高层建筑巨型结构.ppt

巨型结构的概念 桁架梁 框筒柱 巨型结构体系又称超 中庭 级结构体系,是由巨 凶区 型的构件组成的简单 区求撑柱 次框架 而巨型的桁架或框架 Ⅹ凶 ■ 桁架梁 等结构,作为高层建 斜格梁 筑的主体结构,与其K不次框 它结构构件组成的次 斜格柱 结构共同工作的一种 凶 结构体系,从而获得 更大的灵活性和更高区 的效能。 桁架型 b斜格型 c框筒型 新加坡艺术学校剖面一一巨型桁架托起6层 教学用房而将两观演大厅置于地面层 巨型结构分类 从材料上可分为 巨型钢筋混凝土结构 巨型钢骨钢筋混凝土结构(SRC) 巨型钢-钢筋混凝土结构 巨型钢结构 按其主要受力体系可分为 巨型桁架(包括筒体) 巨型框架 巨型悬挂结构 巨型分离式筒体 巨型结构的特点 巨型构件的截面尺寸通常很大,其中 巨型柱的尺寸常超过一个普通框架的 柱距,形式上可以是巨大的实腹钢骨混 凝土柱、空间格构式桁架或是筒体。 巨型结构的主结构通常为主要抗侧 力体系,次结构只承担竖向荷载,并 负责将力传给主结构。 巨型结构具有一系列不同于普通结构的特点 结构整体刚度大。 由矩形截面梁的截面刚度E=Ebh3/12中可知,截 面刚度与截面高度的三次方成正比。由于巨型构 件的截面尺寸比常规构件大得多,因此其刚度必 然比普通结构的刚度大很多 侧向刚度大,且沿高度分布均匀,传力途径明 确,是一种理想的抗侧力结构体系 体系灵活多样,有利于抗震。 巨型结构可以有各种不同的变化和组合,主结构 和次结构可以采用不同的材料和体系。巨型结构 是一种大体系,可以在不规则的建筑中采取适当 的结构单元组成规则的巨型结构,对抗震有利。 巨型结构的次结构只是传力结构,故次结构的 柱子不必连续,建筑物中可以布置大空间或空中 台地或大门洞。次结构中的柱子仅承受巨型梁间 的少数几层荷载,截面可以做得很小,给房间布 置的灵活性创造了有利条件。 冫施工进度快。巨型结构体系可先施工其主结构, 待主结构完成后分开各个工作面同时施工次结构, 大大缩短了施工周期 具有更大的稳定性和更高的效能,可节省材料 降低造价,使建筑物更加经济实用。例如香港中 国银行大楼采用巨型桁架体系,节省钢材40%左 区分主次结构体系的意义 (1)大层间的次体系无须上下对应 由于次体系与外界的联系仅是将力传给主体系,各次体系间无受力关系,因而柱网不必上 下对齐,且结构上彼此间无不良影响。好处是明显的一一各次体系可容纳平面尺寸要求完 全不同的功能。 (2)功能要求改变时仅须改造次体系 次体系自成体系使仅改造次体系,使之适合改变了的平面尺寸与层高要求成为可能。提高 了对功能变化的适应能力,也有助于延长建筑的使用寿命。 (3)结构对使用影响较小 尽管主体系构件断面较大,但量大面广的次体系的却小得多一一因其各自独立,变形无叠 加效应,可允许较大变形,刚度可设计得小些。总体上结构占用面积较小,在省材料、省 造价的同时,减小对使用的影响 (4)利于抗风、抗震 在轻质材料的采用越来越普遍的今天,将有限的重力集中在外围角柱上,用以抵消倾覆力 矩的上拔力(抗风、抗震),可最大限度提高建筑整体抗倾覆效能。而巨型结构建筑中力 的传递路线与此吻合:次体系→水平巨型梁→位于外围的巨型柱→基础。建筑的整体稳定 性由主体系(易于达到更大刚度)确保。次体系允许较大变形,这对抗震意义重大一一耗 巨型桁架体系 高层建筑为加强抗扭刚度,抗推构件正在从中心布 置转向沿房屋周边布置;为提高抗侧力体系的效率,立 体构件取代了平面构件;同时为防止竖向构件出现过大 拉力,应使抗侧力构件与承重构件合而为一。框筒体系 既是这样的结构,但是外圈框筒由于使用要求,立面开 洞率又不可能太小,这将导致强烈的剪力滞后效应,使 它不可能成为有效的立体构件而充分发挥空间作用。为 减少剪力滞后效应,借鉴桁架内力特点,沿外框筒的4 个面设置大型支撑。当结构在水平力作用下发生弯曲时 竖向剪力由支撑来承担,而支撑又具有几何不变性,所 以基本上消除了剪力滞后现象。这样就可以将外框筒做 成稀柱浅梁型,实际上这就是巨型桁架体系。 香港中国银行大楼 该建筑于1990年5月落 成地面以上共70层高315m, 屋顶天线的顶端标高为368 m由国际著名建筑师贝聿铭 作建筑设计,罗伯逊公司作结 构设计。整体建筑像晶体, 属于巨型桁架结构。该工程 总造价仅128亿美元,用钢量 约为140kg/m2,被誉为省钢的 记录和新一代高层建筑的先 驱 ①在体型上采用了束筒的手法,单 元筒体断面为三角形,有利于减少 风载和避免横向风振 ②采用巨型空间桁架作为主要承 重体系,由于桁架杆件受轴力,又 没有剪力滞后,结构效能高,用钢 省刚度大 性E ③四角采用4m的巨型混凝土柱, 第51、52层 其中埋置属于三个桁架平面的三 根工字型钢柱,这些钢