高层建筑结构设计资料讲解

高层建筑结构设计2、高层建筑分类1972年国际高层会议将世界高层建筑划分为四大类：第一类高层建筑为：9－15层，不超过50m高度者；第二类高层建筑为：16－25层，不超过75m高度者；第三类高层建筑为：26－40层，不超过100m高度者；第四类高层建筑为：40层以上，高度超过100m以上者（超高层）3.高层结构的特点(1)建筑结构所承受的荷载和作用由以竖向力作用为主转变为以水平力作用为主。(2)高层建筑结构的动力反应不可低估。(3)结构轴向变形，剪切变形以及温度、沉降因素的影响加剧。(4)由此而带来的材料用量、工程造价呈抛物线关系增长。二、高层建筑的概况金茂大厦环球金融中心帝国大厦世界贸易中心三、高层建筑优缺点优点：极大的提高了土地的利用率，可节省土地买价，增加绿化面积，改善城市环境；相对集中的高层建筑群便于人们相互间的联系，也可减少建筑物的管理费用；办公、居住、商业、娱乐等多用途的综合性办公楼的出现，可使人们方便地在同一座楼内工作和生活，免除了上下班的长途奔波，减少城市的交通流量，节省市政建设投资。缺点：造价昂贵，管理复杂，施工周期长，能量消耗大；难以充分利用天然采光、通风等自然环境，使人与自然的联系减少；刮风时建筑物摆动会使人感觉眩晕，电梯损坏时上下楼梯困难；高层建筑的巨大阴影影响附近建筑物的采光和日照；以外灾害比一般建筑物严重四、世界高层建筑发展方向1、在建筑规模和建筑高度上都将有新的突破，强调建筑物的多功能和高效益。2、在结构设计方面，着重技术深化。除广泛普及计算机辅助设计的手段外，更应该发展智能设计，建立全面完整的数据库系统，建立可靠的专家系统，利用网络传输实现设计数据共享。3、创造新的设计概念，采用新的结构形式：巨型结构蒙皮结构带加强层结构立面设置大洞口设置减震装置4、新材料新设备的应用。高强砼我国C50-C60，美国C80-C100，钢管砼、轻骨料砼、纤维砼、预应力砼。消防云梯香港40m5、采用更先进的施工技术和机具五、本课程学习的目的、内容要求1、目的：了解和掌握钢筋混凝土高层结构的设计原理和设计方法，为今后的毕业设计、工作奠定基础。2、内容：了解高层建筑结构的常用结构体系及应用范围；掌握高层建筑结构风荷载及地震作用计算方法；掌握框架、剪力墙、框架剪力墙结构体系的内力及位移计算；掌握上述三种体系的配筋及构造要求；了解《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002（简称《高规》）第二章抗侧力结构与布置高层建筑结构设计要求

具有足够的承载能力和刚度，保证其正常使用安全可靠，还应满足“合理”和“经济”的原则。必须要有精确的力学计算和受力分析。但一些复杂的部位或不确定因素的作用下是无法通过数值计算来进行设计，这就需要通过概念设计的方法解决问题。“概念设计”可以包括确定结构方案、进行合理的结构布置(含基础)、选取正确的结构分析模型，判断薄弱部位，加强构造措施等，其内容十分广泛。1、框架结构体系纯框架结构体系（柱、梁）是一种以承受竖向荷载为主的柔性抗侧力结构体系。其抗侧能力差．但能形成较大的空间，使建筑平面布置灵活，立面变化多。柱距4～5m（小），7～8m（大），一般6～8m为经济柱网。2、剪力墙结构体系剪力墙亦称为抗震墙或结构墙，主要是用以抵抗水平力，目前我国剪力墙全部采用钢筋混凝土墙体(图为典型剪力墙结构布置)。

剪力墙属刚性抗侧力结构，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、侧向变形小，因此其抗震性能好。其优点是：①整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强；②抗震性能较好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力。因而剪力墙结构适宜的建造高度比框架结构要高。其缺点是：受楼板跨度的限制（一般为3～8m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活。剪力墙结构的平面布置(1)剪力墙应双向或多向布置，宜拉通对直，纵横墙体交叉。以形成T形、工形截面，不可布置成不利于抗震设计的鱼骨形和发生“十字头”现象。

(2)较长的剪力墙可用楼板(无连梁)或弱的连梁分为若干个独立墙段。每个独立墙段可以是实体墙、整体小开口墙、联肢墙或壁式框架。每个独立墙段的总高度与长度之比不宜小于2。剪力墙的竖向布置(1)剪力墙沿竖向应贯通全高，墙厚宜逐步减薄、避免刚度突变，造成应力集中。(2)剪力墙的门窗洞宜上下对齐、成列布置。形成明确的墙肢和连梁，不宜采用错洞墙。洞口设置应避免墙肢刚度相差悬殊。(3)墙肢截面高度与厚度之比不宜小于3。框支剪力墙：在建筑底部做成较大空间，将剪力墙底部做成为框架柱。但是这种墙体上、下刚度形成突变，对抗震极为不利。故在地震区不允许采用框支剪力墙结构体系。可以采用部剪力墙分落地、部分剪力墙框支的结构体系，并且在构造上：①落地墙布置在两端或中部，纵、横向连接围成筒体；②落地墙间距不能过大；③落地剪力墙的厚度和混凝土的等级要适当提高，使整体结构上、下刚度相近；④应加强过渡层楼板的整体性和刚度。短肢剪力墙：墙肢截面高度与宽度之比为5～8的剪力墙。优点：有利于住宅平面布置，减轻结构自重。缺点：抗侧能力低于高度与宽度之比8以上的剪力墙结构。3、框架——剪力墙结构体系把框架和剪力墙两种结构体系的优点结合起来，在框架体系中的一定位置，布置一定数量的纵、横向剪力墙后，便形成框架——剪力墙结构体系（如图）。在框架－剪力墙（框架－筒体）结构体系中，剪力墙的布置应注意以下几点：①剪力墙以对称布置为好，可减少结构的扭转。这一点在地震区尤为重要；②剪力墙应上下贯通，使结构刚度连续而且变化均匀；③剪力墙宜布置成筒体，建筑层数较少时，也应将剪力墙布置成T型、L型、I型等。便于剪力墙更好地发挥作用（墙肢自身的抗侧能力）；④剪力墙应布置在结构的外围，可以加强结构的抗扭作用。但是考虑温度应力的影响和楼板平面内的变形，剪力墙的间距不应过大。在框架-剪力墙结构中，剪力墙承受的地震倾覆力矩应大于结构总地震倾覆力矩的50％，否则应按框架结构体系对待。为发挥框架抵抗水平力的作用，总框架承受的最大层剪力宜在0.2V0～0.4V0之间(V0一结构底部总剪力）。剪力墙太少则结构不实全；太多，结构刚度过大，加大了地震作用效应，而且也不经济。初定：（1）已有工程经验横向剪力墙的最大间距

楼盖形式非抗震设计抗震设计设防烈度6-7度8度9度现浇≤5B≤60m≤4B≤50m≤3B≤40m≤2B≤30m装配整体≤3.5B≤50m≤3B≤40m≤2.5B≤30m4.板柱－剪力墙结构板柱结构：钢筋混凝土无梁楼板和柱组成的结构为。优点：减小层高，提供大的使用空间，灵活布置隔断墙等。缺点：抗震性能差，不宜作为高层建筑的抗震结构。板柱－剪力墙结构：将板柱结构中设置剪力墙（如楼、电梯间）。可用于抗震设防烈度不超过8度且高度有限制的建筑。5.框架－支撑（框架墙板）结构上述各种体系适合于钢结构，也适合于钢筋混凝土和混合结构6、筒体结构体系由剪力墙组成的封闭体(允许开洞)称为筒体。筒体比单片剪力墙的集合有更大的承载能力和抗侧能力，它是一种空间结构形式。(1)框架——筒体体系：在外围筒体上开有很多洞口．则筒体便是由间距很密的柱与截面很高的梁(窗间梁)组成，也是一种形似框架实为筒体的密柱深梁结构，称为框架筒体结构。

(2)筒中筒结构体系通过刚性楼面把外筒和内筒连在一起所形成的空间结构称为筒中筒体系，体系中的外筒多为框筒．内筒多为实腹筒．上图(b)为典型的筒中筒结构平面。筒中筒结构平面可以为矩形、正方形、圆形、三角形及其它。(3)成束筒结构体系将多个筒体合并在一起，组成一个空间结构称之为成束筒结构体系。成束筒结构有着比其它筒体更好的抗侧能力。美国芝加哥城西尔斯大厦便是这种结构形式的代表作。如图所示。西尔斯大厦的结构平面是由九个筒体合并成一个正方形，随着高度增加，筒的数目不断减少，使一个最筒单的平面形成一个丰富的实体造型。(4)悬挂式和巨形框架式：高层结构还可以采用悬挂式和巨形框架式等结构形式，如图所示．巨型框架筒体(实腹简或框架筒)做成巨型柱，用高度很大(—层或几层楼高)的箱形构件或桁架做巨型梁。巨型梁之间的楼层用截面很小的只承受竖向荷载的构件组成结构，称为次结构，每个巨型构件承受上面次结构传来的竖向荷载，水平荷载则由巨型框架抵抗。例：广州天王中心大厦（46层）结构：主楼及副楼均采用钢筋晨凝土巨型框架结构体系；主楼为4层巨型框架，每层中设置次框架，层数不等，总层数达到46层。主楼的巨型粱设于地下2层(隧道顶)、地上8层、21层、34层。巨型梁为箱形梁，每层有4根巨型梁、间距8m，跨度为21-23m，采用无粘结预应力梁，由一层高的实腹梁和上、下楼板形成，巨型实腹梁宽度为1500mm，高层由下到上分别为：3000mm、4100mm、3200mm、1500mm。巨型梁所在层为设备层。巨型框架的两个巨柱是剪力墙实腹筒，正好跨在隧道两侧，筒内容纳所有电梯井和各种竖向管道，还有一些可供使用的小房间。主楼的剪力墙厚度：纵向墙由800mm减至500mm．横向墙由800mm减至300mm。7、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级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最大适用高度应符合表4.2.2-1的规定，具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构的最大适用高度尚应符合（高规）第7.1.2条的规定。B级高度高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可较A级适当放宽，其结构抗震等级、有关的计算和构造措施应相应加严，并应符合本规程有关条文的规定。框架-剪力墙、剪力墙和筒体结构高层建筑，其高度超过表4.2.2-1规定时为B级高度高层建筑。B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最大适用高度应符合表4.2.2-2的规定表4.2.2-1A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）

注：A级高度钢筋混凝土高层建筑指符合表4.2.2-1高度限值的建筑，也是目前数量最多，应用最广泛的建筑。当框架-剪力墙、剪力墙及筒体结构超出表4.2.2-1的高度时，列入B级高度高层建筑。注：1房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度；2、表中框架不含异形柱框架结构；3、部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构；4、平面和竖向均不规则的结构或Ⅳ类场地上的结构，最大适用高度应适当降低；5、甲类建筑，6、7、8度时宜按本地区抗震设防烈度提高一度后符合本表的要求，9度时应门研究：6、9度抗震设防、房屋高度超过本表数值时，结构设计应有可靠依据，并采取有效措施注：1房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度；2部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构；3平面和竖向均不规则的建筑或位于Ⅳ类场地的建筑，表中数值应适当降低；4甲类建筑，6、7度时宜按本地区设防烈度提高一度后符合本表的要求，8度时应专门研究：5当房屋高度超过表中数值时，结构设计应有可靠依据，并采取有效措施。

4.2.3A级高度钢筋混凝土高层建筑结构的高宽比（H/B）不宜超过表4.2.3-1的数值；B级高度钢筋混凝土高层建筑结构的高宽比不宜超过表4.2.3-2的数值。表4.2.3-1A级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽第三节高层建筑结构布置1、为了使高层建筑满足抗震没防要求，应考虑下述的抗震设计基本原则：(1）选择有利的场地，避开不利的场地，采取措施保证地基的稳定性．(2）保证地基基础的承载力、刚度，以及足够的抗滑移，抗倾覆能力。(3）合理设置防震缝。(4）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。(5)多道抗震设防能力，避免因局部结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力。(6）合理选择结构体系。(7）结构应有足够的刚度，且具有均匀的刚度分布控制结构顶点总位移扪层间位移，避免因固局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。

(8）结构应有足够的结构承载力，具有较均匀的刚度和承载力分布。(9）节点