高层建筑结构受力特点和结构概念设计

1、2.1 高层建筑结构上的荷载和作用2.2 高层建筑结构的受力特点和工作特点2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置2.4 高层建筑结构的概念设计back在地震区，往往是地震荷载与垂直荷载的组合起控制作用；在非地震区，则是风荷载和垂直荷载的组合起控制作用。抗风设计和抗震设计对高层建筑结构来说是十分重要的。backback333n楼面活荷载高层建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数，应按荷载规范取值。设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值应乘以规定的折减系数。n屋面活荷载房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载应按下表中的数值采用。屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。

2、标准值组合值系数频遇值系数 准永久值系数(kN/m2)1不上人屋面0.50.70.502上人屋面20.70.50.43屋顶花园30.70.60.5表2.1.1项次类别fqcback大量工程设计结果：n钢筋混凝土高层建筑结构竖向荷载(恒荷载或活荷载)平均值约为15kN/m2 框架、框架剪力墙结构：1214kN/m2 剪力墙、筒中筒结构：1416kN/m2n这些竖向荷载估算的经验数据，在方案阶段非常有用，它成为估算地基承载力、估算结构底部剪力和初定结构截面的依据。n 在计算高层建筑竖向荷载下产生的内力时，一般可以不考虑活荷载的不利布置，按满布活荷载计算。 backback当计算主要承重结构时kw

3、zsz0w (计算围护结构时垂直作用在建筑物表面上的单位面积风荷载按下述公式计算：式中 k风荷载标准值（kN/m2 ） 0基本风压（kN/m2）z z高度处风振系数； gz z高度处阵风系数； z风压高度变化系数； s风荷载体型系数。(2-1-1)(2-1-2)back (2-1-3)式中0基本风压(kN/m2)； 空气的密度，取0.125kg/m3；0 平均风速(m/s)。上海：重现期50年:0 0.55；重现期100年:0 0.60 back 基本风压值系以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min平均最大风速0为标准，确定的风压值。基本风压计算公式如下： 定义某类地

4、区上空z高度处的风压与基本风压的比值。通常认为在离地面高度为300500m时，风速不再受地面粗糙度的影响。地面粗糙度分类A类：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类：田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类：有密集建筑群的城市市区；D类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区。山区高层建筑高度变化系数的修正位于山区的高层建筑，高度变化系数按荷载规范相应的规定进行修正。 backu概述风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力(或吸力)与来流风的速度压的比值，它描述了建筑物表面在稳定风压作用下静态压力的分布规律。相关因素：建筑物的体型、尺度、表面位置及表面状况、也与

5、周围环境和底面粗糙度有关。风载体型系数的标注正值为压力，负值为吸力。作用方向：与建筑物表面垂直。backu概述u各种体型风荷载体型系数 u群体效应 u维护结构的风荷载体型系数与规范中给定的体型类同时，按规范采用；与规范中给定的体型不同时，可参考有关资料采用；与规范中给定的体型不同且无参考资料可以借鉴时，宜由风洞试验确定；对于重要且体型复杂的结构，应由风洞试验确定。u群体效应多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互之间距离较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应。一般将单独建筑物的体型系数乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验得出。backu维护结构的风荷载体型

6、系数 验算维护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风局部风压压体型系数： 外表面 正压区：按规范采用 负压区： 对墙面，取-1.0； 对墙角边，取-1.8； 对檐口、雨蓬、遮阳板、等突出构件，取-2.0.； 对屋面局部部位(周边和屋面坡度大于10的屋脊部位)，取-2.2。 内表面对封闭式建筑物，按外表面风压的正负情况取-0.2或0.2。back 对于基本自振周期大于0.25s的工程结构,如房屋、屋盖及各种高耸结构，以及对于高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋，应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。(2-1-4)式中振型系数，一般由结构动力学计算确定；对于质量和刚度沿高度分布均匀

7、的弯剪型结构，也可近似采用振型计算点高度与房屋高度的比值； 脉动增大系数； 脉动影响系数；z（5）阵风系数gz计算维护结构风荷载的阵风系数可按荷载规范取值。backwzz0wni 1iisiBcos (2-1-5)式中 Bi 第个面宽度；i第个面法线与风作用方向的夹角。u当建筑物的某个表面与风作用方向垂直时i =0，这个表面的风压全部计入总风荷载；u当建筑物某个表面与风作用方向平行时i =90 ，这个表面的风压不计入总风荷载；其它情况都应计入该表面上风力在作用方向的投影值。u各表面风荷载的合力作用点即为总风荷载的作用点。n总风荷载n局部风荷载backbackback说明： 第一阶段为弹性分析，

8、包括截面设计和变形计算； 大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。集中质量模型n设计地震作用的方向l水平（两个）l竖向（一个）n结构效应的方向l平动（两个水平、一个竖向）l扭转（竖轴）n地震动特性方面l抗震设防烈度-表2.5l设计近远震-表2.6l场地类别-表2.6n结构特性方面l结构自振周期l建筑质量（重力荷载）l结构阻尼比（材料）n 水平地震作用的计算原则 一般情况下，应允许在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用计算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度15时，应分别计算各抗侧力构件反方向的水平地震作用。 质量和刚度明显不均匀、不

9、对称的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响6度区（除甲类建筑和IV类场地上的较高房屋外）可不算竖向地震作用7-9度区（除可不进行上部结构抗震验算的房屋外）均算8、9度大跨度结构和长悬臂结构9度的高层建筑对于质量和刚度沿高度较均匀的框架结构，框架-剪力墙结构和剪力墙结构TTuT7 . 11考虑非承重砌墙刚度对结构自振周期影响的折减系数，框架结构0.6-0.7；框架剪力墙0.7-0.8；剪力墙0.9-1.0(2-1-5)结构自振周期，s假定把楼层重力荷载代表值作为楼层作用的水平力，然后按弹性方法计算结构顶点的水平位移。n重力荷载代表值 永久荷载（建筑结构和构配件自重）标准值+可变荷载（雪、积灰

10、、楼面活荷载）组合值niikQikEQGG1永久荷载标准值组合值系数:按建筑抗震设计规范表5.1.3采用可变荷载标准值(2-1-6)n水平地震影响系数水平地震影响系数最大值T(s)max0.45max0 0.1Tg（特征周期） 3.0=(Tg/T)2max =0.2 max图2.1 水平地震影响系数曲线表2.1 水平地震影响系数最大值表2.2 特征周期 TgeqniiiniiiniiniiEkGGmHGaFFF11111111111EkniiiiiiFHGHGF1mHiHiFiFEkFnn1EknnFFniminiFFV 顶部附加地震作用 突出屋面小建筑物 适用条件Geq结构等效重力荷载代表值

11、SDOF：Geq=G1MDOF： Geq=Sum(Gi)*0.85 水平地震影响系数1ijijjjiGaF计算振型计算地震影响系数和振型参与系数计算振型地震作用计算振型地震效应振型组合xg(t)xi(t)njijinniijiiiiyayayayayax12211a1iajiani两点注意：计算步骤塔楼对于不考虑扭转耦联振动影响的结构，结构第 j 振型 i 质点的水平地震作用标准值：第1振型第2振型第j振型 jniijiniijiGXGX121 mjjSS12FviHiFviFEvk 楼屋盖的竖向地震作用效应分配 按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配 平板型网架屋盖和跨度大于24m的屋架（8

12、、9度） eqeqveqvEvkGGGFmaxmax165. 0EvkniiiiiviFHGHGF1niieqGG175. 0 长悬臂和其它大跨结构（8、9度）iviGF)2.0, 1.0(iviGFn采取合理的平面和立面设计，避免截面的突变。n合理选择结构型式，降低结构约束程度，从而减小约束应力。n合理布置分布钢筋，重视构造钢筋作用，加强构造配筋。n在顶层、 屋顶、 山墙及纵墙两端开间等温度变化影响较大的提高配筋率。n优选有利于抗拉性能的混凝土级配，减少坍塌度，对于超长结构采用后浇带方法施工或结构划分为长度较短的区段。采取利用压缩性小的地基，减少总沉降量及沉降差。对于不同高度及基础设计成整体

13、的结构，在施工时将他们暂时断开，待主体结构施工完毕，已完成大部分沉降量以后再浇灌连接部分的混凝土。将裙房做在高层建筑的悬挑基础上，达到裙房与高层部分沉降一致。综合采用上述方法处理。防震缝宽度必须符合JGJ3-2002高层建筑混凝土级结构技术规程的规定。防震缝两侧结构体系不同时其宽度应按不利的结构类型确定；防震缝两侧的房屋高度不同时，其宽度应按较低的房屋高度确定；防震缝宜沿房屋全高设置；地下室，基础不可设防震缝，但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接；当结构单元之间或主楼与裙房之间无可靠措施，不应采用牛腿托梁的做法设置防震缝。n结构设计时，应考虑高层建筑结构的整体工作性能n水平作用对高层建筑结构

14、的影响占主导地位n高层建筑结构具有刚度大、延性差易损的特点n在进行结构设计时，应考虑结构的薄弱层。2.3.1 结构总体布置原则结构体系确定后，结构总体布置应密切结合建筑设计进行，使建筑物具有良好的造型和合理的传力路径。因此，结构体系受力性能和技术经济指标能否作到先进合理，与结构布置密切相关。 钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比分为A级和B级。A级高度和B级高度钢筋混凝土结构最大适宜高度应符合如下表规定。 抗震设防烈度6度、 7度8度9度框架、 板柱剪力墙5432框架剪力墙5543剪力墙6654筒中筒、 框架核心筒6654A级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比结构体系非抗震设计

15、6度、7度8度876B级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比非抗震设计抗震设防烈度(1) 在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。(2) 高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。(3) 抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面布置宜符合下列要求 ： 面宜简单、规则、对称、减少偏平面长宽不宜过长，突出部分长度不宜过大，长宽比等满足规程要求。 不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。 (4) 抗震设计的B级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑，其平面布置应简单、规则，减少偏心。 (5) 结构平面布置应减少扭转的影响。 (6) 当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。 n高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。n抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻楼层侧向刚度的70或其上、下相邻三层侧向刚度平均值的80。nA级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层