第十一章高层建筑

1、第十一章 高层建筑结构第二节 高层建筑结构概述一、高层建筑的概念一、高层建筑的概念 二、高层建筑的特点二、高层建筑的特点 节约用地；节约用地； 减少市政基础设施投资；减少市政基础设施投资； 美化城市环境；美化城市环境； 工程造价高；工程造价高； 结构在水平力作用下的内力和侧移大；结构在水平力作用下的内力和侧移大； 技术水平要求高。技术水平要求高。第三节 高层建筑结构体系一、框架结构 框架结构在小高层建筑中应用较多， 1、特点： 1）、布置灵活，根据使用功能对空间的要求确定柱网。多用于公建。 2）、延性好，有利于抗震。条件是设计成延性框架。例如不能出现短柱等。 3）、抗侧刚度小，变形大。层数要控

2、制在16层以下为宜。12层左右最经济。 2、设计注意事项：1）、控制总高度：非地震设防区不超过60米，地震区不超过50米 。2）、由于刚度小，非结构的填充墙和装饰面层采用抵抗变形大的材料，并采用柔性连接。例如外墙装饰面砖不直接用水泥砂浆粘接。3、实例：1）、84年建成的美国加州太平洋公园广场公寓，31层，94.6米2）国内最高钢筋混凝土框架：北京长城饭店。18层，82.85米。3）国内最高钢框架：北京长富宫饭店，27层，94.08米。二二. .剪力墙结构体系剪力墙结构体系1、组成、组成 由纵、横向钢筋混凝土剪力墙组成的结构体系。由纵、横向钢筋混凝土剪力墙组成的结构体系。2、特点： 1）、适用于

3、小空间，如宾馆、高层住宅等 2）、刚度大，竖向和水平方向承载力都很高，所以房屋的最大层数、高度均比框架结构有很大提高。 3）、在抗震区，通过延性设计，来改善其抗震性能（不同于提高其抗震能力）。-主要通过控制墙体截面高度，相应地增加延性钢筋来实现。二二.剪力墙结构体系剪力墙结构体系3、剪力墙的类型： 1）、整体剪力墙。 2）、小开口剪力墙。 3）、联枝剪力墙。 4）、壁式框架。4、剪力墙的形式与布置二二.剪力墙结构体系剪力墙结构体系布置原则：尽量纵横相连，互为翼缘。5、剪力墙结构体系的应用 1）、普通剪力墙结构。 h/b8的剪力墙结构都是普通剪力墙结构。 2）、短肢剪力墙结构。 8h/b5的剪力

4、墙结构。 3）、异形柱结构。 h/b5时称为异形柱结构。 三种结构在规范中对其要求是不同的，因此使用时要明确是哪一种体系。二二.剪力墙结构体系剪力墙结构体系6、框支剪力墙结构 在高层剪力墙结构中，为了使底部一层或数层获得大的空间，通常在下部设置少量剪力墙，而是采用框架来支撑上部的剪力墙结构，从而形成框支剪力墙结构。设计注意事项：1）、加强框支层的刚度。相邻两层刚度比要满足 规范要求。2）、转换构件的设置。（大梁、厚板、桁架。）二二.剪力墙结构体系剪力墙结构体系二二.剪力墙结构体系剪力墙结构体系 大梁；b) 桁架；c) 墙梁；d) 间接拱；e) 有叉形端的柱；f) 拱1 1、组成、组成 在框架结

5、构中布置一定数量的剪力墙所组成的结在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。构体系。三三. .框架框架剪力墙结构体系剪力墙结构体系三三. .框架框架剪力墙结构体系剪力墙结构体系2、特点 具有框架结构和剪力墙结构共同的特点。3、适用建筑 公共建筑和办公楼等建筑中得到广泛应用。4、在这种结构体系中，剪力墙的数量一般很少即可满足要求，关键是布置要合理。四四. .筒体结构体系筒体结构体系 1、组成 由竖向筒体为主组成的结构体系。2）特点）特点 空间受力性能好；承载力和空间受力性能好；承载力和刚度大；抗弯、抗扭性能良好。刚度大；抗弯、抗扭性能良好。3）分类）分类 框架框架核心筒结构；核心筒结构；

6、 筒中筒结构；筒中筒结构； 成束筒成束筒框架内单筒；b) 单筒外移式框架单筒；c）框架外单筒；d) 筒中筒；e) 束筒五五. .巨型框架结构巨型框架结构体系体系 由若干个由若干个“巨大巨大”的竖向的竖向支撑结构（如组支撑结构（如组合柱、角筒体等）合柱、角筒体等）作为柱并与梁式作为柱并与梁式或桁架式转换楼或桁架式转换楼层结合形成的结层结合形成的结构体系。构体系。第四节 高层建筑结构体系选型的原则 一、一、从建筑设计的角度从建筑设计的角度 .满足建筑使用功能的要满足建筑使用功能的要求求满足建筑造型艺术的要求满足建筑造型艺术的要求适应未来发展与灵活改造的需要适应未来发展与灵活改造的需要常用结构体系所

7、能提供的内部空间常用结构体系所能提供的内部空间高层住宅建筑结构体系选型的特点：高层住宅建筑结构体系选型的特点： 高层住宅建筑由于其使用功能上的特点，要求在高层住宅建筑由于其使用功能上的特点，要求在平面布置中有许多纵、横内隔墙，剪力墙结构能很好平面布置中有许多纵、横内隔墙，剪力墙结构能很好地适应这种要求，加上它施工较为方便，技术经济指地适应这种要求，加上它施工较为方便，技术经济指标较好，抗震性能可靠，所以剪力墙结构体系就成为标较好，抗震性能可靠，所以剪力墙结构体系就成为高层住宅建筑结构体系选型的首选方案。而框架结构高层住宅建筑结构体系选型的首选方案。而框架结构体系的梁、柱楞角露出于屋内，影响美观

8、和使用，且体系的梁、柱楞角露出于屋内，影响美观和使用，且框架结构体系与剪力墙结构体系相比，适应高度相对框架结构体系与剪力墙结构体系相比，适应高度相对较低，施工相对复杂，抗震性能相对薄弱，所以我国较低，施工相对复杂，抗震性能相对薄弱，所以我国各地在高层住宅中较少采用框架结构体系。各地在高层住宅中较少采用框架结构体系。高层旅馆及公寓建筑结构体系选型的特点：高层旅馆及公寓建筑结构体系选型的特点：高层旅馆按其建筑功能一般可分为客房部分及公高层旅馆按其建筑功能一般可分为客房部分及公共部分。高层旅馆的客房部分与公寓一般要求较密的共部分。高层旅馆的客房部分与公寓一般要求较密的隔墙，与住宅建筑比较类似，宜主要

9、选用剪力墙结构隔墙，与住宅建筑比较类似，宜主要选用剪力墙结构体系。而公共部分一般是大厅、会议室或公共娱乐场体系。而公共部分一般是大厅、会议室或公共娱乐场所，要求较大空间，宜主要选用框架或框架剪力墙所，要求较大空间，宜主要选用框架或框架剪力墙结构体系。结构体系。不同条件下高层旅馆及公寓适宜采用的结构体系不同条件下高层旅馆及公寓适宜采用的结构体系高层公共建筑结构体系选型的特点：高层公共建筑结构体系选型的特点： 高层公共建筑包括的范围很广，例如：机关办公楼、商贸写字楼、医院病房楼、学校教学楼、图书馆、商场及公共娱乐场所等。按其建筑功能的要求，需要较大空间，能适应灵活布置。二二. .从结构设计的角度从

10、结构设计的角度 符合现行有关规范符合现行有关规范 正确的结构概念设计正确的结构概念设计 先进的结构理论概念先进的结构理论概念 合理的传力途径合理的传力途径 合理的应力分布合理的应力分布 合理的破坏机制合理的破坏机制抗风的有效性与合理性抗风的有效性与合理性 抗震的可靠性与安全性抗震的可靠性与安全性(保证抗震设防目标一小保证抗震设防目标一小震不坏，大震不倒，中震可修震不坏，大震不倒，中震可修)1、高层建筑结构设计的主要特点： （1）、水平荷载在高层建筑结构设计中起控制作用 在多层建筑中控制结构设计的是以重力为代表的竖向荷载，而在高层建筑中，即使重力荷载仍然对结构设计具有重要的影响，但起控制作用的则

11、是水平荷载 (风荷载和地震作用)。 通常在竖向荷载作用下竖向构件中的轴力N随结构高度H呈线性关系的增长，而水平荷载作用下的结构底部弯矩M则是随结构高度H的二次方关系而急剧增长的，如下式所示:（2）、侧向位移在高层建筑结构设计计算中必须加以限制。 随着建筑高度H的增大，水平荷载作用下结构的侧向位移急剧增大。结构顶点侧移凸与建筑高度H呈四次方的关系，为下式所示：竖向荷载、水平荷载、顶点位移与高度的关系示意图：（3）、轴向变形在高层建筑的侧移中占有重要的份额20层层双肢双肢剪力剪力墙位墙位移计移计算结算结果比果比较较 2、非地震区高层建筑结构体系 （1）、风荷载作用在非地震区高层建筑结构设计中起控制

12、作用。 在风荷载作用下高层建筑可能出现：(a)层间位移过大，导致高层建筑的承重构件(梁、柱、墙等)或非承重构件(填充墙等)出现不同程度的损坏；(b)摆动幅度过大，使在高层建筑中居住和工作的人感到不舒服。因此高层建筑不但要满足承载能力的要求，同时高规也提出了高层建筑的层间位移限值和顶点位移限值。 (2)、非地震区高层建筑抗风结构体系选型的基本原则 a宜选用有利于抗风作用的高层建筑体型。实际来讲就是宜选用风压较小的建筑体型状，比如圆形、椭圆形等流线型体型。 法国巴黎的法兰西大厦，体型为椭圆形，计算表明，其风荷载数值比相应采用矩形平面体型的减少27。一般来说，圆形平面比同一尺度矩形平面体型约可减少风

13、荷载2040，结构的风振加速度也相应减小。 因此，应对所设计的建筑体型系数有所了解。 b在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状和刚度分布尽量均匀对称，以减轻风荷载作用下扭转效应对结构内力和变形的不利影响。 c在高层建筑的抗风设计中，不仅要考虑总体风荷载的作用，而且还要考虑局部风荷载对某些部位、某些构件(例如：阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件，或外墙挂板、玻璃幕墙等围护构件)的不利作用，并进行必要的验算。 为了减轻高层建筑在竖向楞角部位的局部风压集中，对于矩形及三角形平面的高层建筑可在其转角部位切角或形成圆角。d.控制最大高度e.控制高宽比f在设计中可将高层建筑的某层、或某几层形成通透，对

14、风荷载的作用就如同设置了排风口，可使风荷载作用下迎风面的气流从透空层泄出，以减小风荷载对结构的作用。下图为设置透空层的日本NEC大楼，它是通过风洞试验对气流的研究而设计的。这种处理在建筑造型上也取得了很好的效果。 3、地震区高层建筑结构体系 (1)、基本概念 a、基本烈度 基本烈度是指一个地区今后一定时间内(一般指100年)，在一般场地条件下可能遭遇的最大烈度，是抗震设防的基本依据。 b、建筑重要性分类 为了针对重要性不同的建筑，相应采取不同的抗震设防标准，建筑抗震设计规范将各种建筑物按其重要性之不同划分为甲、乙、丙、丁四类。 c、设防标准和设防烈度。大多数情况下，建筑物的设防烈度为本地区的基

15、本烈度。 d、抗震设防目标：“三水准”的抗震设防目标。 e、抗震等级 高规(JGJ32002)规定， 应根据设防烈度、结构类型和房屋高度采用结构抗震等级。抗震等级的划分体现了对不同结构构造措施的严格程度，并相应地体现了不同的设计计算方法。 一级要求最严，二级次之，三级再次之，四级最低。（2）、高层建筑结构体系震害的主要特点：a、地震引起山崩、滑坡、地陷、地面裂缝或错位等地面变形，造成高层建筑破坏。b、在地下水位较高、砂层埋深较浅的平原地区，地震引起砂土液化，造成高层建筑不均匀下沉、整体倾斜或开裂破坏。c、在软弱地基地区，特别是在具有深厚软弱冲积土层的场地上，高层建筑的破坏率显著增高。土层越厚，

16、土质越软，表土层的自振周期越长，当与建在这种土质上高层建筑的自振周期相近时，所引起的共振将大大加剧高层建筑的震害。所以，地基土质条件从根本上影响着高层建筑的动力特性和地震反应，从而也影响着高层建筑的震害。d、从当前我国高层建筑中最广泛应用的三大结构体系在地震中的震害程度而言，以框架结构体系相对较重，剪力墙结构体系较轻，框架剪力墙结构体系居中。 e、柔弱底层且沿竖向刚度突变的底层空旷高层建筑(例如框支剪力墙等)往往在地震中震害较重，甚至有倒塌的。f、屋顶局部突出，且沿竖向刚度突变的高层建筑，由于鞭梢效应的影响，往往在地震中出现顶部塔楼破坏。顶层空旷对抗震不利，地震时易生震害。g、建筑平面过于复杂

17、，质量中心与刚度中心偏离过大，往往在地震中由于扭转效应的影响而遭到较重的震害。h、建筑平面及竖向体型复杂的高层建筑震害破坏率显著提高。i、防震缝宽度不足，缝两侧的建筑在地震中发生碰撞而遭到破坏。j、采用无梁楼盖的板柱结构体系在地震中往往由于楼层侧移过大，出现柱顶、柱脚破坏、楼板冲切破坏、各层楼板坠落等破坏。(3)、地震区高层建筑设计基本原则：a、选场地。当有条件选择建筑场地时，宜选择对抗震有利的地段；避开对抗震不利地段；当没有条件选择建筑场地，无法避开对抗震不利地段时，应采取适当的抗震措施。不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。b、选基础型式。根据上部结构情况、工程地质、施工条件等因素综合考虑确

18、定，选用整体性较好的箱形、筏形或交叉梁式基础。如地基土质较差，采用上列各种类型基础不能满足设计要求，或经过经济比较采用天然地基造价较高时，可考虑选用桩基础。c选结构体系。 具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径； 具有多道抗震防线，避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力(或对重力荷载的承载能力)； 具有必要的强度和刚度，良好的变形能力和吸能能力，结构体系的抗震能力表现在强度、刚度和变形能力恰当的统一； 具有合理的刚度和强度分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。d、注意限值和规则。限制最大高度限制高宽比 符合层间位移限值和顶点位移限值要求。

19、 地震区高层建筑结构的平面布置避免不规则： 平面宜简单、规则、对称、减少偏心，否则应考虑由于扭转对结构受力的不利影响。 平面长度，及结构平面外伸部分长度l均不宜过长，否则会由于地震作用下各部分振动相位差异而导致复杂的空间振动，对结构抗震不利。 地震区高层建筑结构的竖向布置，符合以下要求的高层建筑可按竖向规则建筑进行抗震分析。 立面收进部分的尺寸比值B1B075 沿竖向，结构的侧向刚度变化较均匀，构件截面由下至上逐渐减小，不突变。当某些楼层的刚度小于上层时，应不小于相邻的上层刚度的70；连续三层刚度逐层降低后，不小于降低 前刚度的50。e、合理设缝。通过合理的计算模型，构造措施和施工措施尽量不设

20、缝或少设缝，必须设时，应满足要求。四四. .从建筑设备的角度从建筑设备的角度: : 便于设备的安装与检修便于设备的安装与检修 便于管道、线路的布设与穿越便于管道、线路的布设与穿越 保证设备的正常运行保证设备的正常运行三三. .从建筑施工的角度从建筑施工的角度 有利于建筑工业化有利于建筑工业化 有利于施工操作有利于施工操作 有利于控制质量有利于控制质量 有利于缩短工期有利于缩短工期 .有利于降低造价有利于降低造价五五. .从建筑材料的角度从建筑材料的角度: : 轻质高强材料的应用轻质高强材料的应用 -有利于减小构件截面、减轻结构自重有利于减小构件截面、减轻结构自重 新型建筑材料的应用新型建筑材料的应用 -有利于利用工业废料、节约能源有利于利用工业废料、节约能源 组合结构体系的应用组合结构体系的应用 -有利于充分发挥各