高层建筑结构课件第1章(绪论)

1、讲解：吕辉讲解：吕辉Tall buildings structure 河南嵩岳寺塔：中国现存河南嵩岳寺塔：中国现存最早的密檐式砖塔，建于北魏最早的密檐式砖塔，建于北魏时期（时期（523年），高年），高15层，层，40米。米。1854年纽约世界年纽约世界博览会，奥第斯博览会，奥第斯演示他的安全升演示他的安全升降机。降机。1861年，奥第斯年，奥第斯获得蒸汽升降机获得蒸汽升降机的专利。的专利。早期的升降机早期的升降机n建筑历史学家弗列特齐建筑历史学家弗列特齐: “: “电梯是高层建筑的电梯是高层建筑的母亲，电力的供应与工程技术的进步使建筑师设母亲，电力的供应与工程技术的进步使建筑师设想出越来越高的

2、建筑，建筑的坚固性与稳定性全想出越来越高的建筑，建筑的坚固性与稳定性全靠型钢的框架，因此在我们的年代可以看到或创靠型钢的框架，因此在我们的年代可以看到或创造出与历史各个时代的传统截然不同的建筑形造出与历史各个时代的传统截然不同的建筑形象。象。” 高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物，至今已有高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物，至今已有100100余年的历史，是城市现代化的象征。尽管历史较短，但其发展余年的历史，是城市现代化的象征。尽管历史较短，但其发展速度很快。近速度很快。近3030年来，世界各地兴建的高层建筑，其规模之大，年来，世界各地兴建的高层建筑，其规模之大，数量之多，技术

3、之先进，形式之多样，外观之新颖，无一不让人数量之多，技术之先进，形式之多样，外观之新颖，无一不让人惊叹称奇。惊叹称奇。 国外发展概况：国外发展概况：1 1） 19 19 世纪中期至世纪中期至 19 19 世纪末为高层建筑的形成期。世纪末为高层建筑的形成期。 18511851年发明了年发明了电梯系统电梯系统，使人们建造更高的建筑成为可能。，使人们建造更高的建筑成为可能。高层建筑从最初采用高层建筑从最初采用铸铁框架铸铁框架到到钢框架钢框架，建筑物的高度越过了，建筑物的高度越过了100m100m大关，大关，18981898年纽约建造了年纽约建造了Park RowPark Row大厦（大厦（3030层

4、层118m118m）。）。 五、高层建筑的发展概况五、高层建筑的发展概况3 3） 20 20 世纪世纪 50 50 年代初至目前为高层建筑的繁荣期。年代初至目前为高层建筑的繁荣期。 钢筋混凝土高层建筑钢筋混凝土高层建筑得到了空前的发展；得到了空前的发展；焊接和高强螺栓焊接和高强螺栓在在钢结构制造中的推广和进一步应用；钢结构制造中的推广和进一步应用；6060年代首次提出了年代首次提出了筒体结构筒体结构设计概念等。同时，轻质高强材料、抗风抗震结构体系、设计概念等。同时，轻质高强材料、抗风抗震结构体系、施工技施工技术术及及施工机械施工机械等方面都取得了很大进步，等方面都取得了很大进步，计算机计算机在

5、设计中的应用在设计中的应用使得高层建筑飞速发展。使得高层建筑飞速发展。 2020世纪世纪6060年代末至年代末至7070年代，美国高层建筑发展到顶峰，成为年代，美国高层建筑发展到顶峰，成为世界高层建筑的中心。世界高层建筑的中心。 2020世纪世纪8080年代至目前，我国及东南亚地区的高层建筑得到空年代至目前，我国及东南亚地区的高层建筑得到空前发展，成为高层建筑的中心。前发展，成为高层建筑的中心。 1931年，纽约，年，纽约，102层，层，381m高，世界最高建筑达高，世界最高建筑达41年年之久。之久。但但20012001年的恐怖袭击后至年的恐怖袭击后至今，又成为纽约的最高建筑。是今，又成为纽约

6、的最高建筑。是纽约最具人气的建筑。纽约最具人气的建筑。 钢框架结构钢框架结构，柱内填充炉渣，柱内填充炉渣混凝土。混凝土。 第二次世界大战中，遭飞机第二次世界大战中，遭飞机撞击，局部损坏。撞击，局部损坏。 帝国大厦帝国大厦国国家家石石油油双双子子星星座座大大厦厦 位于马来西亚吉隆坡，位于马来西亚吉隆坡，混合结构混合结构，451.9米米 。西尔斯大厦西尔斯大厦 位于芝加哥，钢结构，位于芝加哥，钢结构，1974年建成年建成,高高443米，是目前美国最高建筑物，米，是目前美国最高建筑物，曾曾保持世界最高建筑达保持世界最高建筑达2020多年。多年。由由SOM建筑设计事务所设计，大厦的造型有建筑设计事务所

7、设计，大厦的造型有如如 9个高低不一的方形空心筒子集束在个高低不一的方形空心筒子集束在一起，一起，钢结构成束框架筒体结构钢结构成束框架筒体结构。允。允许位移许位移900mm，实测，实测460mm。安装了。安装了102部高速电梯。部高速电梯。150层5166层6790层91层以上 纽约曼哈顿，纽约曼哈顿，钢结构钢结构， 110层，高层，高415米，米，1972年建成，年建成，美国纽约市最高、楼层最多美国纽约市最高、楼层最多 纽约世界贸易中心大楼纽约世界贸易中心大楼 纽纽约约世世界界贸贸易易中中心心大大楼楼20012001年年9 9月月1111日日 位于芝加哥，是美国第三高度，1969年建成，10

8、0层，343.51米，几何形状为上小下大的截锥体。结构型式为钢斜钢斜撑周边桁筒体系撑周边桁筒体系，在每个建筑立面形成巨大的X形斜向支撑。是世界最早的巨型钢桁架结构巨型钢桁架结构。汉考克大厦88层，层，415m，2003年建成年建成香香港港国国际际金金融融中中心心中中环环广广场场大大厦厦 位于香港，混凝土结构，374米。中中银银大大厦厦 位于香港，混合结构混合结构，369米。金茂大厦 位于上海，混合结构混合结构，共88层，建筑高度420.5米，由著名的美国芝加哥SOM设计事务所设计。 上上海海环环球球金金融融中中心心101层，492m，2007年建成 位于中国位于中国 台北，台北，混合结构混合结

9、构，高高508米，超过美国芝加哥的西米，超过美国芝加哥的西尔斯大楼，尔斯大楼， 马来西亚双塔等大楼。马来西亚双塔等大楼。 该楼有世界最大且最重的该楼有世界最大且最重的“风阻尼器风阻尼器”，还有两台世界最，还有两台世界最高速的电梯，从一楼到高速的电梯，从一楼到89楼，只楼，只要要39秒的时间，秒的时间，上升速度为每分上升速度为每分钟钟10101010米，下降速度为每分钟米，下降速度为每分钟600600米。每小时运行距离为米。每小时运行距离为60.660.6公里。曾拿下了公里。曾拿下了“世界高楼世界高楼”四四项指标中的三项世界之最项指标中的三项世界之最，即，即“最高建筑物最高建筑物”(508米米)

10、、“最高最高使用楼层使用楼层”(438米米)和和“最高屋顶最高屋顶高度高度”(448米米)。“世界最高天线世界最高天线高度高度”仍为芝加哥西尔斯大厦。仍为芝加哥西尔斯大厦。阿联酋，世界上唯一的建筑高度最高的七星级酒店，共有56层，321米高，由英国设计师W.S.Atkins设计。 BurjAl-Arab酒店酒店 （阿拉伯塔）（阿拉伯塔） 阿联酋，该塔目前高555米（超过了高度为553米的加拿大多伦多电视塔）。为防止竞争者超越，从2004年开始建造起就一直对其高度和层数保密。由美国建筑师阿德里安史密斯设计，韩国三星公司承建，预计2008年底竣工。37层以下是一家酒店，45层至108层则作为公寓。

11、第123层将是一个观景台，站在上面可俯瞰整个迪拜市。迪拜塔迪拜塔19591959年建成的北京民族饭店年建成的北京民族饭店(12(12层，高层，高47.4m)47.4m)19641964年建成了北京民航大楼年建成了北京民航大楼(15(15层，高层，高60.8m)60.8m)19661966年建成了广州人民大厦年建成了广州人民大厦(18(18层，高层，高63m)63m)民族饭店民族饭店我国近代高层建筑的发展（四个阶段）我国近代高层建筑的发展（四个阶段）第一阶段：第一阶段： 从新中国成立到从新中国成立到6060年代末年代末为初步发展阶段，大多为为初步发展阶段，大多为2020层以下的层以下的RCRC框

12、架结构框架结构 第二阶段第二阶段:70:70年代年代为发展阶段，建造了一些为发展阶段，建造了一些20302030层的高层建筑，主要层的高层建筑，主要用于住宅、旅馆、办公楼用于住宅、旅馆、办公楼 北京饭店新楼北京饭店新楼广州白云宾馆广州白云宾馆19741974年建成的北京饭店新楼年建成的北京饭店新楼(20(20层，高层，高87.4m87.4m，是当时北京，是当时北京最高的建筑最高的建筑) )19761976年建成的广州白云宾馆年建成的广州白云宾馆(33(33层、高层、高114.05m)114.05m)我国首座我国首座超超100100米建筑，剪力墙结构米建筑，剪力墙结构上海漕溪路上海漕溪路2020

13、幢幢1212 1616层剪力层剪力墙住宅楼；墙住宅楼；北京前门北京前门4040幢幢9 9 1616层大模板层大模板施工的剪力墙住宅楼施工的剪力墙住宅楼第三阶段：第三阶段：8080年代年代为高层建筑发展的繁荣期，层数和高度不断突破，为高层建筑发展的繁荣期，层数和高度不断突破，功能和造型越来越复杂，分布地区越来越广泛，结功能和造型越来越复杂，分布地区越来越广泛，结构体系趋于多样化。构体系趋于多样化。仅仅19801980 19831983年所建的高层建筑就相当于年所建的高层建筑就相当于19491949年以年以来来3030多年中所建高层建筑的总和。多年中所建高层建筑的总和。43层，高层，高165.3m

14、，是我，是我国第一座大型高层国第一座大型高层钢结钢结构构建筑。建筑。深圳国贸大厦深圳国贸大厦广州(63层，高200m)广州国际大厦广州国际大厦北京 (56层，208m)京京广广中中心心第四阶段：从第四阶段：从9090年代开始年代开始（1 1）高层建筑兴建速度加快）高层建筑兴建速度加快1990199419901994年间，每年建成年间，每年建成1010层以上建筑在层以上建筑在10001000万平方米以上，万平方米以上，占全国已建成的高层建筑的占全国已建成的高层建筑的40%40%（2 2）超高层建筑的发展）超高层建筑的发展高层建筑的发展及层数和高度增长更快，建成了多座高层建筑的发展及层数和高度增长

15、更快，建成了多座200200米以米以上的高层建筑上的高层建筑60层，层，238m，最高的框架，最高的框架剪力墙结剪力墙结构，构，98年建成。年建成。上上海海明明天天广广场场央视新台址位于北京商务中心位于北京商务中心区的核心地段，总区的核心地段，总建筑面积建筑面积55万平方万平方米米, 230m。总投资。总投资约约50亿元人民币，亿元人民币，央视新台址央视新台址国家大剧院高层建筑高层建筑美国美国222225m25m或或7 7层以上层以上英国英国24.3m24.3m以上以上日本日本5 5 1515层层中国中国1010层以上层以上 （100m100m以上为以上为超高层）超高层） 联合国国际高层会议联

16、合国国际高层会议9 9层以上层以上注意：注意：高层规程高层规程仅适用于仅适用于1010层及层及1010层或层或 高度超过高度超过24m24m的住宅和超过的住宅和超过28m28m的其它建筑的其它建筑1 1重视概念设计重视概念设计（ ） 概念设计是依据自然法则、客观条件、工程经验、创新思维概念设计是依据自然法则、客观条件、工程经验、创新思维 对结构的总体设计，是对结构性能、可实现性和经济性的总体对结构的总体设计，是对结构性能、可实现性和经济性的总体 把握，是一种主动的、定性的和战略性的设计，决定着结构把握，是一种主动的、定性的和战略性的设计，决定着结构 设计的总体方向。设计的总体方向。计算设计计算

17、设计 计算设计是将概念设计所提供的结构模型化，并依据现有的计算设计是将概念设计所提供的结构模型化，并依据现有的 计算手段作进一步的计算手段作进一步的“精确精确”分析，论证概念设计的正确性，分析，论证概念设计的正确性， 并对概念设计进行补充和完善，是一种被动的、定量的和并对概念设计进行补充和完善，是一种被动的、定量的和 战术性和的设计。战术性和的设计。2. 2. 正确对待并运用设计分析软件正确对待并运用设计分析软件（PKPMPKPM、SATWESATWE、TATTAT、TBSATBSA等）等）u 应具有清晰的结构概念，能建立结构的计算模型，分析应具有清晰的结构概念，能建立结构的计算模型，分析 判

18、断电算结果的合理性和准确性，并加以适度调整。判断电算结果的合理性和准确性，并加以适度调整。u 关注电算软件的适用范围和条件，熟悉其不足和缺陷。关注电算软件的适用范围和条件，熟悉其不足和缺陷。u 掌握必要的结构简化计算方法，在方案和初步设计阶段掌握必要的结构简化计算方法，在方案和初步设计阶段 控制结构设计的合理性，对电算结果分析校核。控制结构设计的合理性，对电算结果分析校核。3. 3. 充分理解地震基本知识充分理解地震基本知识l 结构地震反应结构地震反应l 震级震级l 地震烈度地震烈度 地区抗震设防烈度地区抗震设防烈度 地区破坏地震烈度地区破坏地震烈度4.4.选择适当的结构体系关系重大选择适当的

19、结构体系关系重大5.5.水平荷载是决定设计的主要因素水平荷载是决定设计的主要因素u 直接关系到平面布置、立面体形、楼层高度、直接关系到平面布置、立面体形、楼层高度、 管道设置、施工技术、工期和投资造价等。管道设置、施工技术、工期和投资造价等。N 与房屋总高与房屋总高H 成正比成正比顶点侧移顶点侧移与与H 4成正比成正比M 与与H 2 成正比成正比HN=f(H)M=f(H2)内力内力或或侧移侧移=f(H4)6.6.要求结构具有足够的承载力和要求结构具有足够的承载力和抗侧刚度抗侧刚度由层间位移和顶点位移控制由层间位移和顶点位移控制7.7.要求结构具有良好的抗震性能要求结构具有良好的抗震性能n 允许

20、结构构件屈服、破坏，但不倒塌允许结构构件屈服、破坏，但不倒塌三水准原则三水准原则l 小震不坏小震不坏（众值烈度）（众值烈度）结构处于弹性状态，结构不受损或不需修理结构处于弹性状态，结构不受损或不需修理l 中震可修中震可修（基本烈度）（基本烈度）允许轻度损坏，经一般修理即可继续使用允许轻度损坏，经一般修理即可继续使用l 大震不倒大震不倒（罕遇烈度）（罕遇烈度）l 第一阶段：满足小震不坏第一阶段：满足小震不坏考虑小震作用效应考虑小震作用效应验算承载力和弹性变形验算承载力和弹性变形l 第二阶段：满足大震不倒第二阶段：满足大震不倒考虑大震作用考虑大震作用验算结构弹塑性变形（弹塑性层间位移角）验算结构弹

21、塑性变形（弹塑性层间位移角）u 后期变形能力（非弹性变形能力）后期变形能力（非弹性变形能力）l 延性定义延性定义u 进入破坏阶段以后，在承载力没有显著下降进入破坏阶段以后，在承载力没有显著下降 的情况下，承受变形的能力。的情况下，承受变形的能力。l 延性系数延性系数yp 屈屈服服变变形形极极限限变变形形l 延性的作用延性的作用u 防止发生脆性破坏，确保安全防止发生脆性破坏，确保安全u 在超静定结构中，能更好地适应地基不均匀沉陷在超静定结构中，能更好地适应地基不均匀沉陷 以及温度变化等情况以及温度变化等情况u 使超静定结构能够充分地进行内力重分布，使超静定结构能够充分地进行内力重分布， 有利于吸

22、收和耗散地震能量，满足抗震要求有利于吸收和耗散地震能量，满足抗震要求l 延性要求延性要求84 l 保证延性的措施保证延性的措施u 合理的截面尺寸合理的截面尺寸u 适宜的截面配筋率、柱轴压比、梁和墙剪压比适宜的截面配筋率、柱轴压比、梁和墙剪压比u 充分的构造措施充分的构造措施8.8.重视重视剪跨比、剪压比剪跨比、剪压比的作用和规定的作用和规定是判断抗侧力构件抗震性能的重要指标是判断抗侧力构件抗震性能的重要指标区分构件的变形特征和能力区分构件的变形特征和能力0VhM 计算值计算值柱两端弯矩较大值柱两端弯矩较大值u 对弯矩在柱中的框架柱对弯矩在柱中的框架柱hH2/n l 2 时，为弯剪型或弯曲型时，

23、为弯剪型或弯曲型l2 时，为剪切型时，为剪切型0bhfVcRE 限制内力，保证延性限制内力，保证延性设计值设计值l 对对l / h 2.5 的梁和连梁，的梁和连梁， 2 的柱和墙肢，的柱和墙肢，0.2l 对对l / h2.5 的梁和连梁，的梁和连梁，2 的柱和墙肢，的柱和墙肢，0.159.9.应注意减轻结构自重应注意减轻结构自重u 有利于降低基础造价和处理有利于降低基础造价和处理u 减小地震效应，提高结构抗震性能减小地震效应，提高结构抗震性能10.10.避免结构在地震力作用下产生共振避免结构在地震力作用下产生共振u 地震动卓越周期地震动卓越周期T0 主要由场地土特征选定主要由场地土特征选定11

24、.11.高层建筑结构应设置有多道抗震防线高层建筑结构应设置有多道抗震防线u 避免采用纯框架结构避免采用纯框架结构12.12.结构承载力和刚度应与地震动力要求相适应，结构承载力和刚度应与地震动力要求相适应， 并均匀连续分布并均匀连续分布u 避免部分结构构件的超强设计和超强施工避免部分结构构件的超强设计和超强施工u 错开结构自振周期和地震动卓越周期错开结构自振周期和地震动卓越周期13.13.应遵循应遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件” 抗震设计原则抗震设计原则u 通过设计计算和构造措施保证通过设计计算和构造措施保证u 采取构造和设计措施保证塑性铰的转动能力采取构

25、造和设计措施保证塑性铰的转动能力u 高层结构不宜采用分离方法高层结构不宜采用分离方法u 控制塑性铰的出现位置和区域控制塑性铰的出现位置和区域14.14.构件与构件、结构与结构之间应牢固连接或彻底分离构件与构件、结构与结构之间应牢固连接或彻底分离15.15.合理控制结构塑性铰区，避免脆性破坏合理控制结构塑性铰区，避免脆性破坏16.16.加强梁端、柱端、墙开洞处等部位加强梁端、柱端、墙开洞处等部位17.17.地基基础承载力和刚度与上部结构适应地基基础承载力和刚度与上部结构适应u 适当加大抗弯、抗剪配筋，但不宜超配适当加大抗弯、抗剪配筋，但不宜超配u 加强钢筋锚固等构造措施加强钢筋锚固等构造措施18

26、.18.关注抗风设计关注抗风设计19.19.选择对抗震有利的地段和场地选择对抗震有利的地段和场地u 按规范要求合理选取基本风压按规范要求合理选取基本风压u 保证具有足够的承载力和抗侧刚度保证具有足够的承载力和抗侧刚度u 控制风载下的侧移控制风载下的侧移u 防止局部损坏防止局部损坏20.20.通过设计合理选择结构刚度通过设计合理选择结构刚度21.21.合理确定基础埋深合理确定基础埋深u 基础埋深应满足地基承载力、变形和稳定的要求基础埋深应满足地基承载力、变形和稳定的要求u 最小埋深应满足规范要求最小埋深应满足规范要求22.22.合理选择裙房与主楼的基础连接方式和施工方法合理选择裙房与主楼的基础连

27、接方式和施工方法u 同时施工时可不设沉降缝，但应设置施工后浇带同时施工时可不设沉降缝，但应设置施工后浇带u 应考虑沉降差对裙房结构内力的影响应考虑沉降差对裙房结构内力的影响u 应考虑基础沉降对周围已有建筑及管道等的影响应考虑基础沉降对周围已有建筑及管道等的影响1.1.钢结构钢结构 2 2. 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构3.3.钢钢混凝土组合结构混凝土组合结构（1 1）钢骨钢筋混凝土构件）钢骨钢筋混凝土构件（内为型钢，外为普通钢筋混凝土）。（内为型钢，外为普通钢筋混凝土）。 现在一般高层建筑地下室和下面几层常用。现在一般高层建筑地下室和下面几层常用。 （2 2）用钢筋混凝土做筒或剪力墙，用型钢做框架梁柱。）用钢筋混凝土做筒或剪力墙，用型钢做框架梁柱。强度高、自重轻、抗震好，易于加工，施工方便。强度高、自重轻、抗震好，易于加工，施工方便。但造价高，耐火性差，需要大量的防火涂料。在但造价高，耐火性差，需要大量的防火涂料。在发达国家，大多数高层建筑都用钢结构。发达国家，大多数高层建筑都用钢结构。造价低、材料来源丰富，可做成各种造价低、材料来源丰富，可做成各种截面形状，刚度大，防火性好。但自截面形状，