《結(jié)構(gòu)概念與體系》ppt課件 結(jié)構(gòu)的豎向體系

1、要求有足夠的承載能力和足夠的抗側(cè)移剛度,豎向體系的作用是承受,豎向荷載,水平荷載,,,第4章 結(jié)構(gòu)的豎向體系,,必須滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài),傳給基礎(chǔ),,,芝加哥（Chicago）湖點(diǎn)大廈（Lake point tower） 抗側(cè)移剛度不足，風(fēng)荷載作用下下層層間位移過大，造成許多玻璃幕墻破碎。,第4章 結(jié)構(gòu)的豎向體系,,,4.1 框架作用(Frame Action),第4章 結(jié)構(gòu)的豎向體系

2、(The Vertical Systems of Structure),4.2 關(guān)于框架作用的推理（Discussion on Frame Action）,4.4 提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（Some Effective Ways to Improve the Carrying Capacity and Stiffness of High-rise Building Structure）,4.1 框架作用(

3、Frame Action),4.5 未來超高層建筑結(jié)構(gòu)(High-rise Building Structure in Future),4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)(The Major Styles and Characteristics of the Vertical Structural System ),當(dāng)柱頂與橫梁鉸接時(shí)稱為排架(Bent Frame),,,4.1 框架作用,,結(jié)構(gòu)的豎向體系可以由柱、排架、框架、

4、結(jié)構(gòu)墻或筒體結(jié)構(gòu)等組成，也可由上述幾種結(jié)構(gòu)構(gòu)件聯(lián)合組成 。,當(dāng)柱頂和橫梁剛接時(shí)，稱為框架(Frame),4.1 框架作用 一、豎向荷載作用下柱、排架和框架的比較,,4.1 框架作用 一、柱頂水平荷載作用下柱、排架和框架的比較,,4.1 框架作用 一、柱頂水平荷載作用下柱、排架和框架的比較,由反彎點(diǎn) ( Opposite Flexural Point ) 以上橫梁的平衡可以看出，橫梁剪力將引起柱的軸向力V，左柱受拉，右柱受壓

5、，形成力矩V·d 。從總體上看, 力矩V·d 與外荷H引起的傾覆力矩方向相反，可以抵消一部分傾覆力矩，從而減小柱的固端彎矩。若把反彎點(diǎn)以下部分取為割離體，反彎點(diǎn)處彎矩為零，只有剪力H/2。 由于反彎點(diǎn)高度 h1＜ h，則框架固端彎矩: 　M 3 = H /2 ×h 1 ＜ M1 =　M 2 = H /2 ×h,,h <h,4.1 框架作用 一、

6、柱頂水平荷載作用下柱、排架和框架的比較,,橫梁剛度越大，橫梁內(nèi)的剪力(也即柱內(nèi)豎向軸力)也越大，可以抵消更多的傾覆力矩。當(dāng) EI =∞，柱頂沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，相當(dāng)于一個(gè)可以側(cè)移的嵌固端，柱的反彎點(diǎn)位于柱高中點(diǎn)。由圖可見，此時(shí)柱的固端彎矩 M 4 =(H/2)h/2 ，僅為獨(dú)立柱或排架柱固端彎矩的一半。柱頂側(cè)移相當(dāng)于被反彎點(diǎn)分開的兩段懸臂短柱側(cè)移的總和，即柱頂側(cè)移: Δ 4 = 2(H/ 2) (h/ 2)3/ 3EI

7、 = Δ1 /4 = Δ2 /4,可以看出，這里所指的橫梁剛度實(shí)質(zhì)上是指橫梁對(duì)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的約束，而節(jié)點(diǎn)上不僅有橫梁還有立柱，節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度是橫梁和立柱在節(jié)點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的總和。所謂橫梁比較“剛”，是指在節(jié)點(diǎn)總轉(zhuǎn)動(dòng)剛度中橫梁所占比例較大。桿件在節(jié)點(diǎn)處的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度與桿件截面抗彎剛度EI成正比，與桿件長(zhǎng)度成反比(還與桿件遠(yuǎn)端的邊界條件有關(guān))，通常用線剛度 i =

8、EI/L 來表達(dá)。,4.1 框架作用 一、柱頂水平荷載作用下柱、排架和框架的比較,,我們可以用橫梁和柱的線剛度（i = EI/ L）比λ = ib / ic來描述它們對(duì)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的約束程度。λ值越大，橫梁對(duì)框架節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的約束也越大。由于這種影響是通過框架的剛性節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，所以稱為“框架作用”(Frame Action ) 。工程中λ≥4時(shí) ，可近似認(rèn)為橫梁已能可靠地約束節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，即上述EI=∞情況，稱為“完全框架作用(Fully

9、 Frame Action )”。完全框架作用將使柱內(nèi)彎矩減半，使框架的抗側(cè)移剛度提高到獨(dú)立柱的四倍，效益十分顯著。 實(shí)際上工程中既無絕對(duì)剛接，也無絕對(duì)鉸接。,4.1 框架作用 一、柱頂水平荷載作用下柱、排架和框架的比較,,美國(guó) 紐約 框架作用應(yīng)用在索橋立柱中,剛性橫梁,剛性橫梁,4.1 框架作用 一、柱頂水平荷載作用下柱、排架和框架的比較,,框架作用的概念具有普遍意義。例如右圖,將框架轉(zhuǎn)90o，

10、利用“框架作用”提高懸挑結(jié)構(gòu)的剛度。,框架,4.1 框架作用 一、柱頂水平荷載作用下柱、排架和框架的比較,,4.2 關(guān)于“框架作用”的推理（Discussion on Frame Action）,第4章 結(jié)構(gòu)的豎向體系(The Vertical Systems of Structure),4.2 關(guān)于框架作用的推理（Discussion on Frame Action）,4.4 提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施

11、（Some Effective Ways to Improve the Carrying Capacity and Stiffness of High-rise Building Structure）,4.1 框架作用(Frame Action ),4.5 未來超高層建筑結(jié)構(gòu)(High-rise Building Structure in Future),4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)(The Major Styles and

12、 Characteristics of The Vertical Structural System),4.2 關(guān)于框架作用的推理,,上一節(jié)我們討論了雙列柱框架的內(nèi)力和變形，工程中框架的形式較多，隨房屋高度的增加，如何進(jìn)一步提高框架的抗側(cè)移剛度顯得十分重要。下面我們來討論還有哪些措施可以把框架的剛度和承載力再提高一些。,4.2 關(guān)于框架作用的推理 一、增設(shè)框架內(nèi)柱的影響,,如果條件允許，增設(shè)內(nèi)柱，不僅增加了抵抗荷載的柱數(shù)，還

13、減小了橫梁的跨度，相對(duì)提高了橫梁的線剛度，增強(qiáng)了框架作用，甚至可能達(dá)到“完全框架作用”。,增加內(nèi)柱后，總柱數(shù)為m，則每柱剪力為H/m。若能達(dá)到“完全框架作用”，反彎點(diǎn)在柱高中點(diǎn)，則柱根處彎矩為： Mm = (H/m)×(h/2) = (1/m)×(H×h/2) << M1 ;柱頂側(cè)移為: Δm =2× (H/m)×(h/2) 3 /(3×E

14、C × IC ) << Δ1 ; 可見，增加柱數(shù)對(duì)減小柱根彎矩和減小框架側(cè)移是有效的。,從圖b)可以看出，與立柱鉸接的連系梁對(duì)框架的變形沒有任何約束作用，兩根立柱的變形曲線與獨(dú)立柱的變形曲線完全相同。 若橫梁與立柱剛接，見圖c)，情況就完全不同了，為簡(jiǎn)化分析，這里以“完全框架作用”為例，設(shè)n為層數(shù)，即橫梁總數(shù)。顯然立柱剪力沒有變，仍為H/2，但此時(shí)立柱可以看成是由2n段長(zhǎng)為h/2n的小柱組成，其框架頂

15、端側(cè)移Δn為2n根懸臂柱側(cè)移的總和。即：Δn =2n×(H/2)×(h/2n) 3 /3ECIC =(1/4n2)× Δ1,4.2 關(guān)于框架作用的推理 二、增設(shè)框架橫梁的影響,,請(qǐng)注意，這里Δn與層數(shù)(或橫梁數(shù)) n 的平方成反比，可見增加剛性橫梁可大大減小框架側(cè)移，尤其當(dāng) n 很大時(shí)，效果就尤為明顯。這樣，我們就不難理解金門大橋高高的立柱上為什么要設(shè)置多道剛性橫梁了。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，多層框架的

16、作用也類似。沿房屋短方向布置框架，承重的框架橫梁截面要比連系梁大，可以有效提高“框架作用”，增強(qiáng)房屋沿短方向的抗側(cè)移剛度。所以設(shè)計(jì)人員都喜歡沿房屋的短方向布置主框架。,4.2 關(guān)于框架作用的推理 二、增設(shè)框架橫梁的影響,,框架作用在懸索橋立柱中的應(yīng)用實(shí)例,4.2 關(guān)于框架作用的推理 二、增設(shè)框架橫梁的影響,,4.2 關(guān)于框架作用的推理 三、加大框架梁、柱截面高度的影響,,框架抗側(cè)移剛度與柱截面剛度EcIc直

17、接有關(guān)，而慣性矩Ic= bchc3 /12，即剛度與柱截面高度hc的三次方成正比，可見增加柱截面高度對(duì)提高房屋抗側(cè)移是很有效的。當(dāng)然，柱截面尺寸的確定與許多因素有關(guān)，必須考慮它對(duì)平面布置和使用功能的影響，這里只作為方案分析來討論。對(duì)于兩列柱的框架，由于外墻不能外移，所以柱的最大截面高度hc max＜ d/2,必須注意，此時(shí)柱的有效中心距de＜d，并且由于柱剛度的增大，框架作用將減弱。因此，必要時(shí)還要相應(yīng)增加框架梁的截面高度hb。,d,(

18、b),4.2 關(guān)于框架作用的推理 四、同時(shí)采用以上幾種措施的討論,,在此基礎(chǔ)上如果加大梁和柱的截面尺寸，則剩下可供開窗洞的尺寸就越來越小，最后洞口為零時(shí)，就成了一片實(shí)墻。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，把這種抵抗側(cè)力的鋼筋混凝土墻稱為結(jié)構(gòu)墻。,上述三種措施都可以有效提高框架的抗側(cè)移剛度。設(shè)想如果同時(shí)增設(shè)內(nèi)柱和橫梁，如下圖所示, 實(shí)際上就形成了多層多跨框架結(jié)構(gòu)。,e)加大梁柱截面,4.2 關(guān)于框架作用的推理 四、同時(shí)采用以上幾種措施的討

19、論,,(a)整體墻 其工作狀態(tài)就像一片懸臂深梁；若在結(jié)構(gòu)墻上開一些小洞，則其工作狀態(tài)仍是結(jié)構(gòu)墻，只在洞口局部有一些應(yīng)力集中現(xiàn)象。,(b)整體小開口墻,洞口開大,,,,4.2 關(guān)于框架作用的推理 四、同時(shí)采用以上幾種措施的討論,,（c） 聯(lián)肢墻,(d)組合整體墻,(e)壁式框架 當(dāng)梁柱都較寬，節(jié)點(diǎn)處形成一個(gè)剛性區(qū)域時(shí)，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮剛域的影響。,洞口開大,再開大,再開大,,,,剪力墻-框架的相互

20、轉(zhuǎn)化,剛域,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)(The Major Styles and Characteristics of The Vertical Structural System ),第4章 結(jié)構(gòu)的豎向體系(The Vertical Systems of Structure ),4.2 關(guān)于框架作用的推理（Discussion on Frame Action）,4.4 提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（

21、Some Effective Ways to Improve the Carrying Capacity and Stiffness of High-rise Building Structure）,4.1 框架作用 (Frame Action),4.5 未來超高層建筑結(jié)構(gòu)(High-rise Building Structure in Future),4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)(The Major Styles and

22、 Characteristics of The Vertical Structural Systems ),一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系 ( Vertical Structural System of Mixed Structure ),一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系 ( Vertical Structural System of Mixed Structure ),二、排架體系

23、 (Bent Frame System ),四、結(jié)構(gòu)墻體系 ( Shear Wall System),五、框架-結(jié)構(gòu)墻體系 (Frame－Shear Wall System),三、框架體系

24、 (Frame System),4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)(The Major Styles and Characteristics of Vertical Structural System ),六、筒體 ( Tube ),七、巨型框架體系 (Giant Frame System)

25、,九、蒙皮結(jié)構(gòu)體系 ( Shin Plate Structure ),十、其他組合體系 (Other Mixed Structural Systems ),八、巨型桁架體系 (Giant Truss System ),4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)(The Major Styles and Chara

26、cteristics of Vertical Structural System),4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系,,混合結(jié)構(gòu)房屋墻體自重大，強(qiáng)度低，幾乎不能承受拉力，抗震能力差，通常適用于八層以下民用房屋。燒制粘土磚需大量占用農(nóng)田，國(guó)家已嚴(yán)格限制粘土磚的使用。利用工業(yè)廢料生產(chǎn)的砌塊品種很多，為混合結(jié)構(gòu)房屋砌體提供了新的材料來源。 近年來開發(fā)的高強(qiáng)混凝土空心砌塊，以及在此基礎(chǔ)上發(fā)

27、展起來的在空心砌塊中設(shè)置配筋芯柱和圈梁的新型配筋砌塊砌體結(jié)構(gòu)體系，自重輕，強(qiáng)度高，芯柱和圈梁形成的“區(qū)格”大大提高了砌體的整體性，承載力和抗震性能好。配筋砌塊混合結(jié)構(gòu)房屋正在逐漸向中高層發(fā)展。,混合結(jié)構(gòu)房屋多以墻體為主要承重結(jié)構(gòu)，有時(shí)也用一些磚柱或鋼筋混凝土柱，以減小樓蓋的跨度。橫墻承重房屋的抗側(cè)移剛度很大，但房間劃分受到限制;縱墻承重方案開間劃分較靈活，可設(shè)較大開間的房間，但橫向剛度差，有時(shí)也可適當(dāng)布置一些橫隔墻以提高房屋抗側(cè)移剛度。

28、在采用鋼筋混凝土預(yù)制板作樓蓋(或屋蓋)時(shí)，若橫墻間距小于32 m，房屋的側(cè)移很小，設(shè)計(jì)中可以忽略不計(jì)，在靜力分析中稱為剛性方案。,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系,,新型配筋砌體結(jié)構(gòu)體系,二、排架體系 （Bent Frame System）,一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系 （The

29、 Vertical Structural Systems of Mixed Structure ）,二、排架體系 （Bent Frame System）,四、結(jié)構(gòu)墻體系 （ Shear Wall System ）,五、框架-結(jié)構(gòu)墻體系

30、 （Frame－Shear Wall System））,三、框架體系 （Frame System）,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)（The Major Styles and Characteristics of Vertical Structural System ）,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系

31、的主要類型和特點(diǎn) 二、排架體系,,排架主要用在單層工業(yè)廠房中，排架柱與屋架(或屋面大梁)鉸接，對(duì)支座沉降或吊車荷載引起的廠房局部變形不敏感，施工安裝也比較方便。排架在自身平面內(nèi)的承載力和剛度都較大，但在出平面方向相對(duì)較弱，因此, 除屋蓋支撐系統(tǒng)外，還需設(shè)置柱間支撐和縱向系桿，以承受縱向水平力(吊車縱向制動(dòng)力和山墻傳來的縱向風(fēng)荷載等)和提高廠房的縱向剛度。在有吊車廠房，吊車梁本身也是很好的縱向系桿。,柱間支撐,三、框架體系

32、 (Frame System),一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系（The Vertical Structural Systems of Mixed Structure）,二、排架體系 (Bent Frame

33、System),四、結(jié)構(gòu)墻體系 (Shear Wall System),五、框架-結(jié)構(gòu)墻體系 (Frame－Shear Wall System),三、框架體系 (Frame System),4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主

34、要類型和特點(diǎn)（The Major Styles and Characteristics of Vertical Structural System）,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 三、框架體系,,框架體系利用梁柱剛性節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)梁柱變形，使橫梁也參與抗側(cè)移工作。在框架體系中，框架與框架間靠聯(lián)系梁和樓板相連，聯(lián)系梁剛度小，故框架一般沿房屋橫向布置。個(gè)別情況下，也可采用縱向框架，以使風(fēng)道在相對(duì)較小的聯(lián)系梁下通過

35、，但此時(shí)房屋的橫向剛度較小。,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 三、框架體系,,上海國(guó)際飯店 24層，高78 m，1931年建成，鋼框架結(jié)構(gòu)，解放初期為全國(guó)最高建筑。,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 三、框架體系,,紐約Woolthorth大廈1913 年建成，高241 m，60層，鋼框架結(jié)構(gòu)曾保持18年世界最高建筑的記錄,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 三、框架體系,,紐

36、約 帝國(guó)大廈（Empire State Building） 1931 年建成， 60 層，高381 m，天線高448 m，建筑面積200 000 m2 ,鋼框架結(jié)構(gòu)，平均用鋼量達(dá)200 kg/m2。曾保持42年世界最高建筑的記錄,,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 三、框架體系,,紐約 帝國(guó)大廈 Empire State Bu

37、ilding,北京 京廣大廈53 層，高 208 m，鋼結(jié)構(gòu)，20世紀(jì)80年代國(guó)內(nèi)最高建筑,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 三、框架體系,,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 三、框架體系,,京廣大廈,京廣大廈 幕墻構(gòu)造 （施工現(xiàn)場(chǎng)）,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 三、框架體系,,2024/3/30,39,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)（The Major Styles and

38、 Characteristics of Vertical Structural System ）,第4章 結(jié)構(gòu)的豎向體系(The Vertical Systems of Structure ),4.2 關(guān)于“框架作用”的推理（Discussion on Frame Action）,4.4 提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（Some Effective Ways to Improve the Carrying Capac

39、ity and Stiffness of High-rise Building Structure ）,4.1 框架作用（Frame Action Stiff Girder）,4.5 未來超高層建筑結(jié)構(gòu)（High-rise Building Structure in Future ）,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)（The Major Styles and Characteristics of Vertical Structu

40、ral System ）,一、混合結(jié)構(gòu)二、排架體系 三、框架體系四、結(jié)構(gòu)墻體系五、框架-結(jié)構(gòu)墻體系六、筒體七、巨型框架體系八、巨型桁架體系九、蒙皮結(jié)構(gòu)體系十、其他組合體系,2024/3/30,40,四、結(jié)構(gòu)墻體系（Shear Wall System ）,一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系（ Vertical Structural Systems of Mixed Structure）,二、排架體系

41、 （Bent Frame System）,四、結(jié)構(gòu)墻體系（Shear Wall System ）,五、框架-結(jié)構(gòu)墻體系 （Frame－Shear Wall System）,三、框架體系

42、 （Frame System）,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)The Major Styles and Characteristics of Vertical Structural System,2024/3/30,41,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 四、結(jié)構(gòu)墻體系,,結(jié)構(gòu)墻的抗側(cè)移剛度比框架大得多，非地震區(qū)適用于150 m以下（約50 層），地震區(qū)根據(jù)地震烈度（6、7、

43、8、9度）可分別適用于140、120、100、60 m以下的建筑結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)墻體系多用于建造高層點(diǎn)式住宅（塔樓）、辦公樓、公寓、賓館等。 若需要大開間的活動(dòng)場(chǎng)所(例如門廳、休息廳、餐廳、舞廳等)，可布置在主體結(jié)構(gòu)周圍作為裙房。 有時(shí)也將這些公共場(chǎng)所布置在頂層，頂層內(nèi)力較小，可取消部分結(jié)構(gòu)墻，改為框架。,2024/3/30,42,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 四、結(jié)構(gòu)墻體系,,現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)墻體系示意圖,

44、2024/3/30,43,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 四、結(jié)構(gòu)墻體系,,廣州白云賓館 1976 年建成，33 層，高115m ，結(jié)構(gòu)墻體系。,2024/3/30,44,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 四、結(jié)構(gòu)墻體系,,深圳 高層住宅塔樓群結(jié)構(gòu)墻體系（1985年）,2024/3/30,45,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 四、結(jié)構(gòu)墻體系,,廣州 中國(guó)大酒店

45、 20世紀(jì)80年代中期建成，H型平面，結(jié)構(gòu)墻體系。,2024/3/30,46,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 四、結(jié)構(gòu)墻體系,,北京 國(guó)際飯店,1987 年建成，高104 m ，3+31層，R.C.結(jié)構(gòu)墻體系,2024/3/30,47,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 四、結(jié)構(gòu)墻體系,,北京 國(guó)際飯店,2024/3/30,48,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 四、結(jié)構(gòu)墻體系

46、,,廣州花園酒店 高112 m，地上31 層，地下1 層，三叉型平面，結(jié)構(gòu)墻體系。,2024/3/30,49,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 四、結(jié)構(gòu)墻體系,,上 海華亭飯店S型平面建筑面積100 000 m2,2024/3/30,50,五、框架-結(jié)構(gòu)墻體系 (Frame－Shear Wall System),一、混合

47、結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系 (Vertical Structural System of Mixed Structure ),二、排架體系 (Bent Frame System),四、結(jié)構(gòu)墻體系 ( Shear Wall System),五、框架—結(jié)構(gòu)墻體系

48、 (Frame－Shear Wall System),三、框架體系 (Frame System),4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)(The Major Styles and Characteristics of Vertical Structural System),2024/3/3

49、0,51,確定結(jié)構(gòu)墻的大小和位置,框架—結(jié)構(gòu)墻體 系,框架體系,結(jié)構(gòu)墻體 系,,,,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 五、框架—結(jié)構(gòu)墻體系,,在設(shè)計(jì)的方案階段，結(jié)構(gòu)工程師和建筑師就要充分協(xié)調(diào)，以求建筑結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一。否則，到施工圖階段就難調(diào)整了。,,布置靈活,,,剛度大,目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多,,抗側(cè)移剛 度,使用功能要求,,,2024/3/30,52,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 五、框架—結(jié)構(gòu)墻體系

50、,,框架—結(jié)構(gòu)墻體系房屋的總寬度一般要比純結(jié)構(gòu)墻體系寬。,鋼筋混凝土框架—結(jié)構(gòu)墻體系的應(yīng)用高度近年來在提高，非地震區(qū)可用到140 m，個(gè)別情況,例如上海展覽中心北館主樓, 高達(dá)48層160 m；地震區(qū)根據(jù)地震烈度（6、7、8、9度）規(guī)范規(guī)定可分別適用于130、120、100、50 m以下。,2024/3/30,53,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 五、框架—結(jié)構(gòu)墻體系,,框架是一種桿件體系，在水平荷載作用下，桿件以彎曲變形為

51、主，但由于層間剪力從上到下逐漸增大，所以上層的層間變形小，下層的層間變形大。從總體來看，框架在水平荷載作用下的總體變形是剪切變形。應(yīng)當(dāng)指出，框架的總體剪切變形是由各個(gè)桿件的彎曲變形引起的。 結(jié)構(gòu)墻是一個(gè)懸臂深梁，雖然其剪切變形不可忽略，但仍以彎曲變形為主，其變形曲線是彎曲型。這兩種結(jié)構(gòu)變形曲線差別很大，要靠樓蓋來協(xié)調(diào)。,2024/3/30,54,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 五、框架—結(jié)構(gòu)墻體系,,框架和結(jié)構(gòu)墻都與

52、樓蓋牢牢連結(jié)在一起，如果樓板在平面內(nèi)有足夠的剛度，在樓蓋標(biāo)高處他們一起變形，其變形曲線的形狀將是上述彎曲型和剪切型曲線的綜合。如果框架結(jié)構(gòu)更強(qiáng)一些，變形曲線更像剪切型；如果是結(jié)構(gòu)墻更強(qiáng)一些，j就更像彎曲型。,頂,2024/3/30,55,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 五、框架—結(jié)構(gòu)墻體系,,在框架—結(jié)構(gòu)墻體系中,為協(xié)調(diào)變形樓蓋在平面內(nèi)要承受很大的彎矩和剪力，要求樓蓋具有足夠的剛度，應(yīng)當(dāng)采用現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土樓蓋。當(dāng)樓層不

53、高時(shí)也可在裝配式樓蓋上再澆一層鋼筋混凝土疊合層，以提高樓蓋剛度，減小樓蓋變形，迫使框架和結(jié)構(gòu)墻協(xié)同工作。,L,2024/3/30,56,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 五、框架—結(jié)構(gòu)墻體系,,應(yīng)當(dāng)指出，在這類組合體系中，各種結(jié)構(gòu)的承載力和剛度必須互相協(xié)調(diào)。 假如在鋼框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置少量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻，在水平荷載作用下由于結(jié)構(gòu)墻抗側(cè)移剛度大，將分配到很大的水平荷載，其承載力可能不足，甚至在正常風(fēng)荷作用下結(jié)構(gòu)墻可能會(huì)出現(xiàn)

54、裂縫；在地震荷載作用下，結(jié)構(gòu)墻更會(huì)過早破壞，導(dǎo)致整個(gè)體系發(fā)生逐個(gè)破壞而不能共同工作。這一點(diǎn)必須引起設(shè)計(jì)者的重視。 為此，近年來開始出現(xiàn)開縫結(jié)構(gòu)墻和內(nèi)藏鋼板支撐結(jié)構(gòu)墻等新的結(jié)構(gòu)墻形式，較好地解決了鋼框架和結(jié)構(gòu)墻的剛度協(xié)調(diào)問題。,2024/3/30,57,鋼板支撐,縫,剪力墻,鋼框架,鋼梁,內(nèi)藏鋼板支撐剪力墻,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 五、框架—結(jié)構(gòu)墻體系,,開縫結(jié)構(gòu)墻 開縫可有效降低結(jié)構(gòu)墻的剛度，以

55、求鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻與鋼框架的剛度協(xié)調(diào)。,2024/3/30,58,混凝土墻板,縫,剪力墻,鋼框架,帶豎縫的剪力墻,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 五、框架—結(jié)構(gòu)墻體系,,內(nèi)藏鋼板支撐結(jié)構(gòu)墻 是以鋼板為基本支撐，外包鋼筋混凝土墻板的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)墻，支撐鋼板只在節(jié)點(diǎn)處與鋼框架相連，混凝土墻板與框架之間留有縫隙，減小了墻板剛度，可防止使用階段結(jié)構(gòu)墻因剛度過大分配到過多荷載而開裂；外包混凝土為鋼板支撐提供了側(cè)向約束

56、，可防止鋼板失穩(wěn)屈曲。在罕遇地震情況下，房屋側(cè)移較大，混凝土墻板與框架間的縫隙被擠緊，墻板混凝土直接參加抗剪工作，為體系提供了額外的承載力和后期抗側(cè)移剛度,這對(duì)體系的抗震是很有利的 。,2024/3/30,59,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 五、框架—結(jié)構(gòu)墻體系,,北京 京城大廈1991年建成高182 m ，4+52層鋼框架—內(nèi)藏鋼板支撐結(jié)構(gòu)墻結(jié)構(gòu)體系,2024/3/30,60,六、筒體 （Tube）,六、

57、筒體 （Tube）,七、巨型框架體系 （Giant Frame System ）,九、蒙皮結(jié)構(gòu)體系（ Skin Plate Structure ）,十、其他組合體系 （Other Mixed Structural System）,八、巨型桁架體系

58、 （Giant Truss System）,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn)（The Major Styles and Characteristics of Vertical Structural System）,2024/3/30,61,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,2024/3/30,62,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,,由四根1m見方小柱

59、組成，其截面慣性矩為四根柱截面慣性矩之和， I1 =4 / 12,,若將四根小柱合并為一根大柱，則其慣性矩為I2 = 4 I1,,若將四根1m見方的柱“拍扁”，做成四片0.2m×5m的獨(dú)立墻，則其慣性矩為 I3 = 12.5 I1,2,2024/3/30,63,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,筒體作為高層房屋的豎向結(jié)構(gòu)體系可以提供很大的抗側(cè)移剛度，筒體可以是矩形、圓形或其它多邊形。可以是鋼筋混凝

60、土實(shí)體筒，或由密排柱組成框筒，也可以是帶斜撐的鋼結(jié)構(gòu)桁架筒或SRC筒。筒體可以單獨(dú)使用，也可以組成筒中筒或筒束，還可與框架或剪力墻組合使用。 筒體與框架組合時(shí)，由于兩者抗側(cè)移剛度相差懸殊，筒體幾乎承擔(dān)全部水平荷載。此時(shí)，框架只需要承擔(dān)豎向荷載。,SRC筒體中的型鋼骨架施工,,框筒,2024/3/30,64,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,上海靜安區(qū) 希爾頓飯店高114 m，R.C.筒體—鋼框架組合

61、體系 由于筒體幾乎承受全部水平荷載，框架只需承受豎向荷載，框架柱截面一般較小。,2024/3/30,65,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,R.C.核心筒—鋼框架體系 (框架柱截面很小),希爾頓飯店,2024/3/30,66,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,上 海希爾頓飯店 采用壓型鋼板組合梁樓蓋，壓型鋼板既是模板，又是配筋；混凝土樓 板還是T形組

62、合梁的翼緣。,2024/3/30,67,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,希爾頓飯店壓型鋼板組合梁樓蓋,2024/3/30,68,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,上海賓館板式房屋框架—R.C.內(nèi)筒結(jié)構(gòu)大空間房間布置在裙房?jī)?nèi),2024/3/30,69,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,上海南京路聯(lián)誼大廈（內(nèi)筒外框）,2024/3/30,70,4.3 結(jié)構(gòu)豎

63、向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,香港 早期框筒結(jié)構(gòu)（圓窗、方窗）,2024/3/30,71,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,南京 金陵飯店 20世紀(jì)80年代南京最高樓，內(nèi)筒外框體系。,,角筒,核心筒,2024/3/30,72,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,筒中筒結(jié)構(gòu)(Tube in Tube ) 工程中應(yīng)用較多，外筒為框筒(Open W

64、eb Tube )，以利開窗采光，外筒力臂大，主要抗彎；內(nèi)筒主要用作豎向交通井，通常為鋼筋混凝土實(shí)體筒，在超高層結(jié)構(gòu)中也可采用鋼結(jié)構(gòu)桁架筒。內(nèi)筒抗剪能力很強(qiáng)，主要抗剪，但力臂小，抗彎能力差。著名的原紐約世界貿(mào)易中心就是采用筒中筒結(jié)構(gòu)。 目前，世界上 200 m以上的超高層建筑結(jié)構(gòu)大多采用筒體結(jié)構(gòu)。,2024/3/30,73,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,深圳國(guó)貿(mào)大廈 高160 m，地

65、上50層，地下3層，R.C.筒中筒結(jié)構(gòu) , 裙房為大空間。,2024/3/30,74,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,北京國(guó)貿(mào)中心大廈 (一期工程) 建于1989年，高155 m，地上39 層，地下2 層，平面為棗核形，為全鋼筒中筒結(jié)構(gòu)。,2024/3/30,75,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,北京國(guó)貿(mào)中心大廈 (一期工程)施工全景,2024/3

66、/30,76,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,北京 國(guó)貿(mào)中心大廈（外框筒施工中）,2024/3/30,77,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,北 京國(guó)貿(mào)中心大廈 　　 鋼結(jié)構(gòu)梁柱在軋鋼廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接。為保證上下柱準(zhǔn)確

67、對(duì)中，要在柱上下端焊上帶螺孔的小鋼板，用角鋼臨時(shí)固定，進(jìn)行調(diào)整、拼裝，待焊接完成后再把小鋼板切割掉。,,,2024/3/30,78,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,北京國(guó)貿(mào)中心大廈 鋼梁的連接分鉸接和連續(xù)接點(diǎn)兩種：鉸接節(jié)點(diǎn)只傳遞剪力，只需連接鋼梁的腹板，可以是焊接、螺栓連接或鉚接，翼緣間一般留有空隙。,鉸接,空隙,鉸接,空隙,2024/3/30,79,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒

68、體,,北京國(guó)貿(mào)中心大廈 鋼梁的連續(xù)節(jié)點(diǎn)要同時(shí)傳遞彎矩和剪力，腹板和翼緣都要連接, 為減小節(jié)點(diǎn)的彎矩, 連續(xù)節(jié)點(diǎn)一般應(yīng)選在反彎點(diǎn)附近。,腹板,翼緣,翼緣,2024/3/30,80,4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(diǎn) 六、筒體,,紐約原世界貿(mào)易中心(The World Trade Center),采用110層筒中筒結(jié)構(gòu), 平均用鋼量160 kg/m2，建筑面積950 000 m2 ，內(nèi)有1 200多個(gè)商業(yè)