第13章高层建筑结构

1、第13章 高层建筑结构13.1 概述概述13.2 高层建筑的基本结构体系高层建筑的基本结构体系13.3 高层建筑结构的特殊布置高层建筑结构的特殊布置13.4 巨型高层建筑结构型式巨型高层建筑结构型式13.1 概述13.1.1 高层建筑结构特点n 占地面积小、获得建筑面积多：对城市造成热岛效应 或影响周边采光，玻璃幕墙可能造成光污染现象。n 可提供更多空闲场地：可用作绿化，提供充足的日照、采光和通风效果。n 结构设计中水平荷载起控制作用（风荷载和地震作用）n 侧向位移须限制：层间位移过大，将导致承重构件或非承重构件损坏；n 工程造价较高：竖向交通和防火要求导致。13.1 概述13.1.1 高层建

2、筑结构特点图图13-1-1 高层建筑的设计控制指标高层建筑的设计控制指标特点：特点：13.1 概述13.1.2 高层建筑结构的设计理念n (1)由平面构件向空间构件发展n (2)由分散的构件向集约化大构件发展n (3)由弯剪受力向轴向力发展n (4)由简单体型向复杂体型发展n (5)由普通材料向高强度材料发展n (6)由单一结构向组合结构发展n (7)由结构抗侧向耗能减震发展n (8)由普通结构向轻质预应力方向发展13.1 概述13.1.2 高层建筑结构的理念图图13-1-2 世界最高高层建筑世界最高高层建筑13.1 概述13.1.2 高层建筑结构的理念图图13-1-3 我国在建的超高层建筑效

3、果图我国在建的超高层建筑效果图13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.1 框架结构体系图图13-2-1 框架结构的受力与变形框架结构的受力与变形13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.1 框架结构体系13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.1 框架结构体系图图13-2-2 框架结构平面布置框架结构平面布置13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.2剪力墙结构体系图图13-2-3 剪力墙截面的形式剪力墙截面的形式13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.2剪力墙结构体系图图13-2-4 剪力墙结构的布置剪力墙结构的布置13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.2剪力墙结构体系图图13-2-

4、5 剪力墙结构布置实例剪力墙结构布置实例13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.2剪力墙结构体系图图13-2-6 剪力墙开洞大小的变化剪力墙开洞大小的变化13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.3 框架剪力墙结构体系图图13-2-7 楼盖犹如支撑在剪力堵上的深梁楼盖犹如支撑在剪力堵上的深梁13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.3 框架剪力墙结构体系图图13-2-8框架剪力墙结构框架剪力墙结构计算简图计算简图图图13-2-9 框架剪力墙结构受框架剪力墙结构受力与变形的协调力与变形的协调13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.3 框架剪力墙结构体系图图13-2-10 剪力墙布置剪力墙布置

5、13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.3 框架剪力墙结构体系图图13-2-11 广东省人民银行广东省人民银行13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.4筒体结构体系图图13-2-12 筒体结构的平面布置筒体结构的平面布置13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.4筒体结构体系图图13-2-13 筒体结构布置实例筒体结构布置实例13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.4筒体结构体系图图13-2-14 西尔斯大厦西尔斯大厦加强桁架13.2 高层建筑的基本结构体系13.2.4筒体结构体系美国芝加哥韦莱集团大厦443米不含天线 （110层）13.3高层建筑结构的特殊布置图图13-3-1 框支剪力

6、墙结构框支剪力墙结构13.3高层建筑结构的特殊布置图图13-3-2 筒体结构底部柱子的转换筒体结构底部柱子的转换13.3高层建筑结构的特殊布置图图13-3-3 转换结构的型式转换结构的型式13.3高层建筑结构的特殊布置图图13-3-4 大连市友好广场高层住宅的结构布置大连市友好广场高层住宅的结构布置13.3高层建筑结构的特殊布置图图13-3-5 上海兴联大厦剪力墙结构布置上海兴联大厦剪力墙结构布置(a)底层结构平面图底层结构平面图;(b)标准层结构平面图标准层结构平面图13.3.2带水平加强层的高层建筑结构图图13-3-6 水平析架结构体系水平析架结构体系(a)条带析架体系条带析架体系;(b)

7、错层拓架体系错层拓架体系图图13-3-7 设水平桁架结构变位图设水平桁架结构变位图13.3.2带水平加强层的高层建筑结构图图13-3-8 上海世贸国际广场上海世贸国际广场 图图13-3-9 11层以下结构平面布置层以下结构平面布置13.3.2带水平加强层的高层建筑结构图图13-3-10 巨型外框中钢结构次框架布置巨型外框中钢结构次框架布置13.3.2带水平加强层的高层建筑结构图图13-3-11伸臂桁架的布置伸臂桁架的布置图图13-3-12 楼板平面内水平支撑结构布置楼板平面内水平支撑结构布置13.3.3 带水平加强层的高层建筑结构图图13-3-13 悬挂式结构悬挂式结构13.3.3 带水平加强

8、层的高层建筑结构图图3-3-15 同济大学图书馆总平面图同济大学图书馆总平面图13.3.3 带水平加强层的高层建筑结构图图13-3-16 同济大学图书馆结构布置同济大学图书馆结构布置13.3.4 高层建筑板柱核心筒结构图图13-3-17 广州远洋大厦结构布置广州远洋大厦结构布置13.3.5 钢结构支撑的布置图图13-3-18 钢结构框架钢结构框架“K”形支撑形支撑1 1、起源于、起源于2020世纪世纪6060年代。年代。2 2、主次结构（其他结构形式以楼层作为基本结构单元）、主次结构（其他结构形式以楼层作为基本结构单元）主结构：巨型柱和巨型梁主结构：巨型柱和巨型梁巨型柱：巨型钢骨混凝土柱、空间

9、格构式桁架或筒体，截面高度超巨型柱：巨型钢骨混凝土柱、空间格构式桁架或筒体，截面高度超过一个普通框架的柱距尺寸。过一个普通框架的柱距尺寸。巨型梁：平面或空间格构式桁架。截面高度达一层或数层楼层高度，巨型梁：平面或空间格构式桁架。截面高度达一层或数层楼层高度，间距为隔若干楼层设置一道。间距为隔若干楼层设置一道。次结构：主结构之外的结构。布置在巨型框架的每个大层内。支撑次结构：主结构之外的结构。布置在巨型框架的每个大层内。支撑或悬挂于巨型梁上。或悬挂于巨型梁上。13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.1巨型建筑结构的概况巨型建筑结构的概况 （1）巨型框架结构的优越性）巨型框架结构的优越性 1）巨型

10、框架结构体系有很好的建筑适应性和结构的性能）巨型框架结构体系有很好的建筑适应性和结构的性能 ，在主体巨，在主体巨型结构的平面布置和沿高度布置均为规则的前提下，建筑布置和建筑空型结构的平面布置和沿高度布置均为规则的前提下，建筑布置和建筑空间在不同楼层可以有所变化，形成不同的建筑平面和空间，例如有些建间在不同楼层可以有所变化，形成不同的建筑平面和空间，例如有些建筑在某些层需要大空间，甚至实现穿透结构的大洞口。筑在某些层需要大空间，甚至实现穿透结构的大洞口。 2）矩形框架结构体系的整体刚度比一般建筑房屋大，建筑结构整体）矩形框架结构体系的整体刚度比一般建筑房屋大，建筑结构整体性好整体稳定性更好。性好

11、整体稳定性更好。 3）巨型框架结构体系可先施工其主框架，待主框架完成后分开各个工）巨型框架结构体系可先施工其主框架，待主框架完成后分开各个工作面同时施工次框架，巨型结构的施工方法可大大加快施工进度。作面同时施工次框架，巨型结构的施工方法可大大加快施工进度。 4）巨型结构中可将多种结构形式及不同材料进行组合，实现建筑的）巨型结构中可将多种结构形式及不同材料进行组合，实现建筑的多功能化，满足有特殊功能要求的建筑。多功能化，满足有特殊功能要求的建筑。 5）巨型框架结构传力明确。巨型结构是一种新型结构体系，主框架）巨型框架结构传力明确。巨型结构是一种新型结构体系，主框架为主要的抗侧力体系和承重体系。次

12、结构只起到辅助作用和大震下的耗为主要的抗侧力体系和承重体系。次结构只起到辅助作用和大震下的耗能作用，并负责将荷载传给主结构，传力路径十分明确，次结构不参与能作用，并负责将荷载传给主结构，传力路径十分明确，次结构不参与抗侧。抗侧。 6）具有更高的稳定性和效能。可节约材料，降低造价，使建筑物更）具有更高的稳定性和效能。可节约材料，降低造价，使建筑物更加经济适用。加经济适用。3 3、特点、特点（2）巨型框架结构存在的弊端）巨型框架结构存在的弊端 1） 高层建筑不利于消防的，超高层建筑的消防难度不言而喻。所以高层建筑不利于消防的，超高层建筑的消防难度不言而喻。所以巨型框架巨型框架 结构的消防要立足自救

13、，其消防设施必须严格满足超高层超高结构的消防要立足自救，其消防设施必须严格满足超高层超高层建筑室内层建筑室内 防火规范的规定；巨型框架结构的玻璃幕墙易造成光污染；防火规范的规定；巨型框架结构的玻璃幕墙易造成光污染；巨型框架结构的中低层居室内的日晒得不到保证；电磁辐射、风环境对巨型框架结构的中低层居室内的日晒得不到保证；电磁辐射、风环境对城市环境和周围建筑产生不利影响。城市环境和周围建筑产生不利影响。 2） )超高层巨型结构形体复杂化、构件立体化，与常规建筑有较大超高层巨型结构形体复杂化、构件立体化，与常规建筑有较大差异，目差异，目 前没有现成的规范规定巨型结构的抗风、抗震设计，待专门部前没有现

14、成的规范规定巨型结构的抗风、抗震设计，待专门部门研究后一般结构振动控制方法是否有效。门研究后一般结构振动控制方法是否有效。 3） 关于巨型结构的力学模型建立和结构分析方法的研究，是一个迫关于巨型结构的力学模型建立和结构分析方法的研究，是一个迫切的课题。切的课题。 从解析角度分析巨型结构将碰到难以克服的困难，因为巨型从解析角度分析巨型结构将碰到难以克服的困难，因为巨型结构存在明显的结构层次。受计算机容量和运算速度的限制，有限元法结构存在明显的结构层次。受计算机容量和运算速度的限制，有限元法很难进行空间弹塑性分析。很难进行空间弹塑性分析。 4） 无法合理确定结构刚度。与国外超高层建筑相比，我国的设

15、计方无法合理确定结构刚度。与国外超高层建筑相比，我国的设计方案偏于刚案偏于刚 性，相应的地震作用也偏大，如何进行合理优化设计、得到合性，相应的地震作用也偏大，如何进行合理优化设计、得到合理刚度是亟待解决的问题。理刚度是亟待解决的问题。（1）巨型框架）巨型框架（2）巨型支撑）巨型支撑（3）巨型悬挂）巨型悬挂（4）巨型分离）巨型分离 巨型分离式结构，是由若干个相对独立的结构（一般是筒体结构）构成巨型构件连接而成的一种巨型结构。4 4、受力体系分类、受力体系分类（1）钢筋混凝土）钢筋混凝土（2）钢骨钢筋混凝土）钢骨钢筋混凝土（3）钢）钢-钢筋混凝土钢筋混凝土（4）钢结构）钢结构 5 5、主要材料、主

16、要材料13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.2 钢筋混凝土巨型框架图图13-4-1巨型框架结构巨型框架结构图图13-4-2 深圳亚洲大洒店深圳亚洲大洒店图图13-4-2 深圳亚洲大洒店深圳亚洲大洒店13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.3 巨型钢刚架结构图图13-4-3 北京电视中心综合业务楼平面图北京电视中心综合业务楼平面图13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.3 巨型钢刚架结构图图13-4-4 “ L” 形复合巨型柱形复合巨型柱13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.3 巨型钢刚架结构图图13-4-5 巨形钢桁架梁巨形钢桁架梁13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.3 巨型钢刚架结构

17、图图13-4-6 结构立面图结构立面图13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.3 巨型钢刚架结构图图13-4-7 开口结构平面布置开口结构平面布置13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.3 巨型钢刚架结构图图13-4-9 台北台北101大楼结构体系大楼结构体系13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.3 巨型钢刚架结构台北台北101大楼阻尼器大楼阻尼器13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.2 巨型钢刚架结构图图13-4-10台北台北101大楼阻尼器大楼阻尼器 图图13-4-11上海浦东金茂大厦上海浦东金茂大厦13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.3 巨型框架一核心筒结构图图13-4-12 金

18、茂大厦主楼结构体系金茂大厦主楼结构体系13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.4 巨型框架一核心筒结构上海环球金融中心上海环球金融中心图图13-4-14 上海环球金融中心布置图上海环球金融中心布置图上海环球金融中心 492米（101层）13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.4 巨型框架一核心筒结构图图13-4-15 竖向析架结构竖向析架结构 图图13-4-16 汉考克大厦汉考克大厦（芝加哥芝加哥343m）13.4 巨型高层建筑结构型式13.4.4 巨型框架一核心筒结构图图13-4-17 香港中银大厦香港中银大厦同济大学图书馆同济大学图书馆地上12层 地下2层 高50米 层高3.9米 筒壁300450 挑梁400 x115013.4.5 巨型框架其它实例 慕尼黑BMW办公大楼 22层，四个花瓣形楼面由四根预应力砼吊杆挂在悬挑支架上 南非约翰内斯堡标准银行大楼 37层，共设3道悬挑桁架，各挂12层楼面 竖筒竖筒 巨型框架结构体系巨型框架结构体系香港汇丰银行香港汇丰银行62 巨型框架结构体系香港汇丰银行香港汇丰银行 整个巨型框架整个巨型框架结构由结构由8根钢管组根钢管组合柱承重，每根合柱承重，每根组合柱由组合柱由4根底部根底部最 大 直 径 为最 大 直 径 为1400mm的钢管组的钢管组成，纵、横向桁成，纵、横向桁架梁共有架梁共有5层，每层，每道桁架梁伸出柱道桁