高层建筑结构设计课件

1、1 高高 层层 建建 筑筑 结结 构构 陈 建 伟2目录目录 绪论绪论1 高层建筑高层建筑结构体系与结构布置结构体系与结构布置2 荷载作用与结构设计原则荷载作用与结构设计原则3 剪力墙结构设计剪力墙结构设计5 框架结构设计4 框架框架-剪力墙结构设计剪力墙结构设计6 筒体结构设计筒体结构设计73 第一章第一章 绪绪 论论4高层建筑：指层数较多、高度较高的建筑。国际：1972年国际高层建筑会议，建议把高层划分为四类： 916层（H50M） 1725层（H 75M） 2640层（H 100M） 40层以上超高层（H 100M）我国：高层建筑混凝土结构技术规程（ JGJ3- 2010）规定：1010

2、层及10层以上或 房屋高度超过28米的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑为高层建筑。建筑物高度超过100m时，不论住宅建筑或公共建筑，均为超高层建筑。 注注：房屋高度是指自室外地面至房屋主要屋面的高度，不包括突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。 1.1高层建筑的特点高层建筑的特点5 土地少、人口多土地少、人口多节约土地、保证吃饭、基本建设节约土地、保证吃饭、基本建设 发展高层建筑结构发展高层建筑结构 掌握高层建筑的优、缺点掌握高层建筑的优、缺点本课程对此类结构进行探讨本课程对此类结构进行探讨6排名名称地点总高度（M）层数建成时间结构材料用途1哈利法塔迪拜8281622010钢+砼

3、多用途2台北101大楼台北5081012004钢+砼多用途3上海环球金融中心上海4921012008钢+砼多用途4石油双塔吉隆坡452881996钢+砼多用途5紫峰大厦南京450892010钢+砼多用途6西尔斯大楼芝加哥4431101974钢办公7京基金融中心深圳4421002011混凝土多用途8广州国际金融中心广州4401032009钢+砼多用途9金茂大厦上海420.5881998钢+砼多用途10纽约世贸中心（被毁）纽约北楼:417南楼:415 881976钢多用途7 最高记录第一高楼：哈利法塔，原名迪拜塔，第一高楼：哈利法塔，原名迪拜塔，又称迪拜大厦或比斯迪拜塔又称迪拜大厦或比斯迪拜塔【建

4、筑现况】 已完工投入使用 【动土时间】 2004年9月21日 【封顶时间】 2009年10月 【使用时间】 2010年1月4日 【建筑高度】 总高度828米（2,684英尺） 【建筑层数】 162层 【结构形式】 钢筋混凝土结构 【抗震能力】 6.3级地震 【建筑造价】 105亿（RMB） 【占地面积】 34.4公顷 【设计单位】 SOM-阿德里安史密斯 【建筑工人】 1.2万名 【建筑温差】 底层-顶层： -10 【开发单位】 伊玛尔地产 【施工单位】 中国南通六建、韩国三星工程、 BESIX、 Arabtec8高度记录：高度记录：哈利法塔与其他知名的高层建筑比较：最高的建筑：828 米（2

5、,717英尺）（先前为 美国北达科塔州高628.8 米（2,063 英尺）的KVLY 电视塔） 最高的自立建筑：828 米（3,220英尺）（先前为加拿大国家电视塔 - 553.3 米（1,815 英尺） 最多楼层数：162层（先前为已完成的西尔斯大楼110层、记录上最多的纽约世贸中心110层） 最高混凝土结构： 601.0 米（1,972 英尺） （先前为台北101屋顶 - 449.2 米（1,474 英尺）9楼层用途：楼层用途：10第二高楼：中国台北国际金融中心第二高楼：中国台北国际金融中心(也叫也叫TAIPEI101TAIPEI101大楼大楼) 【建设地点】：台北市信义区西村里信义路五段

6、7号 【开工时间】：1999年7月 【竣工时间】：2003年10月17日 【占地面积】：30278平方米 【建筑面积】：28.95万平方米 【建筑高度】：508米 【建筑层数】：地上101层，地下3层 【结构形式】：钢筋混凝土结构，新式的巨型结构 【建筑造价】：580亿元台币 【投资单位】：台北金融大楼控股有限公司 【设计单位】：李祖原建筑师事务所 【建设用途】：购物中心，办公，观景， 【施工单位】：KTRT 【英文名称】：Taipei 101（隐义Technology、 Art、 Innovation、 People、 Environment、Identity） 【别称】：台北国际金融中心1

7、1工程结构：工程结构：建筑:TAIPEI 101为世界首创的多节式摩天大楼 第27层至第90层共64层中，每8层为一节，一共8节，每八层所组成的倒梯形方块形状来自中国的鼎“为了增加大楼的弹性来避免强震所带来的破坏，台北101的中心是由一个外围8根钢筋的巨柱所组成。 抵销风力所产生的摇晃主要设计是阻尼器，而大楼外形的锯齿状，经由风洞测试，能减少30-40%风所产生的摇晃。 基桩由382根钢筋混凝土构成。中心的巨柱为双管结构，钢外管，钢加混凝土内管，台北101所使用的钢至少有5种，依不同部位所设计，特别调制的混凝土，比一般混疑土强度强60%。 12调质阻尼器：调质阻尼器： 为了因高空强风及台风吹拂

8、而造成的摇晃，大楼内设置了谐质块阻尼器，是在88至92楼挂置一个重达660公吨的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃动幅度。据台北101告示牌所言，这也是全世界唯一开放游客观赏的巨型阻尼器，更是目前全球最大之阻尼器。13第三高楼：上海环球金融中心第三高楼：上海环球金融中心【开工日期】 ：1997年年初首次开工；后遭1997年亚洲金融危机停工，于2003年2月工程复工。 【竣工日期】 ： 2008年8月29日。 【用地面积】 ： 30,000 。 【占地面积】 ： 14,400 。 【建筑面积】 ： 381,600 。 【建筑层数】 ： 地上101层、地下3层 。 【建筑高度】 ： 492米 。

9、【结构形式】 ： 钢筋混凝土结构（SRC结构）、钢结构（S结构）。 【建筑造价】 ： 1050亿日元（73亿人民币） 【投资单位】 ： 森海外株式会社（Forest Overseas Co., Ltd.） 。 【建筑设计】 ： KPF建筑师事务所 。 【结构设计】 ： 籁思理罗伯逊联合股份有限公司(LERA) 。 【设计单位】 ： 上海现代建筑设计（集团）有限公司、华东建筑设计研究院有限公司 。 【施工单位】 ： 中国建筑工程总公司、上海建工（集团）总公司总承包联合体。 【所获荣誉】 ： 2008年竣工的最佳高层建筑（美国芝加哥“高层建筑和城市住宅委员会”评选）。 14上海环球金融中心建筑平面

10、图：上海环球金融中心建筑平面图：Lower Floor Max. 12 TenantsHigher Floor Max. 14 Tenants15上海环球金融中心五大之最：上海环球金融中心五大之最：屋顶高度世界第一：492米，超过了之前屋顶高度世界第一的台北101大楼（480米）。 人可达到高度世界第一：474米，大楼100层的观光天阁是世界上人能到达的最高观景平台。 世界最高中餐厅：416米，设在93层的中餐厅，将成为全球最高中餐厅。 世界最高游泳池：366米，设在85层的游泳池，将夺得“世界最高游泳池”称号。 世界最高酒店：设在大楼79至93层的柏悦酒店，将成为世界最高酒店。 16第四高楼

11、：马来西亚吉第四高楼：马来西亚吉 隆坡石油双塔隆坡石油双塔 【建设地点】：吉隆坡市中市KLCC 计划区的西北角 【开工时间】：1993年12月27日 【竣工时间】：1996年2月13日 【占地面积】：40公 【建筑面积】：28.95万平方米 【建筑高度】：45米 【建筑层数】：88层 【结构形式】：高轧制钢梁支托的金 属板，钢筋混凝土 【建筑造价】：20亿马币 【投资单位】：马来西亚石油公司 【设计单位】：凯撒培礼建筑事务 所西泽配利 【建设用途】：办公 【英文名称】：The Petronas Twin Towers. 【别称】：佩重纳斯大厦、马来西亚 国家石油大厦、国家石油 双塔、双子塔 1

12、7第五高楼：南京紫峰大厦第五高楼：南京紫峰大厦【建设地点】：位于南京鼓楼区鼓楼广场，东至中央路，西至北京西路。【开工日期】：2005年5月底 【竣工日期】：2008年9月28日 【占地面积】：18721m2 【建筑面积】：260000 m2 【建筑层数】：地上89层，地下3层 【建筑高度】：381米+69米， 【施工单位】：上海建工 【建筑造价】：40亿 【投资单位】：南京国资集团、上海绿地集团 【建筑设计】：由美国著名设计单位SOM与华东建筑设计研究院有限公司合作设计 18 第六高楼：美国芝加哥西尔斯第六高楼：美国芝加哥西尔斯大楼大楼【建设地点】：美国伊利诺伊州芝加哥 【现名】：韦莱集团大厦

13、（2009年7月16 日改名） 【开工时间】：1972年 【竣工时间】：1974年 【建筑面积】：418000平方米 【建筑高度】：443米（527.3米含天线） 【建筑层数】：地上110层，地下3层 【结构形式】：高层建筑抗风结构 【建筑造价】：39亿 【投资单位】：西尔斯百货公司 【设计单位】：SOM建筑师事务所 【建设用途】：办公 【英文名称】：Sears Tower 【别称】：希尔斯大厦19第九高楼：上海金茂大厦第九高楼：上海金茂大厦【建设地点】：中国上海浦东新区世 纪大道88号【开工日期】：1994年5月10日 【竣工日期】：1999年3月18日 【占地面积】：2.3公顷 【建筑面积

14、】：29万平方米 【建筑层数】：地上88层，地下3层 【建筑高度】：420.5米 【结构形式】：钢筋混凝土结构 【建筑造价】：50亿 【投资单位】：中国金茂（集团）股 份有限公司 【建筑设计】：美国芝加哥SOM设计 事务所,、主创建筑师 Adrian Smith 【英文名称】：Jinmao Building 20第第10高楼：美国纽约世高楼：美国纽约世贸中心姐妹楼贸中心姐妹楼【建设地点】：美国的纽约州 纽约市 曼 哈顿岛西南端 【开工日期】：1962年 【竣工日期】：1976年 【占地面积】：6.5公顷 【建筑面积】：每幢摩天楼面积46.6万 平方米 【建筑层数】：地上110层，地下6层 【建

15、筑高度】：北楼:417米，南楼:415米【结构形式】：钢结构 【建筑造价】：7亿美元 【投资单位】：纽约州和新泽西州的港 务局 【建筑设计】：美籍日裔建筑师M雅马 萨基21世界贸易中心遭撞击示意图：世界贸易中心遭撞击示意图：22世界贸易中心南塔楼倒塌后：世界贸易中心南塔楼倒塌后：23世界贸易中心北塔楼倒塌后：世界贸易中心北塔楼倒塌后：24夕阳下的世贸夕阳下的世贸追思：追思：25262728291.2发展高层建筑的意义高层建筑的意义 在现代化大都市中，过度的人口和建筑密度，城市用地日趋紧张，真可谓寸土千金，使得人们不得不向空间发展。 意义：（1）节约用地； （2）节省城市基础设施费用； （3）改

16、善城市市容。 高层建筑的出现，不仅改变了城市的建筑布局，而且为当地的经济发展起到了巨大的带动作用。 随着高性能材料的不断研制和开发，结构形式合理性的进一步研究，可以预见，在今后的土木工程领域，高层建筑仍将是世界各国在城市建设中的主要形式，扮演重要的角色。因此，掌握高层建筑的设计知识，是对土木工程领域技术人员的基本要求。301.3 高层建筑的特点高层建筑的特点 优点：高层建筑具有占地面积少、建筑面积大、造型特殊、集中化程度高、有较好的日照、采光和通风效果等优点。正是这些优点，使得高层建筑在现代化大都市中得到了迅速的发展。 缺点： 1.建筑的防火、防灾、热岛效应等已成为人们急待解决的难题。 2.人

17、口密度增加， 造成城市拥堵，城市规划更高的要求。 3. 从受力角度来看，随着高层建筑高度的增加，水平荷载（风载及地震作用）对结构起的作用将越来越大，结构分析与设计要求高。 311.4 高层建筑的材料高层建筑的材料 现代高层建筑所采用的材料，主要是钢材和混凝土两种。不同国家、不同地区、不同结构形式所采用的结构材料不同，大致有以下几种形式：1、钢结构 钢材强度高、韧性大、易于加工。钢结构构件可以在工厂加工，缩短了现场施工工期，施工方便。高层钢结构具有结构断面小、自重轻、抗震性能好等优点。但是，高层钢结构用钢量大，造价高，而且钢材的防火、防腐性能不好，需要大量的防火涂料和防腐处理，增加了工程工期和造

18、价。322、钢筋混凝土结构 钢筋混凝土结构造价低，材料来源丰富，可以浇注成各种复杂的断面形式，节省钢材，承载能力也不低。经过合理的设计，现浇钢筋混凝土结构具有较好的整体性和抗震性能。尤其是在防火和耐久性能方面，更是有着钢结构无法比的优势。 缺点是自重较大，抗震性能不如钢结构，建造高度也不如钢结构。 333、钢混凝土组合结构将型钢布置在构件内部，外部由钢筋混凝土做成，或者是在钢管内部填充混凝土，做成钢混凝土组合结构。此种形式使上述两种结构材料优势互补，结构具有很好的抗震性能，建造高度可与钢结构相当。经济合理、技术性能优良的钢混凝土组合结构，是目前的发展趋势。目前世界最高建筑吉隆坡的石油大厦，就是

19、这种结构形式。341.5 本课程学习要求本课程学习要求 1、计算高层上的荷载与地震作用。 2、掌握高层建筑结构的选型与布置原则，并能够正确地进行造型选择与结构布置。 3、掌握各类高层建筑结构内力与变形的计算方法。 4、掌握各类高层建筑结构构件与节点的配筋计算方法及构造要求。35第二章第二章 高层建筑高层建筑的结构体系与结构布置的结构体系与结构布置362.1概述2.1.1受力特点受力特点 底部轴力底部弯矩 （均） （倒三角形） 顶部位移 （均） （倒三角形）PHNmax2max1MqH231 qH38EIqH4max511120qHEI37 随着高度H的增加，起控制作用的底部弯矩和顶部侧移随之成

20、平方和4次方增长。 由此可知： 低层建筑：低层建筑：竖向荷载起控制因素； 多层建筑：多层建筑：考虑水平荷载（风荷载、地震作用）和竖向荷载的共同作用； 高层高层建筑：水平荷载起控制因素。2.1.22.1.2设计基本原则设计基本原则 一个建筑结构方案的确定，要涉及到安全可靠、使用要求、经济投入、施工技术和建筑美观等诸多方方面面的问题。 原则： 注重概念设计，重视结构选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系加强构造措施。 简而言之，应符合安全适用、技术先进、经济合理、方便施工。382.1.32.1.3结构体系结构体系结构体系结构体系-是指结构抵抗外部作用的构件类型和组成方式,

21、是建筑物的受力（传力）（传载）构件系统。主要分为：竖向结构体系、水平结构体系、基础。水平结构体系水平结构体系：主要由梁、板等组成的楼板、屋盖等，承担竖向荷载。作用：1.承担竖向荷载（楼面或屋面荷载） 2.连接各竖向结构构件，形成一个空间整体结构。 3.抵抗扭矩，使各竖向构件侧移变形协调，共同工作，即空间协调工作。39图例：各水平结构 体系40 竖向结构体系竖向结构体系：主要由柱、剪力墙、筒体等构件组成。主要传递（承受）水平力。 随建筑高度的增加水平力越来越大，因此要给建筑物设计一个强大的抵抗水平力的结构构件系统，如剪力墙结构体系等。 基础：基础：承托房屋全部重量及外部作用力，并将它们传到地基；

22、另一方面，它又直接受到地震波的作用，并将地震作用传到上部结构。可以说，基础是结构安全的第一道防线。基础的形式，取决于上部结构的形式、重量、作用力以及地基土的性质。 412.1.4常用结构体系常用结构体系结构体系框架结构剪力墙结构框架-剪力墙结构筒体结构巨型结构框架筒体结构筒中筒结构成束筒结构巨型框架结构巨型桁架结构421.1.框架结构框架结构： 框架结构体系一般用于钢结构和钢筋砼结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构。 优点优点：建筑平面布置灵活，分隔方便； 整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有 较好的塑性变形能力； 外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。 缺点缺点：1.层数受限制，结构高度增加

23、，结构承受侧向作用增强，结构截面尺寸和配筋增加，材料用量和造价趋于不合理。 2.结构抗侧刚度较小，侧向位移大。 3.梁柱节点处应力集中，节点是抗震设计的薄弱部位。 4.非结构性破坏较严重（填充墙、建筑装修、设备管道等）434445受力变形特点受力变形特点：高宽比H/B4时，以剪切变形为主，整体位移曲线呈剪切型，既结构层间位移随楼层增高而减小。使用范围使用范围：高度不大的高层建筑，以1520层以下为宜，适用于工业、民用建筑 高度60米图例：北京民航办公大楼 北京长城饭店46二、剪力墙二、剪力墙： 剪力墙结构体系一般用于钢筋砼结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。 优点优点：整体性好、刚度大，

24、抵抗侧向变形能力强； 抗震性能较好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力。 因而剪力墙结构适宜的建造高度比框架结构要高。 缺点缺点：平面布置不灵活，建筑空间分隔不自由，不能提供 大空间。 结构自重大。 受力变形特点：受力变形特点：高层建筑以弯曲变形为主，其位移曲线呈弯曲型，特点是结构层间位移随楼层增高而增加。 适用范围：适用范围：适用于住宅、旅馆客房、办公楼等。 47484950图例：某剪力墙结构广州白天鹅宾馆51不同形式剪力墙 52三、框架三、框架-剪力墙剪力墙： 框架-剪力墙结构体系是把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系。 具有框架结构平面的布置灵活，有较大空间的的优点，又具

25、有侧向刚度较大的优点。 适用范围适用范围：一般广泛用于办公楼、教学楼、病房、 旅馆、公寓等。 受力变形特点受力变形特点：侧向变形呈总体弯剪型，上下各层层间变形趋于均匀，顶点侧移减小。53图例：（a）上海交大包兆龙图书馆 （b）甘肃省图书馆（c）深圳西丽大厦（d）广州远洋大厦5455四：筒体四：筒体： 由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的建筑结构。筒体结构的筒体分剪力墙围成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的框筒等。 筒体结构框架-筒体结构筒中筒结构成束筒结构56淮南广播电视中（下） 1.框架框架-筒体筒体组成构件:由核心砼内筒与外框架通过楼盖组成 上海虹桥宾馆（下）572 2.筒中筒筒中筒

26、 组成构件:由实腹筒组成内部核心筒,外框筒或桁架筒组成外筒通过楼盖组成。图例：深圳国贸中心大厦 583 3成束筒成束筒: 组成构件:两个以上框筒（或其他筒体）排成一起成束状，称为成束筒. 图例：西尔斯大楼59优点优点：具有很好的空间整体作用和抗风抗震性能，建筑布置灵活，能提供较大的可自由分隔的空间，适用于超高层（30层以上或100米以上）的办公楼、旅馆、综合楼等建筑。60五、巨型结构体系五、巨型结构体系61高层建筑结构设计一般规定3.1.1 高层建筑的抗震设防烈度必须按照国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定。一般情况下，抗震设防烈度可采用中国地震烈度区划图规定的地震基本烈度 。3.1.2

27、 抗震设计的高层混凝土建筑应按现行国际标准建筑工程抗震设防标准GB 50223 的规定确定其抗震设防类别。注：本规程中甲类建筑、乙类建筑、丙类建筑分别为现行国际标准建筑工程抗震设防标准GB 50223 中特殊设防类、重点设防类、标准设防类的简称。3.1.3高层建筑钢筋混凝土结构可采用框架、剪力墙、框架-剪力墙、板柱-剪力墙和筒体结构等结构体系。3.1.4高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，并应符合下列要求：1应具有必要的承载能力、刚度和延性；2应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；3对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。623.1.5高层

28、建筑的结构体系尚宜符合下列要求：1结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因 刚度和承载力局部突变或扭转效应而形成薄弱部位；2抗震设计时宜具有多道抗震防线。3.1.6高层建筑混凝土结构宜采取措施减小混凝土收缩、徐变、温度变化、基础差异沉降等非荷载效应的不利影响。房屋高度不低于 150m 的高层建筑外墙宜采用各类建筑幕墙。3.1.7高层建筑 的填充墙、隔墙等非结构构件宜采用各类轻质材料，构造上应与主体结构可靠连接，并应满足承载力、稳定和变形要求。 高层建筑结构设计要完成的工作：结构选型，结构布高层建筑结构设计要完成的工作：结构选型，结构布置，荷载效应组合及最不利内力计算，承载力验算

29、，侧移置，荷载效应组合及最不利内力计算，承载力验算，侧移限制（变形，刚度要求），舒适度要求（变形要求），稳限制（变形，刚度要求），舒适度要求（变形要求），稳定和抗倾覆计算，抗震结构延性要求和抗震等级。定和抗倾覆计算，抗震结构延性要求和抗震等级。632.2 2.2 结构布置的原则结构布置的原则2.2.1抗震设防结构布置原则 1.选择有利的场地，避开不利的场地，采取措施保证地基的稳定性； 2.保证地基基础的承载力、刚度，以及足够的抗滑移，抗倾覆能力； 3.合理设置防震缝； 4.具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径； 5.多到抗震设防能力，避免因局部结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力

30、； 6.合理选择结构体系； 7.结构具有足够的刚度、承载力，刚度和承载力分步较均匀； 8.强节点弱构件，节点承载力大于构件承载力； 9.结构具有足够的变形能力及抗震耗能能力； 10.避免鞭梢效应； 11.采用轻质高强材料，减轻结构自重；642.2.22.2.2不同结构体系建筑的适用高度不同结构体系建筑的适用高度。 不同结构体系有不同的抗水平力的能力，适用不同高度的高层建筑。 高层建筑砼结构技术规程JGJ3-2010将高层建筑结构的最大适用高度分为A级和B两级。 A A级级: :是指目前数量、范围最广泛的建筑（乙、丙类），见课本表2.1(P11),凡超过表2.1(如建筑方案要求)则最大高度限制见

31、表2.2（P11），对B B级级: :高层建筑总高度尽量放宽，但其抗震等级及有关计算、构造措施均相应加严，另外为保证B级房屋建筑的设计质量，还需按有关规定进行超限高层建筑的抗震审查复核。652.2.32.2.3不同结构体系建筑的高宽比限制不同结构体系建筑的高宽比限制 对高层建筑最大高宽比限制是概念设计的又一重要体现最大高宽比限制是概念设计的又一重要体现, ,高宽比实际上反映了建筑物的“苗条”程度。 其目的是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。 高层建筑结构可近似的看作固定于基础上的悬臂构件。 因此增加建筑的平面尺寸对减少其侧移十分有效。高层建筑砼结 构技术规程JGJ3-201

32、0对A级与B级建筑的限制见表2.3（P12）662.3.1 2.3.1 建筑型体及构件布置建筑型体及构件布置 建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。 注：形体指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化67结构平面布置 在高层建筑的一个独立结构单元内，结构平面形状宜简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀。不应采用严重不规则的平面布置。三种平面不规则的类型： 68 结构竖向布置 建筑结构竖向布置应规则、均匀，避免有较大的外挑和内收，结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐的减小

33、，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。 侧向刚度要求： 1.对框架结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比 1可按式2-1计算，且本层与相邻上层的比值不宜小于 0.7，与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于 0.8。 式中：1楼层侧向刚度比； Vi、Vi+1第 i 层和第 i+1 层的地震剪力标准值（kN）； i、i+1第 i 层和第 i+1 层在地震作用标准值作用下的层间位移（m）。 iiiiVV11169 2.对框架-剪力墙、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比 2 可按式（2-2）计算，且本层与相邻上层的比值不宜小于 0.9；当本层层高大于

34、相邻上层层高的 1.5 倍时，该比值不宜小于 1.1；对结构底部嵌固层，该比值不宜小于 1.5。 式中：2考虑层高修正的楼层侧向刚度比。1112iiiiiihhVV70 A 级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的 80，不应小于其相邻上一层受剪承载力的 65；B 级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的 75。 注：楼层抗侧力结构的层间受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上，该层全部柱、剪力墙、斜撑的受剪承载力之和。 抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。 楼层质量沿高度宜均匀分布，楼层质量不宜大于相邻

35、下部楼层质量的 1.5 倍。71三种竖向不规则类型： 722.5 2.5 水平位移限值和舒适度的要求水平位移限值和舒适度的要求 原因：在正常使用条件下，高层建筑结构应具有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。 正常使用条件下，结构的水平位移应按规定的风荷载、地震作用和规定的弹性方法计算。 按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比 u/h 宜符合下列规定： 1.高度不大于 150m 的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比 u/h 不宜大于表 3.7.3的限值。 2.高度不小于 250m 的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比

36、u/h 不宜大于 1/500。 3.高度在 150m250m 之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比 u/h 的限值可按本条第 1 款和第 2 款的限值线性插入取用。 注：楼层层间最大位移 u 以楼层竖向构件最大的水平位移差计算，不扣除整体弯曲变形。抗震设计时，本条规定的楼层位移计算可不考虑偶然偏心的影响。732.3.32.3.3变形缝变形缝 变形缝是伸缩缝、沉降缝、防震缝的总称。 对于多层和高层建筑结构，应尽量少设缝或不设缝，这可简化构造、方便施工、降低造价、增强结构的整体性和空间刚度。 为防止由于温度变化、不均匀沉降、地震作用等因素引起的结构或非结构的损坏： 建筑设计时，应采取调整平

37、面形状、尺寸、体型等措施。 结构设计时，应采取选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等措施； 施工方面，应采取分阶段施工、设置后浇带、做好保温隔热层等措施。74 伸缩缝伸缩缝：高层由于温度变化引起，为防止由此引起的房屋开裂等，伸缩缝最大间距见表2.7（P16）。 如采取了如下措施，可适当放宽伸缩缝间距， 1.顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率； 2.顶层加强保温隔热措施，外墙设置外保温层； 3.每3040M间距留出施工后浇带，带宽8001000MM，钢筋采用搭接接头，后浇带混凝土宜在45d后浇灌； 4.采用收缩小的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加入适宜的外加剂；

38、 5.提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。75 沉降缝：沉降缝：为防止建筑物各部分由于地基不均匀沉降引起房屋破坏所设置的垂直缝称为沉降缝。 沉降缝与伸缩缝不同之处是除屋顶、楼板、墙身都要断开外，基础部分也要断开，使相邻部分也可以自由沉降、互不牵制。 高层建筑在下述平面处，应考虑设置沉降缝： （1）建筑的高度和荷载差异较大处 （2）上部不同结构体系或结构类型的相邻交接处 （3）地基土的压缩性有着显著差异 （4）基础底面标高相差较大或者建筑物基础类型不同时。 76 防震缝防震缝：高层建筑中如上部结构平面形状需要划分为两个以上单元时，各部分刚度和荷载相差大且无有效措施，另外，对于有较大错层

39、时，则其间宜设防震缝，设缝宜符合高规第3.4.10。 抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免设置防震缝。体型复杂、平立面不规则的建筑，应根据不规则程度、地基基础条件和技术经济等因素的比较分析，确定是否设置防震缝。 1.最小宽度 框架:H15m,可取70mm;超过15m的部分,6、7、8、9 度相应每增加高度5M、4M、3M、2M，宜加宽20mm。 框架-剪力墙结构房屋可按部分规定的70%采用 剪力墙结构房屋可按部分规定的50%采用，但两者均不得 小于70mm。 77 2.防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度应按不利的结构类型确定； 3.防震缝两侧的房屋高度不同时，防震缝宽度可按较低

40、的房屋高度确定； 4.8、9 度抗震设计的框架结构房屋，防震缝两侧结构层高相差较大时，防震缝两侧框架柱的箍筋应沿房屋全高加密，并可根据需要沿房屋全高在缝两侧各设置不少于两道垂直于防震缝的抗撞墙； 5.当相邻结构的基础存在较大沉降差时，宜增大防震缝的宽度； 6.防震缝宜沿房屋全高设置，地下室、基础可不设防震缝，但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接； 7.结构单元之间或主楼与裙房之间不宜采用牛腿托梁的做法设置防震缝，否则应采取可靠措施。782.3 2.3 楼盖结构布置楼盖结构布置 特点：对保证建筑物的整体稳定和传递水平力有重要作用。结构计算中一般假设楼板平面内刚度为无穷大，使空间问题变为平面问题

41、，大大简化了计算。实际结构中也要求楼板应具有足够的平面内刚度以保持建筑物的空间整体稳定性及有效传递水平力。 目前临沂地区绝大多数楼盖都是现浇楼盖，装配式楼盖在实际工程中有，但是不多。 高层建筑砼结构技术规程JGJ3-2010有如下规定： 1.房屋高度超过 50m 时，框架-剪力墙结构、筒体结构及本规程第 10 章所指的复杂高层建筑结构应采用现浇楼盖结构，剪力墙结构和框架结构宜采用现浇楼盖结构。79 2.房屋高度不超过 50m 时，8、9 度抗震设计时宜采用现浇楼盖结构；6、7 度抗震设计时可采用装配整体式楼盖。 3.房屋的顶层、结构转换层、大底盘多塔楼结构的底盘顶层、平面复杂或开洞过大的楼层、

42、作为上部结构嵌固部位的地下室楼层应采用现浇楼盖结构。一般楼层现浇楼板厚度不应小于 80mm，当板内预埋暗管时不宜小于 100mm；顶层楼板厚度不宜小于 120mm，宜双层双向配筋；转换层楼板应符合本规程第 10 章的有关规定；普通地下室顶板厚度不宜小于 160mm；作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于 180mm，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于 0.25。 4.现浇预应力混凝土楼板厚度可按跨度的 1/451/50 采用，且不宜小于 150mm。 80楼盖的主要形式：现浇楼盖：梁板式楼盖梁板式楼板是由板和梁组成，通常在纵横两个方向都设 置梁

43、，有主梁和次梁之分。适用于较大开间的房间。密肋楼盖省材料、自重轻、高度大、适用于大跨且梁高受限时、当 使用荷载较大时可有较好技术经济指标好；无梁楼盖适用于大跨且梁高受限、或升层法施工时；注意冲切问题非预应力平板楼盖广泛用于剪力墙、筒体结构、可降低层高，平整；跨度大时自重大、不经济现浇非预应力空心板楼盖81预制板楼盖预应力空心板楼盖适用于高度50m以下时，但要求严格（缝内设钢 筋、设现浇面层、加强板端连接）预应力大楼板楼盖与房间同尺寸，双向先张法预应力筋，板边齿槽；吊装问题预应力叠合板楼盖预制RC薄板（50-60mm），上现浇RC。省模板、刚大、整体性好无粘结预应力现浇平板822.4 2.4 基

44、础结构布置基础结构布置高层建筑的基础主要有有以下几种：1、钢筋混凝土筏形基础 当高层建筑层数不多、地基土较好、上部结构轴线间距较小且荷载不大时，可以采用钢筋混凝土筏形基础。2、箱形基础 是高层建筑广泛采用的一种基础类型。它具有刚度大、整体性好的特点，适用于上部结构荷载大而基础土质较软弱的情况。它既能够抵抗和协调地基的不均匀变形，又能扩大基础底面积，将上部荷载均匀传递到地基上，同时，又使部分土体重量得到置换，降低了土压力。3、桩基 也是高层建筑广泛采用的一种基础类型。桩基具有承载力可靠、沉降小的优点，适用于软弱地基土和可能液化的地基条件。震害调查表明，采用桩基常常可以减少震害。但是必须注意，在地

45、震区，应避免采用摩擦桩，因为在地震时土壤会因震动而丧失摩擦力。83 高层建筑结构在罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算结构薄弱层（部位）层间弹塑性位移应符合下式规定： 式中：up层间弹塑性位移； p层间弹塑性位移角限值，可按表2.13采用；对框架结构，当轴压比小于 0.40 时，可提高 10；当柱子全高的箍筋构造采用比本规程中框架柱箍筋最小配箍特征值大 30时，可提高 20，但累计提高不宜超过 25； h层高。huPP84 结论： 结构布置尽可能做到简单、规则、均匀、对称，使结构具有足够的承载力、刚度和变形能力，避免因局部破坏而导致整个结构破坏，避免局部突变和扭转效应而形成薄弱部位，使结构具有

46、多道抗震防线。85作业：名词解释：高层建筑、伸缩缝、沉降缝，防震缝。问答：1.高层建筑常用结构体系及其各自特点，适用范围； 2.高层建筑抗震设防结构布置原则； 3.几种常见楼盖形式及其各自特点。 86 第三章荷载作用与结构设计原则荷载作用与结构设计原则87 高层建筑所承受的荷载可分为竖向荷载和水平荷载两部分。 竖向荷载中恒荷载和活荷载与一般结构相同，与多层区别的是，这里竖载远大于多层，可能引起底层相当大的内力及附加内力（如二阶弯矩）。因此对高层侧移限制较严。又由于高层的特点，水平力的影响已上升为主要矛盾。抗风和抗震设计对高层建筑来说十分重要。 883.1 3.1 恒荷载及楼面活荷载的计算恒荷载

47、及楼面活荷载的计算3.1.1 3.1.1 恒荷载恒荷载( (永久荷载）永久荷载） 在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。 永久荷载应包括结构构件、围护构件、面层及装饰、固定设备、长期储物的自重，土压力、水压力，以及其他需要按永久荷载考虑的荷载。3.1.2 3.1.2 活荷载活荷载( (可变荷载）可变荷载） 结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。 民用建筑楼面均布活荷载， 工业建筑楼面活荷载，屋面活荷载等。 高层建筑活荷载不利布置产生的影响较小，且计算复杂，在设计中活荷载按满载考虑，不考虑活荷载的

48、不利布置。893.23.2风荷载风荷载 高层建筑除了地震作用的水平力外，主要的侧向荷载是风荷载，在荷载组合中起控制作用，因此高层建筑在风荷载作用下的结构分析与设计很重要。3.2.13.2.1风荷载标准值风荷载标准值 风对建筑物表面的作用力大小，与建筑物体型、高度、 建筑物所处位置、结构特性有关。 垂直于建筑物表面的单位面积上的风荷载标准值 可按下式计算。 式中， 高层建筑基本风压值； 风压高度变化系数； 风载体型系数； 风振系数。KW0WWSZZK0WZSZ90 基本风压值 我国建筑结构荷载规范(GB50009-2012)给出了各地的基本风压值。 风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上 1

49、0m 高度处 10min 平均的风速观测数据，经概率统计得出 50 年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，按贝努利（Bernoulli）公式确定的风压。 基本风压应按本规范规定的方法确定 50 年重现期的风压，但不得小于 0.3kN/m2。对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压的取值应适当提高，并应符合有关结构设计规范的规定。091 风压高度变化系数 对于平坦或稍有起伏的地形,风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表3.3(P27)确定。地面粗糙度可分为 A、B、C、D 四类：A 类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比

50、较稀疏的乡镇和城市郊区；C 类指有密集建筑群的城市市区；D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 Z92 风载体型系数 风载体型系数是指建筑物表面所受实际风压与基本风压的比值。通过实测可以看出，风压在建筑物表面的分布不是均匀的。在风荷载计算时，为简化计算，一般将建筑物各个表面的风压看成是均匀分布的。 风荷载体型系数与高层建筑的体型、平面尺寸等有关。 各种体型的风荷载体型系数见建筑结构荷载规范（GB5009-2012)S93 风振系数 建筑结构荷载规范GB50009-2012规定对于高度大于 30m 且高宽度比大于 1.5 的房屋，以及基本自振周期 T1 大于 0.25s 的各种高耸结构，应考

51、虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。顺风向风振响应计算应按结构随机振动理论进行。对于符合本规范第 8.4.3 条规定的结构，可采用风振系数法计算其顺风向风荷载。 风振系数的计算复杂，课下有兴趣自己可以研究一下。Z943.33.3地震作用地震作用3.3.13.3.1地震的基本知识地震的基本知识 地震：地球在不停地运动，深部岩石的应变超过容许值，岩层将发生断裂、错动和碰撞，从而引发地面振动。 按成因分类：地震分为天然地震和人工地震两大类。天然地震主要是构造地震、火山地震、陷落地震等。人工地震是指工业爆破、地下核爆炸造成的振动，高压注水以及大水库蓄水也会诱发地震。其中90%以上的地震为构造地震。9

52、596 震级：衡量地震释放能量的等级，用符号M表示。M=lgA M5的地震称为破坏地震；M7的地震称为强震或大地震；M8的地震称为特大地震。 地震烈度：地震时在一定地点震动的强烈程度。中国地震烈度表将地震烈度分为12度，中国地震烈度区划图给出了全国各地地震基本烈度取值。97 3.3.23.3.2地震作用的特点地震作用的特点 地震波传播产生地面运动，通过基础影响上部结构产生的振动称为结构的地震反应，包括加速度、速度和位移反应。 大多数结构的设计计算主要考虑水平地震作用，原因如下： 地面水平振动使结构产生移动和摆动； 扭转振动使结构扭转，其对房屋破坏性很大，但目前尚无法计算， 主要采用概念设计方法

53、加大结构的抵抗能力，以减少房屋破坏程 度； 地面竖向振动只在震中附近的高烈度区影响房屋结构。98 地面运动的特性可以用三个特征量来描述：强度（由振幅值大小表示）、频谱和持续时间。 强度、频谱和持续时间也被称为地震动三要素，其原因是： 如果地震的加速度或速度幅值很大，但地震时间短，建筑的破坏可能不大; 如果地面运动的加速度或速度幅值不太大，但地震波的卓越周期（频谱分析中能量占主导地位的频率成分）与结构物基本周期接近，或者振动时间很长，其将对建筑物造成严重影响99 建筑本身的动力特性对建筑物是否破坏和破坏程度也很大的影响。 （建筑物动力特性是指建筑物的自振周期、振型和阻尼，它们与建筑物的质量和结构

54、的刚度有关。） 质量大、刚度大、周期短的建筑物在地震作用下的惯性力较大； 刚度小、周期长的建筑物位移较大，但惯性力较小； 当地震波的周期与建筑物自振周期相近时，会引起类共振，结构的地震反应加剧。100 3.3.33.3.3房屋破坏的直接原因房屋破坏的直接原因 地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂缝或错位等地面变形，对上部建筑物的直接危害。 地震引起的砂土液化，软土震陷等地基失效，对上部建筑物的破坏。 建筑物在地面激发下产生剧烈震动过程中因结构强度不足、 过大变形、连接破坏，结构失稳或整体倾覆而破坏。 1013.3.43.3.4震害规律震害规律 房屋体形方面： L形等复杂平面房屋破坏率显著增高；有

55、大地盘的高层建筑群房顶面与主楼相接处，楼板面积突然减小的楼层破坏程度加重 屋高宽比值较大且上面各层刚度很大的高层建筑底层框架柱因地震倾覆力矩引起的巨大压力而发生剪压破坏； 防震缝处多因缝的宽度太小而发生碰撞。102结构体系方面 相对框架体系而言，采用“框墙体系”（框剪体系）的房屋破坏程度轻，特别有利于保护填充墙和装饰免遭破坏。 采用“填充墙框架”体系的房屋，在钢筋混凝土框架平面内嵌砌砖填充墙时，柱上部易发生剪切破坏，外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切破坏。 采用“钢筋混凝土板柱体系”的房屋，或因楼板冲切破坏，或因楼层侧移过大柱顶、柱脚破坏，各层楼板坠落，重叠在地面上。 采用“框

56、托墙”体系（框支剪力墙）的房屋，相对柔弱的底层，破坏程度十分严重。103刚度分布方面 采用L形、三角形等不对称平面的建筑，地震时发生扭转破坏而使震害加重； 矩形平面建筑，电梯间竖筒等抗侧力构件布置存在偏心时，同样因扭转而使震害加重。 104构件形式方面 钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙（连梁）常发生斜向裂缝或交叉裂缝。 在框架结构中，绝大多数情况下，柱的破坏程度重于梁和板。 钢筋混凝土框架，如在同一楼层中出现长、短柱并用的情况，短柱破坏严重。（短柱：钢筋混凝土结构中按内力计算值得到的剪跨比MC/(VCh0)不大于2、反弯点在柱子高度中部、柱净高与柱截面高度之比Hn/h不大于4）。 配筋螺旋箍的钢筋

57、混凝土柱，当层间位移角达到很大数值时，核心混凝土依然保持完好，依然具有较大的竖向承载力；对于配制方形箍的钢筋混凝土柱，箍筋绷开，核心混凝土破碎脱落。105 3.3.5 高层建筑结构的抗震设防 抗震设防烈度及抗震设防类别： 根据建筑抗震设计规范GB50011-2010，抗震设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，一般情况下，取50年内超越概率10%的地震烈度。 建筑工程抗震设防分类标准（GB 502232008）建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：1特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊

58、设防的建筑。简称甲类。2重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。3标准设防类：指大量的除 1、2、4 款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。4适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。106 工程设计时根据抗震设防烈度和抗震设防分类分别采取抗震构造措施和计算地震作用具体见高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 32010） 抗震设防目标：根据建筑抗震设计规范按本规范进行抗震设计的建筑，其基本的抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈

59、度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用（小震不坏）；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用（中震可修）；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏（大震不倒）。使用功能或其他方面有专门要求的建筑，当采用抗震性能化设计时，具有更具体或更高的抗震设防目标。 抗震设防的三个水准目标即“小震不坏，中震可修，大震不倒小震不坏，中震可修，大震不倒”。 107 小、中、大震是指概率统计意义上的地震烈度大小： 小震是指该地区50年内超越概率约为63的地震烈度，即众值烈度，又称多遇地震。进行内力位移计算和截面

60、设计 中震是指该地区50年内超越概率约为10的地震烈度，又称基本烈度或设防烈度。采取构造措施 大震是指该地区50年内超越概率约为23的地震烈度，又称为罕遇地震。采取构造措施，薄弱层防倒塌验算108 各个地区和城市的设防烈度是由国家规定的。某地区的设防烈度，是指基本烈度，也就是指中震。小震烈度大约比基本烈度低1.55度，大震烈度大约比基本烈度高1度。109两阶段设计方法两阶段设计方法 对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段设计”来实现。第一阶段第一阶段 STEP1: 采用第一水准烈度的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力等荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进