高层建筑结构设计：第九章 复杂高层建筑结构设计

1、复杂高层建筑结构设计复杂高层建筑结构的主要类型 带转换层的高层建筑结构带加强层的高层建筑结构错层结构连体结构竖向体型收进、悬挑结构高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 32010)规定，9 度抗震设计时不应采用带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构和连体结构；7 度和8度抗震设计的高层建筑不宜同时采用超过两种上述的复杂结构。复杂高层建筑结构复杂高层建筑结构中的受力复杂部位，宜进行应力分析，并按应力进行配筋设计校核。 7度和8度抗震设计时，剪力墙结构错层高层建筑的房屋高度分别不宜大于80m和60m；框架-剪力墙结构错层高层建筑的房屋高度分别不应大于80m和60m。抗震设计时，B级高度高层建筑不宜

2、采用连体结构；底部带转换层的筒中筒结构B级高度高层建筑，当外筒框支层以上采用由剪力墙构成的壁式框架时，其最大适用高度应比规定的数值适当降低。带转换层的高层建筑结构在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯通落地时，应设置结构转换层，在结构转换层布置转换结构构件，形成带托墙转换层的部分框支剪力墙结构或带托柱转换层的筒体结构。转换层 transfer story，设置转换结构构件的楼层，包括水平结构构件及其以下的竖向结构构件。转换结构构件 structural transfer member，完成上部楼层到下部楼层的结构型式转变或上部楼层到下部楼层结构布置改变而设

3、置的结构构件，可采用梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、斜撑等。转换梁设计梁上、下部纵向钢筋的最小配筋率、梁箍筋应加密。截面高度不宜小于计算跨度的1/8；转换梁与转换柱截面中线宜重合； 转换梁截面的剪压比、转换梁纵向钢筋接头宜采用机械连接、转换梁不宜开洞。转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主要转换构件上。 剪力墙结构中的转换梁框支剪力墙的受力特点(1)竖向荷载下墙体的应力分布剪力墙结构中的转换梁(2)竖向荷载下框架的内力分布剪力墙结构中的转换梁（3）水平荷载下的应力分布转换柱设计纵向钢筋配筋率、框支柱箍筋应采用复合螺旋箍或井字复合箍、箍筋体积配箍率、箍筋直径、箍筋间距、并应沿柱全

4、高加密；柱截面宽度，非抗震设计时不宜小于400mm，抗震设计时不应小于450mm；柱截面高度，非抗震设计时不宜小于转换梁跨度的1/15，抗震设计时不宜小于转换梁跨度的1/12；一、二级转换柱由地震作用产生的轴力应分别乘以增大系数1.5、1.2；与转换构件相连的一、二级转换柱的上端和底层柱下端截面的弯矩组合值应分别乘以增大系数1.5、1.2。剪压比箱形转换结构箱形转换结构上、下楼板厚度均不宜小于180mm，应根据转换柱的布置和建筑功能要求设置双向横隔板；上、下板配筋设计应同时考虑板局部弯曲和箱形转换层整体弯曲的影响，横隔板宜按深梁设计。 厚板设计1 转换厚板的厚度可由抗弯、抗剪、抗冲切截面验算确

5、定； 2 转换厚板可局部做成薄板，薄板与厚板交界处可加腋；转换厚板亦可局部做成夹心板； 3 转换厚板宜按整体计算时所划分的主要交叉梁系的剪力和弯矩设计值进行截面设计并按有限元法分析结果进行配筋校核。受弯纵向钢筋可沿转换板上、下部双层双向配置，每一方向总配筋率不宜小于0.6%。转换板内暗梁的抗剪箍筋面积配筋率不宜小于0.45%； 4 厚板外周边宜配置钢筋骨架网； 5 转换厚板上、下部的剪力墙、柱的纵向钢筋均应在转换厚板内可靠锚固； 6 转换厚板上、下一层的楼板应适当加强，楼板厚度不宜小于150mm。空腹桁架转换层采用空腹桁架转换层时，空腹桁架宜满层设置，应有足够的刚度。空腹桁架的上、下弦杆宜考虑

6、楼板作用，并应加强上、下弦杆与框架柱的锚固连接构造；竖腹杆应按强剪弱弯进行配筋设计，并加强箍筋配置以及与上、下弦杆的连接构造措施。 部分框支剪力墙结构部分框支剪力墙结构在地面以上设置转换层的位置，8度时不宜超过3层，7度时不宜超过5层，6度时可适当提高。 部分框支剪力墙结构的布置应符合下列要求： 1 落地剪力墙和筒体底部墙体应加厚； 2 框支柱周围楼板不应错层布置； 3 落地剪力墙和筒体的洞口宜布置在墙体的中部； 4 框支梁上一层墙体内不宜设置边门洞，也不宜在框支中柱上方设置门洞； 5落地剪力墙的间距应符合规定； 6落地剪力墙与相邻框支柱的距离，12层框支层时不宜大于12m，3层及3层以上框支

7、层时不宜大于10m； 7 框支框架承担的地震倾覆力矩不应大于结构总地震倾覆力矩的50。 部分框支剪力墙结构部分框支剪力墙结构中，剪力墙底部加强部位墙体的水平和竖向分布钢筋的最小配筋率，抗震设计时不应小于0.3%，非抗震设计时不应小于0.25%；抗震设计时钢筋间距不应大于200mm，钢筋直径不应小于8mm。 部分框支剪力墙结构的剪力墙底部加强部位，墙体两端宜设置翼墙或端柱，抗震设计时尚应按规定设置约束边缘构件。 部分框支剪力墙结构的落地剪力墙基础应有良好的整体性和抗转动的能力。带加强层的高层建筑结构当框架-核心筒结构的侧向刚度不能满足设计要求时，可沿竖向利用建筑避难层、设备层空间，设置适宜刚度的

8、水平伸臂构件，构成带加强层的高层建筑结构。加强层是伸臂 、周边水平环带构件、腰桁架和帽桁架等加强构件所在层的总称 ，凡是具有三者之一时，都可简称为加强层或刚性层。加强层的作用设置加强层可以使外柱参与整体抗弯，从而增强结构体系的整体抗侧能力，减小芯筒的弯矩，减小结构的侧移。加强层的类型伸臂：是增大外框架柱的轴力，从而增大外框架的抗倾覆力矩，增大结构抗侧刚度，减小侧移。腰桁架和帽桁架：是设置在内筒和外柱间的桁架或大梁，自身具备很大的刚度，可减少内筒和外柱间的竖向变形差。环向构件(环梁)：是指沿结构周围布置一层楼(或两层楼)高的桁架，其作用如同加在结构身上的一道“箍”，将结构外圈的各竖向构件紧密联系

9、在一起，增强了结构的整体性。腰桁架和帽桁架腰桁架和帽桁架加强层的设计原则结构形式：斜腹杆桁架、实体梁、箱形梁、空腹桁架等形式。加强层的层数：一般水平加强层的设置不超过3 层。在平面上布置加强层的刚臂应横贯建筑全宽，在内侧与芯筒连接，在外侧与外围框架柱连接。加强层的竖向布置：当只设置一道伸臂时，大约在结构的2/3高度处设置伸臂能较好发挥其抗侧作用。当设置两道伸臂时，如果其中一道设置在0.7H 以上(也可在顶层)，则另一道宜设置在0.5H 处。当设置多道伸臂时，一般可沿高度均匀布置。且宜两个主轴方向都设置刚度较大的水平外伸构件。带加强层高层建筑结构的计算分析错层结构错层结构的结构特点错层结构属竖向

10、布置不规则结构，错层附近的竖向抗侧力结构受力复杂，容易形成众多应力集中部位。在地震作用下，错层结构加上扭转效应的影响，可能给建筑物造成比较严重的破坏。错层结构的楼板有时会受到较大的削弱。剪力墙结构错层后会使部分剪力墙的洞口布置不规则，形成错洞剪力墙或叠合错洞剪力墙。框架结构错层则更为不利，往往形成许多短柱与长柱混合的不规则体系。错层结构设计抗震设计时，高层建筑沿竖向宜避免错层布置。当房屋不同部位因功能不同而使楼层错层时，宜采用防震缝划分为独立的结构单元。 错层结构中，错开的楼层不应归并为一层计算，应各自参加结构整体计算。 错层结构设计错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系。 错层处框架

11、柱的截面高度不应小于600mm，混凝土强度等级不应低于C30，抗震等级应提高一级采用，箍筋应全柱段加密。 错层处平面外受力的剪力墙，其截面厚度，非抗震设计时不应小于200mm，抗震设计时不应小于250mm，并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提高一级采用。错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率，非抗震设计时不应小于0.3%，抗震设计时不应小于0.5%。 连体结构 connective structure(s)除裙楼以外，两个或两个以上塔楼之间带有连接体的结构。连体结构日本建筑师安藤忠雄设计上海国际设计中心 连体结构布置当连体部位的层数超过该建筑总层数的

12、20时，对结构抗震极为不利，并会大大增加结构的造价。连接体下的两个塔楼的层刚度不宜相差太大（不宜相差30及以上）。洞口宜设置在中部，洞口尺寸不宜大于整个建筑立面面积的30。连体结构设计要求连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面和刚度。宜采用双轴对称的平面形式。8度抗震设计时，连体结构的连接体应考虑竖向地震的影响。 连接体结构与主体结构宜采用刚性连接，必要时连接体结构可延伸至主体部分的内筒，并与内筒可靠连接。连接体结构与主体结构非刚性连接时，支座滑移量应能满足两个方向在罕遇地震作用下的位移要求。连接体结构应加强构造措施，连接体结构的边梁截面宜加大，楼板厚度不宜小于150mm，宜采用双层双向

13、钢筋网，每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于0.25%。连接体结构可设置钢梁、钢桁架和型钢混凝土梁，型钢应伸入主体结构并加强锚固。当连接体结构包含多个楼层时，应特别加强其最下面一至两个楼层的设计和构造。多塔楼结构 multi-tower structurem未通过结构缝分开的裙楼上部具有两个或两个以上塔楼的结构。多塔楼结构多塔楼结构设计要求大底盘上有2 个或多个塔楼时，结构振型复杂，并会产生复杂的扭转振动。如结构布置不当，竖向刚度突变、扭转振动反应及高振型影响将会加剧。多塔楼建筑结构各塔楼的层数、平面和等效剪切刚度宜接近，塔楼对底盘宜对称布置，各塔楼结构的质心与底盘结构刚度中心的距离不宜大于该方向

14、底盘边长的20%。 多塔楼结构设计要求底盘屋面楼板厚度不宜小于150mm，并应加强配筋构造；底盘屋面上、下层结构的楼板也应加强构造措施。 抗震设计时，多塔楼之间裙房连接体的屋面梁应加强；塔楼中与裙房连接体相连的外围柱、剪力墙，从固定端至裙房屋面上一层的高度范围内，柱纵向钢筋的最小配筋率宜适当提高，柱箍筋宜在裙楼屋面上、下层的范围内全高加密，剪力墙宜设置约束边缘构件。 悬挑结构设计1 悬挑部位应采取降低结构自重的措施； 2 悬挑部位结构宜采用冗余度较高的结构形式； 3 结构内力和位移计算中，悬挑部位的楼层应考虑楼板平面内的变形，结构分析模型应能反映水平地震对悬挑部位可能产生的竖向振动效应； 4 7（0.15g)、 8、9度抗震设计时，悬挑结构应考虑竖向地震的影响；6、7度抗震设计时，悬挑结构宜考虑竖向地震的影响。5 抗震设计时，悬挑结构的关键构件以及与之相邻的主体结构关键构件的抗震等级应提高一级采用，一级应提高至特一级，抗震等级已经为特一级时，允许不再提高； 6 在预估的罕遇地震作用下，