力学与结构_16混凝土多高层建筑结构

1、 第16章 混凝土多高层建筑结构3.1第16章 混凝土多高层建筑结构 第16章 混凝土多高层建筑结构3.2 多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 多高层建筑结构体系的总体布置原则多高层建筑结构体系的总体布置原则 多高层建筑结构的荷载多高层建筑结构的荷载 框架结构的内力和位移计算框架结构的内力和位移计算 多高层建筑结构抗震设计要点多高层建筑结构抗震设计要点本章内容本章内容 第16章 混凝土多高层建筑结构3.3 教学要求：教学要求：本章要求学生掌握多高层建筑结构的特点、总体布置本章要求学生掌握多高层建筑结构的特点、总体布置原则、结构类型及适用范围；各种荷载的计算方法；抗震设

2、计要点及原则、结构类型及适用范围；各种荷载的计算方法；抗震设计要点及构造措施。重点掌握底部剪力法。构造措施。重点掌握底部剪力法。 第16章 混凝土多高层建筑结构3.4 本节重点介绍多高层建筑的概念、结构类型、特点、适用范围以及选型原则。本节重点介绍多高层建筑的概念、结构类型、特点、适用范围以及选型原则。随着社会生产力和现代科学技术的发展，在一定条件下出现了高层建筑。从随着社会生产力和现代科学技术的发展，在一定条件下出现了高层建筑。从20世纪世纪90年年代到代到21世纪初，我国高层建筑有了很大的发展，一批现代高层建筑以全新的面貌呈现在世纪初，我国高层建筑有了很大的发展，一批现代高层建筑以全新的面

3、貌呈现在人们面前。由于高层建筑具有占地面积小、节约市政工程费用、节省拆迁费、改变城市人们面前。由于高层建筑具有占地面积小、节约市政工程费用、节省拆迁费、改变城市面貌等优点，为了改善城市居民的居住条件，在大城市和某些中等城市中，多高层住宅面貌等优点，为了改善城市居民的居住条件，在大城市和某些中等城市中，多高层住宅发展十分迅速，主要用于住宅、旅馆以及办公楼等建筑。发展十分迅速，主要用于住宅、旅馆以及办公楼等建筑。 但是对于多少层数、多大高度的建筑才算高层建筑，目前世界各国尚没有统一划分但是对于多少层数、多大高度的建筑才算高层建筑，目前世界各国尚没有统一划分标准和界限。我国标准和界限。我国高层建筑混

4、凝土结构设计规程高层建筑混凝土结构设计规程(JGJ 32002)(简称简称高规高规)规定规定了高层建筑的范围即了高层建筑的范围即10层及层及10层以上或房屋高度超过层以上或房屋高度超过28m的非抗震设计和抗震设防烈度的非抗震设计和抗震设防烈度为为6至至9度抗震设计的高层民用建筑结构度抗震设计的高层民用建筑结构(其适用的房屋最大高度和结构类型应符合规程的其适用的房屋最大高度和结构类型应符合规程的有关规定有关规定)。随着社会主义经济建设的迅速发展，全国各地高层建筑似雨后春笋般拔地而。随着社会主义经济建设的迅速发展，全国各地高层建筑似雨后春笋般拔地而起，大大改变了我国一些大城市的面貌。同时人们不断地

5、追求着建筑造型的新颖、建筑起，大大改变了我国一些大城市的面貌。同时人们不断地追求着建筑造型的新颖、建筑的多功能以及多用途，使得多高层建筑不再单一化，出现了很多体型复杂以及内部空间的多功能以及多用途，使得多高层建筑不再单一化，出现了很多体型复杂以及内部空间多变的多高层建筑，除矩形、一字形以外，还出现了多变的多高层建筑，除矩形、一字形以外，还出现了“Z”、“Y”等复杂体型。等复杂体型。多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 第16章 混凝土多高层建筑结构3.5 在我国内地具有代表性的高层建筑是：在我国内地具有代表性的高层建筑是：1976年在广州建成年在广州建成33层的白云宾馆

6、，其中地下室层的白云宾馆，其中地下室1层，层，总高度为总高度为m，钢筋混凝土剪力墙结构，是，钢筋混凝土剪力墙结构，是20世纪世纪70年代国内的最高建筑；年代国内的最高建筑；1985年建成的深圳国年建成的深圳国际贸易中心大厦共际贸易中心大厦共53层，其中地下室层，其中地下室3层，高层，高m，钢筋混凝土筒中筒结构，这是我国，钢筋混凝土筒中筒结构，这是我国20世纪世纪80年年代最高的建筑，如图代最高的建筑，如图16.1所示；所示；1996年建成的深圳地王商业大厦共年建成的深圳地王商业大厦共81层，高层，高m，是当时全国最，是当时全国最高的建筑，如图高的建筑，如图16.2所示；所示；1998年建成的上

7、海金茂大厦共年建成的上海金茂大厦共88层，高层，高m，是目前全国第一、亚洲，是目前全国第一、亚洲第二、世界第三的摩天大楼，如图第二、世界第三的摩天大楼，如图16.3所示。所示。图图16.1 深圳国际贸易中心大厦深圳国际贸易中心大厦多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 第16章 混凝土多高层建筑结构3.6图图16.2 深圳地王商业大厦深圳地王商业大厦多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 第16章 混凝土多高层建筑结构3.7图图16.3 上海金茂大厦上海金茂大厦多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 我国高层建筑的迅速发展，建筑

8、高度的不断我国高层建筑的迅速发展，建筑高度的不断增加，建筑类型和功能愈来愈复杂，结构体系更增加，建筑类型和功能愈来愈复杂，结构体系更加多样化，所有这些都显示我国多高层建筑结构加多样化，所有这些都显示我国多高层建筑结构设计和施工技术水平有了很大的设计和施工技术水平有了很大的 提高。提高。一、一、 多高层建筑结构的特点多高层建筑结构的特点 (1) 从受力角度出发，多高层建筑结构的主从受力角度出发，多高层建筑结构的主要特点是：随着建筑层数的增高，建筑物承受的要特点是：随着建筑层数的增高，建筑物承受的水平侧向荷载将逐渐成为结构设计的控制因素。水平侧向荷载将逐渐成为结构设计的控制因素。一般结构通常同时承

9、受垂直荷载、水平荷载一般结构通常同时承受垂直荷载、水平荷载(风风荷载和地震作用荷载和地震作用)。在低层结构中，垂直荷载起。在低层结构中，垂直荷载起控制作用，而水平荷载所产生的内力和位移都很控制作用，而水平荷载所产生的内力和位移都很小，一般可以忽略；小，一般可以忽略； 第16章 混凝土多高层建筑结构3.8在多高层结构中，水平荷载产生的内力和位移逐渐增大；随着建筑层数的增加，水平荷在多高层结构中，水平荷载产生的内力和位移逐渐增大；随着建筑层数的增加，水平荷载的影响比垂直荷载的影响增加得快，因此在高层建筑中，风荷载和水平地震作用将成载的影响比垂直荷载的影响增加得快，因此在高层建筑中，风荷载和水平地震

10、作用将成为控制因素。正确认识多高层建筑的这一特点，对设计好多高层建筑影响颇大，在高层为控制因素。正确认识多高层建筑的这一特点，对设计好多高层建筑影响颇大，在高层建筑结构体系中，必须采用可靠的抗侧力结构体系来有效抵抗水平荷载的作用。建筑结构体系中，必须采用可靠的抗侧力结构体系来有效抵抗水平荷载的作用。 (2) 高层建筑对变形要求高。高层建筑在水平荷载作用下将会产生较大的侧向位移，高层建筑对变形要求高。高层建筑在水平荷载作用下将会产生较大的侧向位移，如这种位移过大，势必将影响结构的强度、稳定性和建筑的使用条件。因此，对于高层如这种位移过大，势必将影响结构的强度、稳定性和建筑的使用条件。因此，对于高

11、层建筑的水平位移必须加以限制，使其具有足够的建筑刚度。建筑的水平位移必须加以限制，使其具有足够的建筑刚度。 (3) 从材料的应用及施工角度出发，多高层建筑结构宜选用轻质、高强的材料，并应从材料的应用及施工角度出发，多高层建筑结构宜选用轻质、高强的材料，并应采用更先进的施工技术和机具。采用更先进的施工技术和机具。 (4) 从设计角度出发，多高层建筑结构设计除计算设计、构造设计外，应特别重视从设计角度出发，多高层建筑结构设计除计算设计、构造设计外，应特别重视“概念设计概念设计”。因为对高层建筑而言，一些复杂部位或不确定因素的作用是无法通过计。因为对高层建筑而言，一些复杂部位或不确定因素的作用是无法

12、通过计算分析来进行设计的，这就需要通过概念设计的方法来解决问题，即正确确定建筑结构算分析来进行设计的，这就需要通过概念设计的方法来解决问题，即正确确定建筑结构方案、进行合理的结构布置、选择对抗震有利的地段、选用整体性较好的基础形式等。方案、进行合理的结构布置、选择对抗震有利的地段、选用整体性较好的基础形式等。多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 第16章 混凝土多高层建筑结构3.9 在多高层建筑结构中，风荷载和水平地震作用所产生的侧向力成为其主要控制，因此多高在多高层建筑结构中，风荷载和水平地震作用所产生的侧向力成为其主要控制，因此多高层建筑结构设计的关键问题就是应设置

13、合理形式的抗侧力构件及有效的抗侧力结构体系，使结层建筑结构设计的关键问题就是应设置合理形式的抗侧力构件及有效的抗侧力结构体系，使结构具有相应的刚度来抵抗侧向力。多高层建筑结构中基本的抗侧力单元是：框架、剪力墙、井构具有相应的刚度来抵抗侧向力。多高层建筑结构中基本的抗侧力单元是：框架、剪力墙、井筒、框筒及支撑。筒、框筒及支撑。 在确定高层建筑结构体系时应遵守以下原则：在确定高层建筑结构体系时应遵守以下原则： (1) 应具有明确的计算简图和合理的水平地震作用传递途径。应具有明确的计算简图和合理的水平地震作用传递途径。 (2) 应具有多道抗震防线，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

14、力。应具有多道抗震防线，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。 (3) 应具有必要的强度和刚度、良好的变形能力和能量吸收能力，结构体系的抗震能力表现应具有必要的强度和刚度、良好的变形能力和能量吸收能力，结构体系的抗震能力表现在强度、刚度和延性恰当地匹配。在强度、刚度和延性恰当地匹配。 (4) 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。中或塑性变形集中。 (5) 宜选用有利于抗风作用的高层建筑体型；即选用风压较小的建筑体型形状。宜选用有利于抗风作用的高

15、层建筑体型；即选用风压较小的建筑体型形状。 (6) 高层建筑的开间、进深尺寸和选用的构件类型应减少规格，符合建筑模数。高层建筑的高层建筑的开间、进深尺寸和选用的构件类型应减少规格，符合建筑模数。高层建筑的建筑平面宜选用风压较小的形状，并考虑邻近建筑对其风压分布的影响。建筑平面宜选用风压较小的形状，并考虑邻近建筑对其风压分布的影响。二、二、多高层建筑结构的结构类型多高层建筑结构的结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 第16章 混凝土多高层建筑结构3.10 (7) 高层建筑结构的平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心；平面长度高层建筑结构的平面布置宜简单、规则、对称，

16、减少偏心；平面长度L及结构平面外伸及结构平面外伸部分长度均不宜过长；竖向体型应力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内收使竖向刚度突变部分长度均不宜过长；竖向体型应力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内收使竖向刚度突变以致在一些楼层形成变形集中而最终导致严重的震害。以致在一些楼层形成变形集中而最终导致严重的震害。多层建筑结构多采用砌体结构或框架结构，高层结构常采用的结构类型有如下几种。多层建筑结构多采用砌体结构或框架结构，高层结构常采用的结构类型有如下几种。 1. 框架结构体系框架结构体系 由承担荷载的梁、柱构件组成的称为框架结构体系。由承担荷载的梁、柱构件组成的称为框架结构体系。 框架结构的优点：

17、建筑平面布置灵活，可以形成较大的空间，平、立面布置设计灵活多变框架结构的优点：建筑平面布置灵活，可以形成较大的空间，平、立面布置设计灵活多变(如图如图16.4所示所示)。多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型图图16.4 框架结构体系典型平面图框架结构体系典型平面图 第16章 混凝土多高层建筑结构3.11多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 框架结构的缺点：框架结构的抗侧刚度较小，水平位移大，从而限制了框架结构的使框架结构的缺点：框架结构的抗侧刚度较小，水平位移大，从而限制了框架结构的使用高度。同时高层框架结构在地震区，容易发生非结构构件的破坏。但

18、可以选用重量轻且用高度。同时高层框架结构在地震区，容易发生非结构构件的破坏。但可以选用重量轻且又能承受较大变形的隔墙材料，并通过合理的设计，使钢筋混凝土框架结构获得良好的延又能承受较大变形的隔墙材料，并通过合理的设计，使钢筋混凝土框架结构获得良好的延性，提高其抗震性能。性，提高其抗震性能。 在高度不大的高层建筑中，框架结构体系是一种较好的体系。在我国目前的情况下，在高度不大的高层建筑中，框架结构体系是一种较好的体系。在我国目前的情况下，框架结构以建造框架结构以建造15层以下为宜。层以下为宜。 2. 剪力墙结构体系剪力墙结构体系 由钢筋混凝土墙体互相连接构成的用以承担重力荷载及抵抗水平荷载的结构

19、称为剪力由钢筋混凝土墙体互相连接构成的用以承担重力荷载及抵抗水平荷载的结构称为剪力墙结构体系，剪力墙又称为抗震墙或结构墙，同时也作为围护及内部房间的分隔构件墙结构体系，剪力墙又称为抗震墙或结构墙，同时也作为围护及内部房间的分隔构件(如图如图16.5所示所示)。 剪力墙结构的优点：现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好、施工速度快、抗侧刚度剪力墙结构的优点：现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好、施工速度快、抗侧刚度大，在水平荷载下侧向变形小，承载力容易满足，适于建造较高的建筑，具有良好的抗震大，在水平荷载下侧向变形小，承载力容易满足，适于建造较高的建筑，具有良好的抗震性能，用钢量较省。与框架结构体系相

20、比，施工相对简便与快速。性能，用钢量较省。与框架结构体系相比，施工相对简便与快速。 剪力墙结构的缺点：由于剪力墙间距较小，不能形成较大的空间，平面布置不灵活，剪力墙结构的缺点：由于剪力墙间距较小，不能形成较大的空间，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求，较适用于建造不能满足公共建筑的使用要求，较适用于建造1230层的高层住宅或高层公寓等。此外，层的高层住宅或高层公寓等。此外，结构自重较大，且抗侧刚度较大，结构自振周期较短，导致较大的地震作用。结构自重较大，且抗侧刚度较大，结构自振周期较短，导致较大的地震作用。 第16章 混凝土多高层建筑结构3.12 3. 框架框架-剪力墙结构剪力墙结构

21、在框架结构体系中的一定位置，设置一定数量的剪力墙，在框架结构体系中的一定位置，设置一定数量的剪力墙，使框架和剪力墙两者结合起来，共同抵抗水平荷载，称为框架使框架和剪力墙两者结合起来，共同抵抗水平荷载，称为框架-剪力墙结构体系。他使得框架和剪力墙这两种结构可互相取剪力墙结构体系。他使得框架和剪力墙这两种结构可互相取长补短，既能提供较大较灵活布置的建筑空间，又具有良好的长补短，既能提供较大较灵活布置的建筑空间，又具有良好的抗震性能，因此此种结构体系已得到广泛应用抗震性能，因此此种结构体系已得到广泛应用(如图如图16.6所示所示)。 框架框架-剪力墙结构体系的优点：综合了框架结构和剪力墙剪力墙结构体

22、系的优点：综合了框架结构和剪力墙结构的优点，其刚度和承载力比框架结构都大大提高，减小了结构的优点，其刚度和承载力比框架结构都大大提高，减小了结构在地震作用下的层间变形，使此种结构形式可用于较高结构在地震作用下的层间变形，使此种结构形式可用于较高(1020层层)的高层建筑。的高层建筑。图图16.5 剪力墙结构平面布置剪力墙结构平面布置多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型图图16.6 框架框架-剪力墙结构平面布置剪力墙结构平面布置 第16章 混凝土多高层建筑结构3.13 由于剪力墙承担了大部分水平力，是主要的抗侧力单元，因此在剪力墙的布置时，应注意由于剪力墙承担了大部分水平

23、力，是主要的抗侧力单元，因此在剪力墙的布置时，应注意对称、周边、均匀、分散及上下贯通、水平对齐的原则。过多增加剪力墙的数量是不经济的，对称、周边、均匀、分散及上下贯通、水平对齐的原则。过多增加剪力墙的数量是不经济的，因此，在一般工程中，以满足位移限制作为设置剪力墙数量的依据。因此，在一般工程中，以满足位移限制作为设置剪力墙数量的依据。 4. 筒体结构筒体结构 由剪力墙组成的封闭墙体由剪力墙组成的封闭墙体(允许开洞允许开洞)称为筒体。基本形式有三种：框筒、筒中筒及成束筒称为筒体。基本形式有三种：框筒、筒中筒及成束筒(如图如图16.7所示所示)。解得解得 图图16.7 筒体结构的多种形式筒体结构的

24、多种形式多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 第16章 混凝土多高层建筑结构3.14 筒体结构的优点：筒体结构具有空间受力的性能，因此比单片平面结构具有更大的抗侧刚度筒体结构的优点：筒体结构具有空间受力的性能，因此比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力以及很好的抗扭刚度。当建筑物的层数多、高度大、抗震设防烈度高时，采用前几种结和承载力以及很好的抗扭刚度。当建筑物的层数多、高度大、抗震设防烈度高时，采用前几种结构体系往往难以满足要求，此时就可以采用筒体结构体系。构体系往往难以满足要求，此时就可以采用筒体结构体系。 5. 新型材料和结构体系新型材料和结构体系 随着高层建筑

25、的迅速发展，层数越来越高，结构体系越来越新颖，建筑造型越来越丰富多样，随着高层建筑的迅速发展，层数越来越高，结构体系越来越新颖，建筑造型越来越丰富多样，因此有限的结构体系已经不能适应新的要求。为了满足当今高层建筑的要求，必须要求设计者在因此有限的结构体系已经不能适应新的要求。为了满足当今高层建筑的要求，必须要求设计者在材料和结构体系上不断地创新。材料和结构体系上不断地创新。 1) 建筑结构建筑结构“轻型化轻型化” 目前我国高层建筑采用的普通钢筋混凝土材料总的来讲自重偏大，因此减轻建筑物的自重是目前我国高层建筑采用的普通钢筋混凝土材料总的来讲自重偏大，因此减轻建筑物的自重是非常有必要的。减轻自重

26、有利于减小构件截面，节约建筑材料；有利于减小基础投资；有利于改非常有必要的。减轻自重有利于减小构件截面，节约建筑材料；有利于减小基础投资；有利于改善结构抗震性能等。善结构抗震性能等。 我们除了可以通过选用合理的楼盖形式、尽量减轻墙体的重量等措施外，还可以对承重构件我们除了可以通过选用合理的楼盖形式、尽量减轻墙体的重量等措施外，还可以对承重构件采用轻质高强的结构材料。如钢材、轻骨料混凝土以及高强混凝土等。采用轻质高强的结构材料。如钢材、轻骨料混凝土以及高强混凝土等。 2) 柱网、开间扩大化柱网、开间扩大化 为了使高层建筑能充分利用建筑空间、降低造价，我们应从建筑和结构两个方面着手扩大空为了使高层

27、建筑能充分利用建筑空间、降低造价，我们应从建筑和结构两个方面着手扩大空间利用率。不但从建筑上布置大柱网，而且从结构功能出发，尽量满足大空间的要求。当然，柱间利用率。不但从建筑上布置大柱网，而且从结构功能出发，尽量满足大空间的要求。当然，柱网、开间的尺寸并不是越大越好，而是以满足建筑使用功能为度，并同时以满足结构承载力与侧网、开间的尺寸并不是越大越好，而是以满足建筑使用功能为度，并同时以满足结构承载力与侧移控制为原则。移控制为原则。多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 第16章 混凝土多高层建筑结构3.15 3) 结构转换层结构转换层 集吃、住、办公、娱乐、购物、停车等为

28、一体的多功能综合性高层建筑，已经成为现代高集吃、住、办公、娱乐、购物、停车等为一体的多功能综合性高层建筑，已经成为现代高层建筑的一大趋势。其结构特点是：下层部分是大柱网，而较小柱网多设于中、上层部分。由层建筑的一大趋势。其结构特点是：下层部分是大柱网，而较小柱网多设于中、上层部分。由于不同建筑使用功能要求不同的空间划分布置，相应地，要求不同的结构形式之间通过合理地于不同建筑使用功能要求不同的空间划分布置，相应地，要求不同的结构形式之间通过合理地转换过渡，沿竖向组合在一起，就成为多功能综合性高层建筑结构体系的关键技术。这对高层转换过渡，沿竖向组合在一起，就成为多功能综合性高层建筑结构体系的关键技

29、术。这对高层建筑结构设计提出了新的问题，需要设置一种称为建筑结构设计提出了新的问题，需要设置一种称为“转换层转换层”的结构型式，来完成上下不同柱的结构型式，来完成上下不同柱网、不同开间、不同结构形式的转换，这种转换层广泛应用于剪力墙结构及框架网、不同开间、不同结构形式的转换，这种转换层广泛应用于剪力墙结构及框架-剪力墙等结构剪力墙等结构体系中。体系中。 4) 结构体系巨型化结构体系巨型化 当前无论国内、国外，高层建筑的高度大幅度增长，趋势是越来越高，面对这种情况，一当前无论国内、国外，高层建筑的高度大幅度增长，趋势是越来越高，面对这种情况，一般传统的三种结构体系框架、剪力墙、框架般传统的三种结

30、构体系框架、剪力墙、框架-剪力墙结构体系已经难以满足要求，需要能适应超剪力墙结构体系已经难以满足要求，需要能适应超高、更加经济有效的抗风、抗震结构体系。近年来，为适应发展需要，在一些超高层建筑工程高、更加经济有效的抗风、抗震结构体系。近年来，为适应发展需要，在一些超高层建筑工程实践中，已成功应用了一些新型的结构体系，如巨型框架结构体系、巨型支撑结构体系等，根实践中，已成功应用了一些新型的结构体系，如巨型框架结构体系、巨型支撑结构体系等，根据其主要特点，可归结为据其主要特点，可归结为“结构巨型化结构巨型化”。 5) 型钢混凝土的应用型钢混凝土的应用 型钢混凝土结构又称钢骨混凝土结构。它是指梁、柱

31、、墙等杆件和构件以型钢为骨架，外型钢混凝土结构又称钢骨混凝土结构。它是指梁、柱、墙等杆件和构件以型钢为骨架，外包钢筋混凝土所形成的组合结构。在这种结构体系中，钢筋混凝土与型钢形成整体，共同受力；包钢筋混凝土所形成的组合结构。在这种结构体系中，钢筋混凝土与型钢形成整体，共同受力；而包裹在型钢外面的钢筋混凝土，不仅在刚度和强度上发挥作用，且可以取代型钢外涂的防锈而包裹在型钢外面的钢筋混凝土，不仅在刚度和强度上发挥作用，且可以取代型钢外涂的防锈和防火材料，使材料更耐久和防火材料，使材料更耐久(如图如图16.8所示所示)。多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 第16章 混凝土多

32、高层建筑结构3.16 随着我国钢产量迅速增加，高层建筑层数增多，高度加大，要求更为复杂，加之型钢混凝随着我国钢产量迅速增加，高层建筑层数增多，高度加大，要求更为复杂，加之型钢混凝土截面小、重量轻、抗震性能好，因而已从局部应用发展到在多个楼层，甚至整座建筑的主要土截面小、重量轻、抗震性能好，因而已从局部应用发展到在多个楼层，甚至整座建筑的主要结构均采用型钢混凝土。对于型钢混凝土结构，可供选择的结构体系更加广泛。凡是适用于全结构均采用型钢混凝土。对于型钢混凝土结构，可供选择的结构体系更加广泛。凡是适用于全钢结构和混凝土与钢的混合结构的各种结构体系，均可采用型钢混凝土结构。钢结构和混凝土与钢的混合结

33、构的各种结构体系，均可采用型钢混凝土结构。图图16.8 型钢混凝土梁断面图型钢混凝土梁断面图多高层建筑结构的特点和结构类型多高层建筑结构的特点和结构类型 第16章 混凝土多高层建筑结构3.17多高层建筑结构体系的总体布置原则多高层建筑结构体系的总体布置原则 本节重点介绍多高层建筑结构总体布置的原则和减少侧移的措施。本节重点介绍多高层建筑结构总体布置的原则和减少侧移的措施。 在进行高层结构设计时，应注重概念设计的重要性，宜采用规则的结构，不应采用严在进行高层结构设计时，应注重概念设计的重要性，宜采用规则的结构，不应采用严重不规则的结构。重不规则的结构。 所谓规则结构一般指：体型所谓规则结构一般指

34、：体型(平面和立面平面和立面)规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀、无突变。的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀、无突变。 高规中对高层建筑的结构体系做了如下要求：高规中对高层建筑的结构体系做了如下要求： (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，避免因局部突变和扭转效结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。应而形成薄弱部位。 (2) 宜具有多道抗震防线。宜具有多道抗震防线。 除此之外，高层建筑结构体系

35、还应注意以下方面。除此之外，高层建筑结构体系还应注意以下方面。 1. 结构平面形状结构平面形状 平面布置简单、规则、对齐、对称，宜采用方形、矩形、圆形、平面布置简单、规则、对齐、对称，宜采用方形、矩形、圆形、Y形等有利于抵抗水形等有利于抵抗水平荷载的建筑平面。尤其对于有抗震要求的结构，其平面应力求简单，对于复杂、不规则、平荷载的建筑平面。尤其对于有抗震要求的结构，其平面应力求简单，对于复杂、不规则、不对称的结构会难于计算和处理，在拐角处往往是应力比较集中的部位，因此平面布置不不对称的结构会难于计算和处理，在拐角处往往是应力比较集中的部位，因此平面布置不宜采用角部重叠的平面图形或腰形平面图形。且

36、平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过宜采用角部重叠的平面图形或腰形平面图形。且平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大大(如图如图16.9所示所示)，其值应满足表，其值应满足表16-1的要求。的要求。 第16章 混凝土多高层建筑结构3.18图图16.9 建筑平面建筑平面表表16-1 L、l的限值的限值多高层建筑结构体系的总体布置原则多高层建筑结构体系的总体布置原则 第16章 混凝土多高层建筑结构3.19 综上所述，无论是哪一种平面，都应尽量用规则、简单、对称的形状，尽量减少复综上所述，无论是哪一种平面，都应尽量用规则、简单、对称的形状，尽量减少复杂受力和扭转受力。杂受力和扭转受力。 2. 结构竖

37、向布置结构竖向布置 沿结构竖向布置时应注意结构的刚度和质量分布均匀，不要发生过大的突变。尽量沿结构竖向布置时应注意结构的刚度和质量分布均匀，不要发生过大的突变。尽量避免夹层、错层和抽柱避免夹层、错层和抽柱(墙墙)等现象，否则对结构的受力极为不利。对有抗震设防要求的高等现象，否则对结构的受力极为不利。对有抗震设防要求的高层建筑，竖向体型应力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，结构的侧向刚度宜下层建筑，竖向体型应力求规则、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，变化均匀。大上小，变化均匀。无论采用何种结构体系，结构的平面和竖向布置都应使结构具有合理的刚度和承载力分无论采用何种结构

38、体系，结构的平面和竖向布置都应使结构具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位；对可能出现的薄弱部位，在设计中应布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位；对可能出现的薄弱部位，在设计中应采取有效措施，增强其抗震能力；宜具有多道防线，避免因部分结构或构件的破坏而导采取有效措施，增强其抗震能力；宜具有多道防线，避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受水平风荷载、地震作用和重力荷载的能力。致整个结构丧失承受水平风荷载、地震作用和重力荷载的能力。 3. 控制结构高宽比和最大适用高度控制结构高宽比和最大适用高度 高层建筑的高宽比高层建筑的高宽比(H/B)不宜超过表不宜超

39、过表16-2(a)、表、表16-2(b)的限值，其中指建筑物地面到的限值，其中指建筑物地面到檐口高度，为建筑物平面的短方向总宽。控制高宽比的目的是控制结构刚度及侧向位移。檐口高度，为建筑物平面的短方向总宽。控制高宽比的目的是控制结构刚度及侧向位移。多高层建筑结构体系的总体布置原则多高层建筑结构体系的总体布置原则 第16章 混凝土多高层建筑结构3.20多高层建筑结构体系的总体布置原则多高层建筑结构体系的总体布置原则表表16-2(a) A级高度高层建筑结构高宽比限值级高度高层建筑结构高宽比限值表表16-2(b) B级高度高层建筑结构高宽比限值级高度高层建筑结构高宽比限值 第16章 混凝土多高层建筑

40、结构3.21 高规高规还给出了各类现浇钢筋混凝土结构的最大适用高度和抗震墙的最大间距。还给出了各类现浇钢筋混凝土结构的最大适用高度和抗震墙的最大间距。 4. 减少偏心减少偏心 结构的刚心、质心尽可能地和水平外力合力的作用点重合，减少偏心，否则应考虑其扭转结构的刚心、质心尽可能地和水平外力合力的作用点重合，减少偏心，否则应考虑其扭转不利影响，有时甚至要付出很高的代价。不利影响，有时甚至要付出很高的代价。 5. 变形缝的合理设置及构造变形缝的合理设置及构造 对于一般的多层结构，考虑到沉降、温度收缩和体型复杂对房屋结构的不利，常采用沉降对于一般的多层结构，考虑到沉降、温度收缩和体型复杂对房屋结构的不

41、利，常采用沉降缝、伸缩缝和防震缝将房屋分成若干独立的部分。缝、伸缩缝和防震缝将房屋分成若干独立的部分。对于高层建筑结构，应尽量不设或少设缝，目前的趋势是避免设缝，从总体布置上或构造上采对于高层建筑结构，应尽量不设或少设缝，目前的趋势是避免设缝，从总体布置上或构造上采取一些相应的措施来减少沉降、温度收缩和体型复杂引起的问题。如优先采用平面布置简单、取一些相应的措施来减少沉降、温度收缩和体型复杂引起的问题。如优先采用平面布置简单、长度不大的结构；体型复杂时，可以采取加强结构整体性的措施长度不大的结构；体型复杂时，可以采取加强结构整体性的措施(加强连接板处楼板配筋，避免加强连接板处楼板配筋，避免在连

42、接部位的楼板内开洞等在连接部位的楼板内开洞等)。 (1) 当必须设缝时，其伸缩缝、沉降缝均应符合防震缝宽度的要求。当必须设缝时，其伸缩缝、沉降缝均应符合防震缝宽度的要求。高规高规规定，高层建规定，高层建筑混凝土结构，当必须设置防震缝时，其最小宽度应符合下列要求：筑混凝土结构，当必须设置防震缝时，其最小宽度应符合下列要求： 框架房屋，当高度不超过框架房屋，当高度不超过15m时可采用时可采用70mm；当超过；当超过15m时，抗震设防烈度为时，抗震设防烈度为6、7、8度和度和9度时相应增加高度度时相应增加高度5m、4m、3m和和2m，宜加宽，宜加宽20mm。多高层建筑结构体系的总体布置原则多高层建筑

43、结构体系的总体布置原则 第16章 混凝土多高层建筑结构3.22 框架框架-剪力墙房屋的防震缝宽度可按第一款最后数值的剪力墙房屋的防震缝宽度可按第一款最后数值的70%，剪力墙房屋的防震缝宽可，剪力墙房屋的防震缝宽可按第一款最后数值的按第一款最后数值的50%，同时均不宜小于，同时均不宜小于70mm。 防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度按不利的体系考虑，并按较低高度计算防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度按不利的体系考虑，并按较低高度计算 缝宽。缝宽。 防震缝应沿房屋全高设置，地下室、基础可不设防震缝，但在防震缝处应加强构造和连防震缝应沿房屋全高设置，地下室、基础可不设防震缝，但在防震缝处应加强构

44、造和连接。接。 (2) 在抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，这时可不设防在抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，这时可不设防震缝。当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时，震缝。当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时，宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。为以下情况时宜设防震缝宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。为以下情况时宜设防震缝(如图如图16.10所示所示)： 平面各项尺寸超过表平面各项尺寸超过表16-1的限值而无加强措施者。的限值而无加强措施者。 房屋

45、有较大错层者，且楼面高差较大处。房屋有较大错层者，且楼面高差较大处。 房屋各部分结构的刚度、高度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施者。房屋各部分结构的刚度、高度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施者。图图16.10 防震缝防震缝多高层建筑结构体系的总体布置原则多高层建筑结构体系的总体布置原则 第16章 混凝土多高层建筑结构3.23多高层建筑结构的荷载多高层建筑结构的荷载 本节重点介绍恒载、楼面活载、风载、水平地震作用的选用原则和计算方法。本节重点介绍恒载、楼面活载、风载、水平地震作用的选用原则和计算方法。 多高层建筑上的荷载作用，主要有竖向荷载、水平荷载；竖向荷载包括永久荷载和可变荷多高层建筑上的荷

46、载作用，主要有竖向荷载、水平荷载；竖向荷载包括永久荷载和可变荷载等，水平荷载包括风荷载和地震作用等。载等，水平荷载包括风荷载和地震作用等。 (1) 永久荷载：结构自重，包括结构的楼面板自重、梁、柱自重、剪力墙自重；楼地面粉刷、永久荷载：结构自重，包括结构的楼面板自重、梁、柱自重、剪力墙自重；楼地面粉刷、吊顶自重、屋面找坡、防水、保温层自重以及填充墙、门窗自重。可根据构件尺寸和材料的重吊顶自重、屋面找坡、防水、保温层自重以及填充墙、门窗自重。可根据构件尺寸和材料的重量直接计算，材料的自重按量直接计算，材料的自重按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 500092001)采用。采用。 (2) 可

47、变荷载：包括人员、家具、设备等各类使用荷载。我国规范给出了适合我国国情的各可变荷载：包括人员、家具、设备等各类使用荷载。我国规范给出了适合我国国情的各类使用性质的楼屋盖使用活荷载的标准值。类使用性质的楼屋盖使用活荷载的标准值。根据大量的工程统计，采用普通轻质填充墙的各类钢筋混凝土民用高层建筑的总重量按总建筑根据大量的工程统计，采用普通轻质填充墙的各类钢筋混凝土民用高层建筑的总重量按总建筑面积平均计算，其范围大致如下：面积平均计算，其范围大致如下： 框架结构框架结构(0.91.2)t/m2，框剪结构，框剪结构(1.11.4)t/m2，框筒结构，框筒结构(1.31.5)t/m2，剪力墙结构，剪力墙

48、结构(1.41.7)t/m2。 (3) 风荷载：其大小主要与所处地区、风速、气流密度、建筑物的高度、形状以及地面粗风荷载：其大小主要与所处地区、风速、气流密度、建筑物的高度、形状以及地面粗糙度等有关。在高层建筑中风是主要荷载，应予以重视。糙度等有关。在高层建筑中风是主要荷载，应予以重视。 (4) 地震作用：设计时主要考虑水平地震作用，按地震作用：设计时主要考虑水平地震作用，按建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范简称简称规范规范，有时要考虑竖向地震作用。有时要考虑竖向地震作用。 第16章 混凝土多高层建筑结构3.24 永久荷载和可变荷载统称为重力荷载，是多高层建筑所承受的长期发生作用的基本荷载，永久

49、荷载和可变荷载统称为重力荷载，是多高层建筑所承受的长期发生作用的基本荷载，它直接关系到建筑物重量、刚度、结构截面尺寸、地基基础、地震作用及建筑物安全度。在设它直接关系到建筑物重量、刚度、结构截面尺寸、地基基础、地震作用及建筑物安全度。在设计时，应尽量采用轻质、高强、隔声、防火性能好的建筑材料以减轻建筑物的自重。计时，应尽量采用轻质、高强、隔声、防火性能好的建筑材料以减轻建筑物的自重。一、风荷载一、风荷载 1. 风荷载的标准值风荷载的标准值 垂直作用在建筑物表面单位面积上的风荷载标准值可按下式决定：垂直作用在建筑物表面单位面积上的风荷载标准值可按下式决定：多高层建筑结构的荷载多高层建筑结构的荷载

50、2k0(kN/m )zzsww (16-1)zsz式中，式中，W0基本风压值，单位（基本风压值，单位（KN/m2）；）； 高度处的风压高度变化系数；高度处的风压高度变化系数； 风载体型系数；风载体型系数； 高度处的风振系数。高度处的风振系数。 1) 基本风压基本风压 基本风压是指以该地空旷平坦地面以上基本风压是指以该地空旷平坦地面以上10m高度处统计所得在规定重现期内高度处统计所得在规定重现期内10min平平均最大风速均最大风速()为基本风速，由基本风速计算得出基本风压。为基本风速，由基本风速计算得出基本风压。建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 500092001)给出了中国全国各地基本风

51、压分布图。可按此图查取，但不得小于。给出了中国全国各地基本风压分布图。可按此图查取，但不得小于。 2) 风压高度变化系数一般风速大小与高度有关，随着高度的增加，风速受地面影响较风压高度变化系数一般风速大小与高度有关，随着高度的增加，风速受地面影响较小，风速逐渐加大，风压值增加。风速还与地面粗糙度、风的阻力等因素有关。小，风速逐渐加大，风压值增加。风速还与地面粗糙度、风的阻力等因素有关。 第16章 混凝土多高层建筑结构3.25 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB 500092001)把地面粗糙度分为四类。把地面粗糙度分为四类。 A类：指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；类：指近海海面和海

52、岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类：指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；类：指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区； C类：指有密集建筑物的大城市市区；类：指有密集建筑物的大城市市区； D类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 表表16-3给出了各种情况下的风压高度变化系数。给出了各种情况下的风压高度变化系数。 3) 风载体型系数风载体型系数是指实际风压与平均风压的比值，反映作用于建筑风载体型系数风载体型系数是指实际风压与平均风压的比值，反映作用于建筑物表面的风压分布规律。其大小主要与建筑物的体型、尺寸等几何性质有

53、关，高层物表面的风压分布规律。其大小主要与建筑物的体型、尺寸等几何性质有关，高层建筑的体型变化大且复杂，一般都通过实测或风洞模拟试验得到。建筑的体型变化大且复杂，一般都通过实测或风洞模拟试验得到。 在计算风荷载对建筑物的整体作用时，只需按各个表面的平均风压计算，即采在计算风荷载对建筑物的整体作用时，只需按各个表面的平均风压计算，即采用各个表面的平均风载体型系数计算。各类高层建筑物平面体型的整体风载体型系用各个表面的平均风载体型系数计算。各类高层建筑物平面体型的整体风载体型系数见表数见表16-4。多高层建筑结构的荷载多高层建筑结构的荷载 第16章 混凝土多高层建筑结构3.26表表16-3 风压高

54、度变化系数风压高度变化系数 多高层建筑结构的荷载多高层建筑结构的荷载离地面或海平面高度/m地面粗糙度类别ABCD5101520304050607080901001502002503003504004501.171.181.521.631.801.922.032.122.202.272.342.402.642.832.993.123.123.123.121.001.001.141.251.421.561.671.771.861.952.022.092.382.612.802.973.123.123.120.740.740.740.841.001.131.251.351.451.541.621.7

55、02.032.302.542.752.943.123.120.620.620.620.620.620.730.840.931.021.111.191.271.611.922.192.452.682.913.12 第16章 混凝土多高层建筑结构3.27多高层建筑结构的荷载多高层建筑结构的荷载表表16-4 风载体型系数风载体型系数ss 第16章 混凝土多高层建筑结构3.28 4) 风振系数风振系数高层规程高层规程规定，风振系数规定，风振系数 可按下式计算：可按下式计算：表表16-5 结构振型参与系数结构振型参与系数 多高层建筑结构的荷载多高层建筑结构的荷载z1zzz (16-2)式中，式中， 高度

56、处的风压高度变化系数；高度处的风压高度变化系数； 结构振型参与系数，可由结构动力学计算得结构振型参与系数，可由结构动力学计算得 出，可查表出，可查表16-5得到；得到； 风压脉动增大系数，按表风压脉动增大系数，按表16-6采用；采用； 风压脉动影响系数，按表风压脉动影响系数，按表16-7采用。采用。zzz 第16章 混凝土多高层建筑结构3.29表表16-6 风压脉动增大系数风压脉动增大系数 多高层建筑结构的荷载多高层建筑结构的荷载6-7 高层建筑的风压脉动影响系数高层建筑的风压脉动影响系数 第16章 混凝土多高层建筑结构3.30多高层建筑结构的荷载多高层建筑结构的荷载H/B粗糙度类别房屋总高度

57、H/m30501001502002503003503.0ABCD0.530.510.480.430.510.500.490.460.490.490.490.490.450.450.480.490.420.430.460.480.380.400.430.460.380.400.430.460.360.380.410.455.0ABCD0.520.500.470.430.530.530.500.480.510.520.520.520.490.500.520.530.460.480.500.530.440.450.480.520.420.440.470.510.390.420.450.508.0AB

58、CD0.530.510.480.430.540.530.510.480.530.540.540.540.510.520.530.530.480.500.520.550.460.490.520.550.430.460.500.510.420.440.480.53 2. 总风荷载总风荷载 计算总风荷载，是建筑物各表面承受风力的合力，沿建筑物高度变化的线荷载。计算总风荷载，是建筑物各表面承受风力的合力，沿建筑物高度变化的线荷载。迎风面积取垂直于风向的最大投影面积，迎风面积取垂直于风向的最大投影面积，z高度处的总风荷载标准值可按下式计算：高度处的总风荷载标准值可按下式计算：3.31 第3章 静定结构内

59、力计算多高层建筑结构的荷载多高层建筑结构的荷载0111222(coscoscos)zzzsssnnnwwBBB (16-3)式中，式中， n建筑物外围表面数，每一个平面作为一个表面；建筑物外围表面数，每一个平面作为一个表面； 各个表面的宽度；各个表面的宽度； 各个表面的平均风载体型系数；各个表面的平均风载体型系数； 各个表面法线与风作用方向的夹角。各个表面法线与风作用方向的夹角。 计算时，应注意区别是风压力还是风吸力，以便作矢量相加。计算时，应注意区别是风压力还是风吸力，以便作矢量相加。 各表面风荷载的合力作用点，即总风荷载作用点。各表面风荷载的合力作用点，即总风荷载作用点。121212,ns

60、ssnnB B B 二、二、 地震作用地震作用 地震作用是多高层建筑结构要承受的一种重要作用。地震作用是多高层建筑结构要承受的一种重要作用。 地震时由于地震波的作用产生地面运动，通过房屋基础影响上部结构，使结构产生强迫振动。地震时由于地震波的作用产生地面运动，通过房屋基础影响上部结构，使结构产生强迫振动。它的大小量级取决于地面振动的强烈程度即地震基本烈度、建筑物所在场地类别它的大小量级取决于地面振动的强烈程度即地震基本烈度、建筑物所在场地类别(由场地土剪切波由场地土剪切波速和覆盖层厚度确定速和覆盖层厚度确定)、建筑物场地与震中距离的远近、建筑物场地与震中距离的远近(设计分组设计分组)，以及建筑