨型支撑适用于高度300 m 以上的超高层建筑。
上海中心结构体系
塔楼抗侧力体系为巨型框架- 核心筒-外伸臂结构体系; 在8 个机电层区布置6 道两 层高的外伸臂桁架和8 道箱 形空间环形桁架。 由箱形空间环形桁架和巨柱 形成外围巨型框架
高层建筑结构宏观受力特点
高层建筑设计中,水平荷 载(作用)是主要荷载,结 构高度和抵抗侧移是设计的 主要矛盾; 随结构高度增加,在水平 力作用下,侧向位移增加** 快,其次是弯矩、轴力。
用于承担重力荷载的结构 材料用量,与房屋层数成线 性比例增加; 其中用于楼盖结构的材料 用量大体是定值,几乎与结 构层数无关; 用于墙、柱等竖向承重构 件的材料用量,则随房屋的 层数比例增长; 用于抵抗水平侧力的结构 材料数量,则按房屋层数二 次方的关系曲线急剧增长。
高层建筑结构设计指导思想
结构的均匀对称性
结构的对称性
结构的对称性指高层建筑中抗侧力的主体结构对称; 对称的建筑容易实现结构的对称性; 不对称的建筑如平面形状L形、T形、S形等高层建筑, 需进行合理的结构布置(如筒体、剪力墙的合理布 置),设法调整的刚心与建筑质心、平面形心尽量 接近,实现结构的基本对称; 结构较大不对称,引起水平力下较大扭转变形,不 利非结构构件如填充墙、幕墙正常工作,结构成本 较大增加。
结构的均匀性
主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度接近、变形特 性接近; 主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀, 尽量减少突变。
主要体现—层刚度尽量减少突变, 层刚度突变(增大或减小过大),容易应力集中, 一般伴随抗剪承载力突变,引起薄弱层出现; 主体抗侧力结构平面布置,同一主轴方向各片抗侧 力结构刚度均匀,避免设置某一、两片刚度特别大 而延性较差的结构,如长窄的实体剪力墙。
个别构件刚度巨大,容易应力集中,首先破坏,从 而形成逐个击破,无法发挥整体结构的协调工作。尽量做到中央核心与周边结构刚度协调均匀,保证 主体结构具有较好扭转刚度,避免扭转变形过大, 有利于控制扭转周期比、扭转位移比。 如剪力墙结构中剪力墙尽量周边、均匀布置,结构 中部剪力墙满足重力荷载要求。
荷载的传力直接
重力荷载的传力直接
传力路径:荷载(集中、线、面)通过楼盖的板、 梁,将重力荷载传至竖向构件墙、柱,后由竖向构 件传至基础,再由基础传至地基。
楼屋盖结构布置应尽量使重力荷载以**短路径传至 竖向构件墙、柱; 竖向构件的布置应尽量使其在重力荷载作用下压应 力水平接近均匀,减少竖向构件之间的压应力二次 转移。
如核心筒墙肢压应力水平差异较大,重力荷 载作用下连梁有较大的内力,墙肢通过连梁进行压 应力二次传递,应避免;转换结构的布置,应尽量使上部结构竖向构件传来 的重力荷载通过转换层一次至多二次转换,能传递 到下部结构的竖向构件。