第1章 高层建筑结构体系与布置 1.1 高层建筑的发展与特点 1.1.1 高层建筑的发展 高层建筑是指层数较多、高度较高的建筑。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3-2010) (以下简称《高层规程》)将10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑,以及高度大于24m的其他高层民用建筑混凝土结构,称为高层建筑。 现代高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的,是商业化、工业化和城市化的结果。而科学技术的进步、轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机在建筑中的广泛应用等又为高层建筑的发展提供了物质和技术条件。 我国古代建造过不少高层建筑--塔,大都采用木结构或砖结构。有一些木塔或砖塔经受住了上千年的风吹雨打,甚至经受住强烈地震的摇撼仍能保留至今,足见其结构合理,工艺精良。但是,就近代高层建筑而言,在相当长的一段时期内,在我国的发展却是缓慢的。新中国成立前,我国高层建筑很少。新中国成立后,在20世纪50~60年代陆续建成一些,如1959年建成的北京民族饭店,12层,高47.4m; 1964年建成的北京民航大楼,15层,高60.8m; 1968年建成的广州宾馆,27层,高88m,是60年代我国建成的最高建筑。 20世纪70年代开始,我国高层建筑有了很大的发展,主要为住宅、旅馆和办公楼等建筑。由于高层建筑具有占地面积小、节约市政工程费用、节省拆迁费用等优点,因此为改善城市居民的居住条件,在大城市和某些中等城市中,高层住宅和底层带商店的住宅建筑发展十分迅速。这些住宅大多数在20层左右,而有些城市,例如深圳,高层住宅建筑已达30层左右。随着旅游事业的发展和经济对外开放,旅馆和高层商用办公楼、通讯大楼以及综合性多功能大厦的需要与日俱增。从20世纪80年代开始,这类高层建筑增长的速度很快;进入90年代,随着改革开放事业的发展,这类高层建筑更得到迅猛发展。 我国内地在各个阶段具有代表性的高层建筑是: 1974年建成的北京饭店东楼,19层,高87.15m(见图1-1) , 是当时北京最高的建筑;1976年在广州建成的白云宾馆,33层,高114.05m(见图1-2) ,是以后9年中我国最高的建筑;到1985年,深圳建成了50层,高158.65m的国际贸易中心大厦(见图1-3) ,超过了前者;但相隔仅两年,高度为200m, 63层的广州国际大厦和208m, 57层的北京京广中心大厦又相继开工,成为当时全国最高的建筑(见图1-4和图1-5) ; 1996年建成的深圳地王大厦,81层,高325m(见图1-6) ; 1998年建成的上海金茂大厦,88层,高420.5m(见图1-7) , 曾是全国最高的建筑,目前是全国第四、世界第九高的大楼;2008年建成的上海环球金融中心,101层,高492m,是目前中国内地第一、世界第三的摩天大楼。正在天津建造的高银117大厦,共117层,高597m,是中国内地在建的最高的建筑物(图1-8) . 图1-1 北京饭店东楼(19层,87.15m) (a) 立面照片; (b) II段标准层平面 第1章 高层建筑结构体系与布置高层建筑结构设计和计算(第2版)(上册) 图1-2 广州白云宾馆(33层,114.05m) (a) 立面照片; (b) 标准层平面 图1-3 深圳国际贸易中心大厦(50层,158.65m) (a) 立面照片; (b) 标准层平面 图1-4 广州国际大厦(63层,200m) (a) 立面照片; (b) 标准层平面 图1-5 北京京广中心大厦(57层,208m) (a) 立面照片; (b) 高层部分一层平面 图1-6 深圳地王大厦(81层,325m) (a) 立面照片; (b) 结构剖面图; (c) 结构平面图图1-7 上海金茂大厦(88层,420.5m) (a) 立面照片; (b) 主楼结构体系立面; (c) 酒店标准层结构平面; (d) 办公室标准层结构平面图1-8 正在天津建造的高银117大厦(117层,597m) (a) 整体效果图(巴马丹拿集团提供); (b) 整体立面图; (c) 结构典型平面布置图 20世纪80年代以后,随着中国经济的迅速崛起,高层建筑的重心开始转向中国和亚洲,建筑高度的不断增加(第1版时(2004年)曾列举了我国内地建成高度超过200m的大厦有20幢,到2010年底我国内地建成超过200m的大厦已经有71幢(见表1-1) ) ,建筑类型和功能愈来愈复杂,结构体系更加多样化,所有这些都显示了我国高层建筑结构设计和施工技术水平有了迅速的发展和很大的提高。表1-1 我国内地已经建成的超过200m的72栋建筑(截至2010年底)排名建筑名称与建造城市建造年份层数高度/m1上海环球金融中心大厦20081014922南京紫峰大厦2009664503广州西塔2009103438续表 排名建筑名称与建造城市建造年份层数高度/m4上海金茂大厦1999884215广州中信广场(原中天广场)1996803916深圳信兴广场(地王大厦)1996693847上海世贸国际广场2006603338武汉民生大厦2007683319北京国贸大厦三期20097433010重庆日月光中心广场20087933011重庆凯宾斯基大酒店20087032612上海会德丰广场20095829813深圳赛格广场20007129214上海六六广场(恒隆广场)20016628815上海明日广场20035528516重庆世贸中心大厦20056028317上海香港新世界大厦20026127818南京地王国际商业中心大厦20065427619武汉世贸大厦19986027320广州中华广场B塔20076227021广州大鹏国际广场(合银广场)20065626922上海陆家嘴大厦20084726923上海交通银行金融大厦19995226524深圳特区报业大厦19984826225上海港汇广场20055226226广州邮电中心20036826027上海浦东国际金融大厦19995325828杭州浙江财富金融中心大厦(西楼)20095525829武汉佳丽广场19975725130青岛中国银行大厦20025424931杭州第二长途电信枢纽楼20034124932深圳鸿昌广场(贤成大厦)20046324833大连世界贸易中心20006124234上海万都中心200255241.3续表 排名建筑名称与建造城市建造年份层数高度/m35深圳广播中心200151240.736深圳彭年广场(余氏酒店)19985824037天津信塔广场20045123838广州南航大厦200361233.839上海国际航运大厦200050232.440深圳商隆大厦(罗湖商务中心)20045022841青岛帕克逊广场(第一百胜广场)19984922842深圳世界贸易中心(招商银行大厦)20015022543深圳世界金融中心A座20035222244上海来富士广场20034922245南京商茂世纪广场20025621846长沙第二长途邮电枢纽大楼20034321847重庆喜来登国际商务中心20087021848杭州开元名都大酒店20054721849大连金座广场20004921650南京金鹰国际商城19985821451大连天安国际大厦20005221452重庆名优土特产贸易中心20044821353石家庄第二长途电信枢纽楼20024321354青岛申立大厦199856212.855武汉国际贸易中心200355212.556上海新金桥大厦19963821257广东亚洲国际酒店19985021058重庆佳禾钰茂香港城1座20075621059北京京广中心19905320860深圳江苏大厦20015120861深圳华实大厦20025720762上海浦东锦江索菲特大酒店20024720763上海南方证券大厦19984920564深圳新世纪广场西座20034620465上海力宝广场199838204续表 排名建筑名称与建造城市建造年份层数高度/m66上海汇丰大厦(上海森茂国际大厦)199946203.467天津滨江万丽酒店20024820368广州南方国际商厦19984820169大连远洋大厦200051200.870深圳国通大厦(深圳无线大厦)199743200.571广东国际大厦主楼199263200.2第1章 高层建筑结构体系与布置高层建筑结构设计和计算(第2版)(上册) 在国外,现代高层建筑的发展只有110多年的历史,又以最近40多年的发展为最快。1883年在美国芝加哥建成11层的家庭保险大楼(Home Insurance Building)是近代高层建筑的开端。1931年纽约建造了著名的帝国大厦(Impire State Building) , 102层,高381m,它享有“世界最高建筑”之美誉长达40年之久。20世纪50年代以后,轻质高强材料的应用,新的抗风抗震结构体系的发展,电子计算机的推广使用以及新的施工机械的涌现,才使高层建筑得到了大规模的迅速发展。1972年,纽约建造了110层,高402m的世界贸易中心(World Trade Center Twin Towers, 2001年毁于“9·11”事件); 1973年在芝加哥又建成当时世界上最高的西尔斯大厦(Sears Tower) , 110层,高443m,享有“世界最高建筑”美誉20多年。这两幢建筑都是钢结构。1996年在吉隆坡建成的石油大厦,88层,高450m,是钢与钢筋混凝土混合结构,曾多年是世界上最高的建筑。2010年在迪拜建成的哈利法塔(Burj Khalifa), 160层,高828m,是目前世界上最高的建筑。 1.1.2 高层建筑的特点 结构要同时承受垂直荷载和水平荷载,还要抵抗地震作用。在低层结构中,水平荷载产生的内力和位移很小,通常可以忽略;在多层结构中,水平荷载的效应(内力和位移)逐渐增大;而到高层建图1-9 建筑物高度对内力、位移的影响 筑中,水平荷载和地震作用将成为控制因素。图1-9表示建筑物高度与荷载效应的关系。由图可见,随着高度增大,位移增加最快,弯矩次之。高层建筑设计不仅需要较大的承载能力,而且需要较大的刚度,使水平荷载产生的侧向变形限制在一定范围内,这是因为: (1) 过大的侧向变形会使人不舒服,影响使用。这主要是指在风荷载作用下,必须保证人在建筑物内正常工作与生活。至于偶尔发生的地震,人的舒适感是次要的。 (2) 过大的侧向变形会使填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏,也会使电梯轨道变形。变形限制的大小与装修的材料以及构造做法有关。在地震作用下,虽然可以比风荷载作用下适当放宽变形限制,但由于这些非结构性的损坏会使修复费用很高,且填充墙等倒塌也会威胁人的生命及设备安全,因此,对地震作用下产生的侧向变形也要加以限制。 (3) 过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝,甚至损坏。限制侧向变形也就是限制结构的裂缝宽度及破坏程度。 (4) 过大的侧向变形会使结构产生附加内力,甚至引起倒塌。这是因为建筑物上的垂直荷载在侧向变形下将产生附加弯矩,通常称为P-Δ效应。 由于高层建筑高度较大,地震作用对它的影响也较大。在地震区,应使结构具有延性(延性是指结构塑性变形能力大小的一种性能),即在地震作用下,结构进入塑性阶段,以塑性变形抵抗地震作用,又要做到结构不破坏,不倒塌。这样设计可以降低材料消耗,经济而安全。在高层建筑中,随着结构高度的加大,结构变形增大,对结构延性要求也相应提高。 由于上述特点,在高层建筑结构设计中,抗侧力结构的设计成为关键。欲使抗侧力结构具有足够的承载能力和刚度,又有好的抗震性能,还要尽可能地提高材料利用率,降低材料消耗、节约造价等,必须从选择结构材料、结构体系、基础形式等各方面着手,采用合理而可行的计算方法和设计方法,还要十分重视构造、连接、锚固等细部处理。 此外,任何一个好的建筑,必然是建筑、结构、各种管道设备以及施工等几方面的密切配合及相互合作的产物,特别是在高层建筑中,建筑功能要求高,而结构的安全性、经济性要求也高,设备多、施工技术和管理都更复杂。因此,建筑师和结构工程师都必须充分认识高层建筑的特点而充分合作,才能做出好的、经济合理的设计。 1.1.3 高层建筑的结构类型 钢和钢筋混凝土两种材料都是建造高层建筑的重要材料,但各自有着不同的特点。因而,在不同国家、不同地区、不同条件下,如何正确选用材料,充分利用其优点、克服弱点,就成为经济合理地建造高层建筑的一个重要方面。 钢材强度高、韧性大、易于加工;高层钢结构具有结构断面小、自重轻、抗震性能好等优点;钢结构构件可在工厂加工,能缩短现场施工工期,施工方便。但是高层钢结构用钢量大,造价很高,而且钢材耐火性能不好,需要用大量防火涂料,这增加了工期和造价。在发达国家,大多数高层建筑采用钢结构。在我国,随着高层建筑建造高度的增加,也开始采用高层钢结构。在一些地基软弱或抗震要求高而高度又较大的高层建筑中,采用钢结构显然是合理的。例如,上海建造了锦江宾馆分馆(46层,153m)和国际贸易中心(37层,140m)等钢结构;北京建造了京城大厦(52层,183m)和京广中心大厦(57层,208m) (见图1-5) 、国际贸易中心(39层,155.25m) (见图1-25)等钢结构。 钢筋混凝土结构造价较低,且材料来源丰富,并可浇注成各种复杂的断面形状,还可以组成多种结构体系;可节省钢材,承载能力也不低,经过合理设计,可获得较好的抗震性能。因而,在发展中国家,大都采用钢筋混凝土建造高层建筑,我国的高层建筑也以钢筋混凝土结构为主。我国已建造了63层的钢筋混凝土结构--广州国际大厦。钢筋混凝土主要缺点是构件断面大,占据面积大、自重大。近年来,由于钢筋混凝土结构造价比钢结构低、防火性能好、刚度较大,可减少侧移,发达国家的钢筋混凝土高层建筑也日益增加。在美国,已建成了30层的钢筋混凝土框架结构,30层以下的高层钢筋混凝土结构已较多。在日本,过去对钢筋混凝土结构高度限制很严格,现在也建了许多30层左右的钢筋混凝土高层建筑。 在当前的发展趋势中,更为合理的是同时采用钢和钢筋混凝土材料的混合结构。这种结构可以使两种材料互相取长补短,取得经济合理、技术性能优良的效果。目前有两种组合方式: (1) 用钢材加强钢筋混凝土构件。钢材放在构件内部,外部由钢筋混凝土做成,称为钢骨(或型钢)混凝土构件;也可在钢管内部填充混凝土,做成外包钢构件,称为钢管混凝土。前者既可充分利用外包混凝土的刚度和耐火性能,又可利用钢骨减小构件断面和改善抗震性能,目前应用较为普遍。例如: 北京的香格里拉饭店就采用了钢骨混凝土柱。在一般高层钢结构中,地下室和底部几层也常常采用钢骨混凝土梁、柱结构。 (2) 部分抗侧力结构用钢结构,另一部分采用钢筋混凝土结构(或部分采用钢骨混凝土结构)。这种结构可称为混合结构,多数情况下是用钢筋混凝土做筒(剪力墙),用钢材做框架梁、柱。例如,上海静安希尔顿饭店就是这种混合结构。香港中银大厦(70层,高368.62m)则是另一种混合方式,它采用钢骨混凝土角柱,而横梁及斜撑都采用钢结构。被称为“中华第一楼”的上海金茂大厦,就是用钢筋混凝土做核心筒,外框用钢骨混凝土柱和钢柱的混合结构。深圳地王大厦也是用钢筋混凝土做核心筒、外框为钢结构的混合结构。 综上所述,目前我国的情况是,在高层建筑中仍以钢筋混凝土材料为主。在这方面我国已积累了十分丰富的经验,今后将加强高强轻质混凝土结构的研究和推广。钢结构高层建筑已有相当数量,在高度超过100m时可酌情采用。至今为止,我国已建、在建高层钢结构40多幢,其中一半为混合结构。预期今后混合结构和钢骨混凝土结构会逐步增多。 本书内容以常见的钢筋混凝土高层建筑为主,但书中讨论的结构体系和布置、荷载和设计要求、各种结构体系的内力和位移计算,以及下册中底层大空间剪力墙结构、筒体结构和各种复杂体系的计算、动力特性分析、地震作用的反应谱分析方法和时程分析法等各章,其原理和方法均适合于高层钢结构和混合结构。 1.2 高层建筑的结构体系 结构体系是指结构抵抗外部作用构件的组成方式。在高层建筑中,抵抗水平力成为设计的主要矛盾,因此抗侧力结构体系的确定和设计成为结构设计的关键问题。高层建筑中基本的抗侧力单元是框架、剪力墙、实腹筒(又称井筒)、框筒及支撑。由这几种单元可以组成下列多种结构体系。 1.2.1 框架结构体系 由梁、柱构件组成的结构称为框架。整幢结构都由梁、柱组成,就称为框架结构体系,有时称为纯框架结构。 框架结构的优点是建筑平面布置灵活,可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业室、教室等。需要时,可用隔断分隔成小房间,或拆除隔断改成大房间,因而使用灵活。外墙用非承重构件,可使立面设计灵活多变。如果采用轻质隔墙和外墙,就可大大降低房屋自重,节省材料。 框架结构在水平力作用下的受力变形特点如图1-10所示。其侧移由两部分组成: 第一部分侧移由柱和梁的弯曲变形产生。柱和梁都有反弯点,形成侧向变形。框架下部的梁、柱内力大,层间图1-10 框架侧向变形变形也大,愈到上部层间变形愈小,使整个结构呈现剪切型变形,见图1-10 (a) 。第二部分侧移由柱的轴向变形产生。在水平荷载作用下,柱的拉伸和压缩使结构出现侧移。这种侧移在上部各层较大,愈到底部层间变形愈小,使整个结构呈现弯曲型变形,见图1-10 (b) 。框架结构中第一部分侧移是主要的,随着建筑高度加大,第二部分变形比例逐渐加大,但合成以后框架仍然呈现剪切型变形特征,见图1-10 (c) . 框架抗侧刚度主要取决于梁、柱的截面尺寸。通常梁柱截面惯性矩小,侧向变形较大,这是框架结构的主要缺点,也因此而限制了框架结构的使用高度。 通过合理设计,钢筋混凝土框架可以获得良好的延性,即所谓“延性框架”设计。它具有较好的抗震性能。但是,由于框架结构层间变形较大,在地震区,高层框架结构带来的另一严重问题是,容易引起非结构构件的破坏。 框架结构构件类型少,易于标准化、定型化;可以采用预制构件,也易于采用定型模板而做成现浇结构,有时还可采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。现浇结构的整体性好,抗震性能好,在地震区应优先采用。 综上所述,在高度不大的高层建筑中,框架体系是一种较好的体系。当有变形性能良好的轻质隔断及外墙材料时,钢筋混凝土框架可建造到30层左右。但在我国目前的情况下,框架结构建造高度不宜太高,以15~20层以下为宜。 图1-11是我国20世纪60年代建造的北京民航办公大楼平面图,最高部分为15层,是装配整体式框 图1-11 北京民航办公大楼 架结构。图1-12是80年代建造的北京长城饭店柱网布置图,最高部分达22层,为现浇延性框架结构。图1-13是一些框架结构的柱网平面布置。 图1-12 北京长城饭店(22层)标准层平面 图1-13 框架柱网平面布置 框架体系亦为高层钢结构的一种常用体系,与钢筋混凝土框架相比,梁的跨度较大,且梁、柱断面都比较小,但由于侧向刚度小,建造高度也受到限制。北京长富宫中心的高层饭店为27层,高88.9m,采用了钢框架体系。 1.2.2 剪力墙结构体系 利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构,称为剪力墙结构体系。在这种结构体系中,墙体同时也作为维护及房间分隔构件。 竖向荷载由楼盖直接传到墙上,因此剪力墙的间距取决于楼板的跨度。一般情况下剪力墙间距为 3~8m,适用于要求较小开间的建筑。当采用大模板、滑升模板或隧道模板等先进施工方法时,施工速度很快,可节省砌筑隔断等工程量。因此剪力墙结构在住宅及旅馆建筑中得到了广泛应用。 现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好,刚度大,在水平荷载作用下侧向变形小,承载力要求也容易满足,因此这种剪力墙结构适合于建造较高的高层建筑。 图1-14 剪力墙结构变形当剪力墙的高宽比较大时,是一个受弯为主的悬臂墙,侧向变形是弯曲型,见图1-14。经过合理设计,剪力墙结构可以成为抗震性能良好的延性结构。从历次国内外大地震的震害情况分析可知,剪力墙结构的震害一般比较轻。因此,剪力墙结构在非地震区或地震区的高层建筑中都得到了广泛的应用。10~30层的住宅及旅馆,也可以做成平面比较复杂、体型优美的建筑物。 图1-15是典型的高层住宅板式楼剪力墙结构平面图。图1-16是一些剪力墙结构平面布置示例。 剪力墙结构的缺点和局限性也是很明显的,主要是剪力墙间距不能太大,平面布置不灵活,不能满足公共建筑的使用要求。此外,结构自重往往也较大。 为了克服上述缺点,减轻自重,并尽量扩大剪力墙结构的使用范围,应当改进楼板做法,加大剪力墙间距,做成大开间剪力墙结构。下述两种结构是剪力墙结构体系的发展,可使其应用范围扩大。 图1-15 剪力墙结构--高层住宅板式楼平面 图1-16 剪力墙结构平面布置示例 1. 底部大空间剪力墙结构 在剪力墙结构中,将底层或下部几层部分剪力墙取消,形成部分框支剪力墙以扩大使用空间。图1-17 所示为带有底层商店的板式楼和塔式楼住宅平面。旅馆、饭店中也常用这种结构。 图1-17 底层大空间剪力墙结构 (a) 底层大空间板式楼; (b) 底层大空间塔式楼 框支剪力墙的下部为框支柱,与上部墙体刚度相差悬殊,在地震作用下将产生很大的侧向变形(见图1-18 (b) ) . 1.3节中关于奥立弗医疗中心主楼的震害分析说明了完全由框支剪力墙构成的建筑在地震作用下造成的严重危害。因此,在地震区不允许采用完全的框支剪力墙结构体系。 图1-18 框支剪力墙 在底层大空间剪力墙结构中,一般应把落地剪力墙布置在两端或中部,并使纵向、横向墙围成筒体,在底层还要采取加大墙厚、提高混凝土强度等级等措施加大底层墙的刚度,使整个结构上下刚度差别减小。上部则应采用开间较小的剪力墙布置方案。因为框支剪力墙承受的剪力大部分要通过楼板传到落地剪力墙上,落地剪力墙之间的距离要加以限制,墙的距离与楼板宽度之比不超过3,抗震设计时不超过2~2.5,同时还要加强底层大空间与上部剪力墙之间过渡层楼板的整体性和刚性,这层楼板应采用厚度较大的现浇钢筋混凝土板。在我国,这种底层大空间剪力墙结构已经被广泛应用。底部多层大空间的剪力墙结构也正在实践和研究中逐步发展。 2. 跳层剪力墙结构 图1-19(a)所示为跳层剪力墙结构中的一片基本单元,剪力墙与柱隔层交替布置。当把许多片这样的单元组合成结构时,相邻两片的剪力墙布置层互相错开,即形成如图1-19(b)所示的跳层结构。跳层剪力墙结构的优点是采用跨度不大的楼板,可以获得空间较大的房间(两开间为一房间),又可避免由柱形成的软弱层。如果从单片结构看,它的侧向变形将集中在柱层,这对柱的受力十分不利。但当相邻两片抗侧力结构的剪力墙交替布置时,便可减小柱的侧向变形,使整个结构出现基本是弯曲型的变形曲线。 图1-19 跳层剪力墙结构示意图 (a) 单片结构变形; (b) 整体结构变形 跳层剪力墙结构在国内尚无建筑实例,国内在这方面的研究也较少。它的结构设计方法、抗震设计及构造等问题都需进行进一步的研究和实践,以便取得经验。 1.2.3 框架-剪力墙结构(框架-筒体结构和板柱-剪力墙结构)体系 在框架结构中设置部分剪力墙,使框架和剪力墙两者结合起来,取长补短,共同抵抗水平荷载,就组成了框架-剪力墙结构体系。如果把剪力墙布置成筒体,又可称为框架-筒体结构体系。筒体的承载能力、侧向刚度和抗扭能力都较单片剪力墙提高很多。在结构上,这是提高材料利用率的一种途径;在建筑布置上,则往往利用筒体作电梯间、楼梯间和竖向管道的通道,也是十分合理的。 框架-剪力墙(筒体)结构中,由于剪力墙刚度大,剪力墙将承担大部分水平力(有时可达80%~90%) ,是抗侧力的主体,整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承担竖向荷载,提供了较大的使用空间,同时也承担少部分水平力。 框架本身在水平荷载作用下呈剪切型变形,剪力墙则呈弯曲型变形。当两者通过楼板协同工作,共同抵抗水平荷载时,变形必须协调,如图1-20所示,侧向变形将呈弯剪型。其上下各层层间变形趋于均匀,并减小了顶点侧移。同时,框架各层剪力趋于均匀,各层梁柱截面尺寸和配筋也趋于均匀。 图1-20 框架-剪力墙协同工作 由于上述受力变形特点,框架-剪力墙(筒体)结构比框架结构的刚度和承载能力都大大提高了,在地震作用下层间变形减小,因而也就减小了非结构构件(隔墙及外墙)的损坏,这样无论在非地震区还是地震区,这种结构型式都可用来建造较高的高层建筑,目前在我国已得到广泛的应用。图1-21表示我国一些已建成的框架-剪力墙结构平面。 图1-22表示我国一些已建成的框架-筒体结构平面。 通常,当建筑高度不大时,如10~20层,可利用单片剪力墙作为基本单元。我国早期的框架-剪力墙结构都属于这种类型,如北京饭店东楼(见图1-1及图1-21(e)) 。当采用剪力墙筒体作为基本单元时,建造高度可增大到30~40层,例如上海的联谊大厦(29层,高106.5m) ,见图1-22 (g) 。把筒体布置在内部,形成核心筒,外部柱子的布置便可十分灵活,可形成体型多变的高层塔式建筑。 图1-21 框架-剪力墙结构平面 (a) 广州外贸大楼(14层现浇框架-剪力墙结构); (b) 广州饮食服务大楼(12层现浇框架-剪力墙结构); (c) 北京民族饭店(12层预制装配式框架-剪力墙结构); (d) 广州东方宾馆(12层现浇框架-剪力墙结构); (e) 北京饭店东楼(18层现浇梁、柱、预制楼板、框架-剪力墙结构); (f) 北京三里屯高层公寓(10层预制 装配式框架-剪力墙结构); (g) 北京前三门办公楼(12层预制装配与现浇相结合的框架-剪力墙结构) 框架-筒体结构的另一个优点是它适于采用钢筋混凝土内筒和钢框架组成的组合结构。内筒可采用滑模施工,外围的钢柱断面小、开间大、跨度大,架设安装方便,因而开拓了这种体系的广泛应用前景。 框架-剪力墙(筒体)结构的平面布置要注意以下两方面问题。 1. 剪力墙数量 框架-剪力墙(包括筒体,下面不再重复注明)结构中,结构的抗侧刚度主要由剪力墙的抗弯刚度确定,顶点位移和层间变形都会随剪力墙∑EI(全部剪力墙抗弯刚度之和)的加大而减小。为了满足变形的限制要求,建筑物越高,要求∑EI越大。