第1章、高层建筑结构概述

1、第1章高层建筑结构概述特别提示：结构构件；概念计算构造措施钢筋凝土结构设计过程概要结构方案设计n结构选型 高层建筑 (要结合建筑和结构考虑)n结构布置高层建筑的重点内容(概念设计) n抗震等级（重要性等级、高度等级、场地类别)高层建筑抗震结构n初选结构尺寸和材料混凝土结构设计n结构布置图平面图和剖面图n注：要通过适用、技术、经济等各方面的比较和计算最终确定方案。结构设计和计算手工和程序计算n确定荷载各种荷载的标准值和设计值荷载和设计方法n结构计算计算恒、活、风、震的荷载效应S。混凝土结构设计 n变形验算整体变形、层间变形高层建筑与抗震结构结构构件设计配筋与截面承载力SR/REn荷载效应组合与调

2、幅荷载效应组合设计值荷载和设计方法，高层建筑与抗震结构 Sn配筋计算(SR)混凝土原理n抗震验算(SR)抗震结构讲框架。 高层建筑讲剪力墙n构造措施(SR) 混凝土结构设计抗震结构中讲解n结构施工图(配筋图)其它承重构件设计楼梯、阳台、雨蓬等混凝土结构设计地基和基础设计土力学与地基基础与抗震结构本课程讲授内容和特点1.结构体系与布置（2、8章）：强调概念设计n结构特点n布置原则2.结构计算：本课程教材中弱化计算n手工计算(简介)：剪力墙，框架剪力墙n程序计算：PKPM中的理论问题在这里要给予讲解。3.结构构件截面设计和构造(剪力墙)。n框架：混凝土结构设计抗震结构n剪力墙：本课程第7章注1：本

3、课程限于学习高层建筑的主体结构布置。与裙房相关的问题放到抗震结构中去。注2：以静力问题为主，动力效应在抗震结构设计中。注3：结构体系占1/2，结构计算和设计与构造占1/2.后两者在抗震结构中继续学习。注4：特别注意本课程要在塑性范围内讨论问题(中震可修，大震不倒)。其它参考书1972 国际高层建筑会议n第一类高层建筑:916层(最高到50m);n第二类高层建筑:1725层(最高到75m);n第三类高层建筑:2640层(最高到100m);n超高层建筑: 40层以上(高度100m以上)。民用建筑设计通则（JGJ137-87):10层以上的住宅，及总高度超过24m的公共建筑及综合建筑称为高层建筑高度

4、超过100m时，一律称为超高层建筑。 高层建筑的定义建筑物高度与水平荷载效应的关系随着高度增大，位移增加最快(4次方关系)，弯矩次之(平方关系)，轴力则是高度的线性函数。100m左右高层地震作用为控制荷载；超过250m，风荷载就是控制荷载了。高层建筑的体形高层建筑的体形l 板式板式宽度小、长度大宽度小、长度大 一字形、T形、H形、弧形等。 l 塔式塔式三角形、方形、矩形、圆形、多瓣形、Y形、十字形等。19721972年年2 2月月2323日南美洲的马那日南美洲的马那瓜地震。瓜地震。1 1万房屋万房屋严重破坏或严重破坏或倒塌。倒塌。有相距不远的两幢高有相距不远的两幢高层建筑，一幢为层建筑，一幢为

5、1515层高的中层高的中央银行大厦，另一幢为央银行大厦，另一幢为1818层层高的美洲银行大厦。地震烈高的美洲银行大厦。地震烈度估计为度估计为8 8度。一幢破坏严重，度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。稍加修理便恢复使用。马那瓜中央银行大厦那一幢破坏严重呢？马那瓜美洲银行大厦板式l 缺点：板式结构中，因为宽度较小，平面短边方向抗侧移刚度较弱。当长度较大时，在地震或风荷载作用下，结构会产生扭转、楼板平面翘曲等现象。l 应对板式结构的长宽比L/B加以限制，一般情况下L/B不宜超过4；当抗震设防烈度等于或大于8时，限制应更加严格。同时，板式结构的高

6、宽比也需控制的更严格一些。 板式避免采用“一字型”建筑为增加板式结构的刚度和稳定，可做成折板或曲线形状高层建筑的体形塔式高层建筑的体形塔式塔式：建筑物长度和宽度相近的平面形状平面形状：不局限于方形或圆形，可以是多边形、长宽相近的矩形、Y形、井字形、三角形等。特点：塔式结构中，两个方向抗侧移刚度相近。尤其是平面形状对称时，扭转相对要小的多。在高层建筑、尤其是超高层建筑中，多采用塔式平面形状。 塔式平面马来西亚双塔楼马来西亚双塔楼( (Petronas Towers） ： 88层，451.9米，框筒结构，1996年建成。 迪拜塔688m629米世界最高楼房建筑世界最高楼房建筑15位位【按到屋顶排列

7、按到屋顶排列】世界最高楼房建筑世界最高楼房建筑610位位【按到屋顶排列按到屋顶排列】高层建筑结构按材料分类钢结构钢筋混凝土结构钢混凝土组合结构(混合结构)n1、钢构件钢筋混凝土构件n2、部分采用组合构件w钢骨混凝土、钢管混凝土w组合梁、组合板自重施工抗震造价防火其它钢结构轻易、短好高差易锈砼结构大难、长差低好基础造价高高强度混凝土应用实例单位面积用钢量每平米用钢量随高度增加大致呈抛物线增加钢结构用钢量多于钢筋混凝土结构优化设计使得用钢量大幅下降技术发展和高强度钢材使单位面积用钢量下降。与钢结构相比，钢混凝土混合结构用钢省、造价低一般5层混凝土结构用钢量约为 25-40kg/m2一般18层混凝土

8、结构用钢量约为 70-100kg/m2建筑物竣工时间高度层数用钢量kg/m2纽约帝国大厦 1931381/102190(钢结构)纽约世贸中心 1972412/110160钢混凝土组合结构指标比较上海新锦江宾馆是一座现代化的高级宾馆，(总建筑面积66060m2，共43层，总高153.52m)静安希尔顿饭店，(建筑面积69224m2，包括塔楼43层，总高143.62m)各种结构指标比较砼结构自重：1218kN/m2钢结构自重： 810kN/m2各种结构按抗震性能的优劣排序1.钢结构 2.型钢混凝土结构 3.钢混凝土组合结构 4.现浇钢筋混凝土结构 5.预应力混凝土结构 6.装配式钢筋混凝土结构7.

9、配筋砌体结构 8.砌体结构A.高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用; B.水平位移和扭转变形的限制更加重要；C.动力反应不可低估（抗震课程中讲解）D.结构轴向变形、剪切变形以及温度、沉降的影响加剧; E.轴向变形在水平变形中占重要比例。F.材料用量、工程造价呈抛物线关系增长。高层建筑结构设计的最基本问题1.水平荷载是控制荷载风荷载、地震作用2.抗侧力体系框架、剪力墙、筒体3.抗侧移为重点弹性位移、弹塑性位移。4.设防目标：小震不坏，中震可修，大震不倒5.结构设计中重点考虑：1.整体性保证协同工作。强结点、弱构件。2.延性避免脆性、耗能。中震，大震。3.抗扭转规则、对称4.结

10、构的空间效应P-效应、剪力滞后效应、轴向变形效应(对侧移的影响) 。5.抗倾覆外伸体系(加强层)，高宽比。多层及高层建筑的结构体系1) 框架体系；2) 剪力墙体系；3) 筒体体系。1) 框架-剪力墙体系框架剪力墙2) 框架-筒体体系框架筒体；3) 成束筒体系并列的若干筒体。4) 筒中筒体系内筒外筒基本结构体系组合结构体系从建筑的角度看各种结构体系框架的大空间和布置灵活剪力墙和筒体的大抗侧刚度各种结构抗侧移刚度的比较连接越强，抗侧刚度越大框架侧移=8倍剪力墙侧移剪力墙侧移8倍筒体侧移高层建筑结构设计的特点1.强度设计 水平荷载成为决定因素n抗风、抗震是高层建筑结构设计中主要考虑的因素n抗侧力结构

11、的设计是高层建筑结构设计的主要问题。2.刚度设计 侧移成为重要的控制指标n低层结构，水平荷载产生内力和位移很小，通常可以忽略；多层建筑中水平荷载效应(内力和位移)逐渐增加；3.延性设计 延性结构是重要的设计思想n保证在构件进入屈服后有足够的塑性变形能力实现“大震不倒”规范规定规范规定(强制性条文强制性条文)：抗震设防烈度为抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计度及以上地区的建筑必须进行抗震设计不同的配筋对梁承载力的影响无钢筋钢筋太少无用钢筋悬空无用钢筋起作用了单纯增加主筋作用有限增加箍筋抗剪主筋过多脆性破坏适筋梁破坏的三个阶段弹性阶段砼达到抗拉极限砼开裂、钢筋受全部拉力钢筋屈服砼达到抗压极限砼开裂、钢筋受拉屈服梁截面的各种破坏形式对照梁截