浅谈高层建筑结构体系的发展和应用(3)

2019-03-22 17:30

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框架-剪力墙结构体系综合了框架和剪力墙结构的优点,并在一定程度上规避了两者的缺点,达到了扬长避短的目的,使得建筑功能要求和结构设计协调得比较好。它既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点,又具有较大的刚度和较好的抗震能力。因此,在高层建筑用应用非常广泛,它与框架结构、剪力墙结构一起构成了目前最常用的三大常规结构。

3、框架-剪力墙结构布置要点

框架—剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系。关键应该注意剪力墙的数量和位置。如果剪力墙布置数量多,则结构的抗侧刚度大,侧向变形小,布置难度大;如果剪力墙布置的数量少,则结构的抗侧刚度小,侧向变形大,对框架的抗震要求高。因此在进行框架—剪力墙结构设计时,对于剪力墙的布置,应注意以下一些要求:

(1)抗震设计时使各主轴方向侧向刚度接近; (2)对称布置; (3)贯穿建筑全高;

(4)布在周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化处、竖向荷载变化处; (5)平面形状凸凹较大时在突出部位的端部设置; (6)形成翼墙; (7)布置3片以上; (8)间距不宜过大;

(9)不宜布置在长框架的两端。 2.3.2 应用实例

(此处例举一到两个已建成的使用该结构体系的高层建筑实例,对该建筑进行简要介绍,建议图文并茂,使用合适的图片。阅后删除红字。)

2.4 筒体结构

由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成,在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件称为筒体(由密柱框架组成的筒体称为框筒;由剪力墙组成的筒体称为薄壁筒)。由一个或数个筒体作为主要抗侧力构件而形成的结构称为筒体结构,它适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。

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2.4.1 特点

筒体结构的类型很多,根据筒体的布置、组成和数量等,可以再分为: (1)框筒结构:

框筒结构,如下图2.2所示。筒体通常放在建筑外围,由间距很密的柱子与截面很高的梁组成,筒体内设置了一些柱子以减小楼板和梁的跨度,这些柱子仅用来承受竖向荷载,不考虑其承受水平荷载。

图2.2 框筒结构示意图

密柱深梁:实际是一个开了很多很多窗洞的筒体,靠空间受力特性来抵抗水平力。整体像一个悬臂筒体一样,刚度和承载力很大。水平荷载下楼板只是一个刚性隔板,保证框筒的侧向稳定和刚度,有如竹子中的竹节,楼板中的板、梁按承受垂直荷载要求单体设计。

(2)筒中筒结构:

筒中筒结构,如下图2.3所示。一般用实腹筒做内筒,框筒或桁架筒做外筒。内筒可集中布置电梯、楼梯、竖向管道等。框筒的侧向变形以剪切变形为主,内筒一般以弯曲变形为主,二者通过楼板联系,共同抵抗水平荷载,其协同工作原理与框架-剪力墙结构类似。

图2.3 筒中筒结构示意图

(3)桁架筒结构:

用稀柱、浅梁和支撑斜杆组成桁架,布置在建筑物周边,形成桁架筒结构。桁架筒结构的结构特点是柱距大,支撑斜杆横跨建筑的一个面的边长,竖向跨越几个楼层,形成巨型桁架,4片桁架围成桁架筒,形成整体悬臂结构。刚度大,比

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框筒结构更能充分利用材料。

(4)多筒结构—成束筒结构:

成束筒是由若干单筒集成一体成束状,形成空间刚度极大的抗侧力结构。自下而上逐渐减少筒体数量的处理手法,使高层建筑结构更加经济合理。但这些逐渐减少的筒体结构,应对称于建筑物的平面中心。 2.4.2 应用实例

(此处例举一到两个已建成的使用该结构体系的高层建筑实例,对该建筑进行简要介绍,建议图文并茂,使用合适的图片。阅后删除红字。)

2.5 巨型结构

巨型结构,如下图2.4所示。利用筒体作为柱子,在各筒体之间每隔数层用巨型梁相连,筒体和巨型梁即构成巨型框架。

图2.4 巨型框架结构示意图

2.5.1 特点

巨型框架具有很大的承载能力和侧向刚度。由于它可以看作是由两级框架组成,第一级为巨型框架,是承载的主体;第二级是位于巨型框架单元内的辅助框架(只承受竖向荷载),也起承载作用。因此,这种结构是具有两道抗震防线的抗震结构,具有良好的抗震性能。

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2.5.2 应用实例

(此处例举一到两个已建成的使用该结构体系的高层建筑实例,对该建筑进行简要介绍,建议图文并茂,使用合适的图片。阅后删除红字。) 如果论文页数较多,按已有格式继续添加内容,每一章开始应另起一页。阅后删除此文本框。

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3 高层建筑结构的设计特点

由于高层建筑的各片竖向平面结构(或称抗侧力结构)的刚度、形式并不相同,变形特征也不一样,导致其不能简单地像一般房屋那样由受荷面积和间距对荷载进行分配,否则会使抗侧力刚度大的结构分配到的水平力过小。因此,首先需要了解高层建筑结构的特点。

3.1 水平荷载成为设计的决定性因素

对一般建筑物,其材料用量、造价及结构方案的确定主要由竖向荷载控制,而在高层建筑结构中,高宽比增大,水平荷载(包括风力和地震力)产生的侧移和内力所占比重增大,成为确定结构方案、材料用量和造价的决定因素。其根本原因就是侧移和内力随高度的增加而迅速增长。例如一竖向悬臂杆件在竖向荷载作用下产生的轴力仅与高度成正比,但在水平荷载作用下的弯矩和侧移却分别与高度呈二次方和四次方的曲线关系。

内力或位移??(fH4)M?(fH2)N?(fH)H

图3.1 结构内力、位移与高度的关系

因此,当建筑物达到一定高度或层数之后,内力和位移均急剧增加。如图3.1所示,除了轴向力N与高度成正比外,弯矩M与位移Δ都呈指数曲线上升,因此,随着高度的增加,水平荷载将成为控制结构设计的主要因素,结构侧移成为结构设计的主要控制目标。

3.2 侧移成为设计的控制指标

在高层建筑结构中,除了像多层和低层房屋一样进行强度计算外,还必须控制其侧移的大小,以保证高层建筑结构有足够的刚度,避免侧移过大。

(1)结构顶点的侧移ut与结构高度H的四次方成正比 (2)结构的侧移与结构的使用功能和安全有着密切的关系;

过大侧移会使人产生不安全感;过大侧移会使填充墙和主体结构出现裂缝或损坏,影响正常使用;因P-△效应而使结构产生附加内力,甚至破坏。

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