结构概念和体系第4章3

4.4提高高层结构体系整体承载力和抗侧移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）第四章结构的竖向分体系(TheVerticalSystemofStructure)4.2关于“框架作用”的推理（DiscussiononFrameAction）4.4提高高层结构体系整体承载力和抗侧移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）4.1框架作用(FrameAction)

4.5未来超高层建筑结构(High-riseBuildingStructureinFuture)4.3结构竖向分体系的主要类型和特点(TheMajorStylesandCharacteristicsofVerticalStructuralSystem)2/1/202314.4提高高层结构体系整体承载力和抗侧移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）适当加强结构受力最大部位设置刚性横梁（或桁架）把竖向荷载集中在主要的承重构件上利用合理的体形2/1/202324.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding平面形状的影响2/1/20233M4.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding

从整体来看，房屋可以看作是锚固在地面上的悬臂梁，板式结构具有最大的迎风面，对体系的抗侧移是很不利的。若把一字形平面弯折一下，形成像弧形截面、角钢、槽钢或工字形截面，其刚度就大多了。结构平面形状对刚度的影响上海华亭饭店2/1/202344.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding上海华亭饭店S型平面建筑面积100000m2

2/1/202354.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding上海

华亭饭店2/1/202364.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding北京

国际饭店2/1/202374.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding北京

国际饭店北京国际饭店(a)平面(b)剖面旋转餐厅位置2/1/202384.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding广州花园酒店

高112m，地上31层，地下1层，三叉型平面，剪力墙结构。2/1/202394.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding广州

中国大酒店

上世纪八十年代中建成，H型平面，剪力墙体系。

2/1/2023104.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding

圆形或椭圆形平面能明显减少风荷载，因而也能减小结构的侧移。2/1/202311加拿大多伦多电视塔(CNTower)

当今世界最高的独立结构。它采用Y形平面的预应力混凝土塔身，天线高度达553

m，并在350

m处设有旋转餐厅，在447m处设有观光平台。一、UsingReasonableShapeofBuilding2/1/202312加拿大

多伦多电视塔（CNTower）4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding2/1/202313

加拿大

多伦多市政大厅(TorontoCityHall)4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding79.6m(20层)99.7m(27层)

由一个圆形会议大厅和两栋新月形办公大楼组成。办公大楼的主要承重结构为两片弧形钢筋混凝土墙壳。其独特的结构形式已使多伦多市政大厅成为加拿大著名的旅游景点。2/1/2023144.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding

外侧弧形钢筋混凝土墙形成竖向柱形壳体，为加强在不对称风荷下墙壳的抗扭转能力，墙壳端部设置了粗大的边柱，形成壳体的边缘构件。

大楼内侧为全玻璃幕，中间设一列柱，横向框架梁从外墙壳伸向中柱，并悬挑约2m悬挂玻璃幕。楼板结构置于框架梁之间，成为墙壳的横隔板，大大加强了墙壳的刚度和承载力。2/1/2023154.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding外墙壳中间柱竖向荷载水平荷载

风洞试验表明，由于两座楼间距很近，风在两座大楼间形成的涡流使风荷比规范规定值几乎大四倍，然而由于设计者充分利用壳面体形，墙壳具有足够的抗侧移刚度和承载力，并且依其独特的结构形式，使市政大厅成为多伦多市著名的旅游景点。

加拿大多伦多市政大厅2/1/202316

上述房屋平面形状的影响对各种结构形式都适用。4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding一、混合结构二、排架体系三、框架体系四、结构墙体系五、框架-结构墙体系六、筒体七、巨型框架体系八、巨型桁架体系九、蒙皮结构体系十、其他组合体系2/1/2023174.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding

立面和竖向构件布置的影响2/1/202318

在立面和竖向构件布置时若采用倾斜的竖向构件，对刚度是十分有利的。计算表明，一栋40层框架结构房屋，若边柱倾斜8%，，其侧移可减小约50%。4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding2/1/202319美国：房屋体形逐渐收缩4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding

若将结构宽度沿房屋高度做成上窄下宽，与悬臂柱的弯矩图相似，则无论对结构承载力或结构刚度都有很好的效益。2/1/202320美国芝加哥：房屋体形逐渐收缩4.4有效措施…

一、UsingReasonableShapeofBuilding

把房屋体形做成三角形或金字塔形还降低了水平力作用点，对提高抗侧能力也是很有效的。立面图侧面图2/1/202321美国纽约ChryslerBuilding房屋台阶式收缩4.4有效措施……

一、UsingReasonableShapeofBuilding2/1/2023224.4有效措施…一、UsingReasonableShapeofBuilding美国纽约房屋台阶式收缩2/1/2023234.4提高高层结构体系整体承载力和抗侧移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）适当加强结构受力最大部位把竖向荷载集中在主要的承重构件上设置刚性横梁（或桁架）利用合理的体形2/1/2023241．根据内力大小，改变构件截面尺寸及承载力4.4有效措施…

二、ProperStrengtheningMaximumStressParts

如果房屋体形不变，也可从结构构件上来加强受力最大的部位。最常见的是沿高度改变柱截面尺寸、结构墙厚度、混凝土强度等级以及配筋量，以适应结构内力的变化。2/1/2023252.采用带边框的剪力墙，尽可能为剪力墙设置翼墙

剪力墙是以受弯为主，剪力墙的边柱和翼墙对提高剪力墙的承载力和抗弯刚度十分有效；如果条件允许，将纵横方向剪力墙连在一起，形成像角钢或槽钢一样的截面，则更为有效。4.4有效措施…

二、ProperStrengtheningMaximumStressParts用边框(柱)和翼墙加强剪力墙2/1/2023263．适当加强房屋的角柱

在高层结构中，由于风荷和地震力的性质不同，设计中很难使荷载中心和结构刚度中心完全重合，结构有一定的扭转变形是不可避免的。扭转中角柱的附加侧移和附加内力最大，加强角柱对结构抗扭十分有效，高层建筑结构中有时把角柱做成筒体，效果就更为明显。4.4有效措施…

二、ProperStrengtheningMaximumStressParts2/1/2023274.4提高高层结构体系整体承载力和抗侧移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）适当加强结构受力最大部位设置刚性横梁（或桁架）把竖向荷载集中在主要的承重构件上利用合理的体形2/1/202328

在讨论刚度时我们已经知道，大柱刚度要比同面积的几个小柱刚度的总和要大许多。2.4结构的刚度和变形

五、关于房屋刚度的讨论若将四根小柱合并为一根大柱，则刚度为:I2=4I1

由四根1m见方小柱组成，其截面刚度为四根柱截面刚度:

I1=4/12若将四根1m见方的柱“拍扁”，做成四片独立的墙，每片为0.2m×5m:I3=12.5I1

若将上述四片墙在墙角处连成整体，形成箱形截面:I4

=50I1

5.2250.25.25.23.221.61.6113.2115.22/1/202329

在考虑结构抗倾覆时，我们还知道，荷载的偏心距e=M/W,增大结构的竖向荷载W就会减小偏心距e,这样可提高结构的抗倾覆能力。当然，我们不应当人为地加大竖向荷载，这对结构抗震是很不利的。有效的措施是采用悬挂结构或结构转换层，把房屋的竖向荷载集中作用在主要承重构件（核心筒）上。4.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure

2/1/2023304.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure

把竖向荷载集中作用在主要承重结构上悬挂结构2/1/2023314.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure美国早期的悬挂结构荷载全部挂在核心筒上2/1/2023324.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure香港威尔斯亲王大厦

1979年建成，利用结构转换层把荷载全部作用在核心筒上。结构转换层2/1/2023334.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure香港汇丰银行大厦悬挂结构（1985年建成）汇丰银行2/1/2023344.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure香港汇丰银行悬挂结构

平面为72m×55m，高180m，地面以上43层，采用巨型桁架，分五层悬挂在八根巨型格构式柱上。吊杆格构柱吊杆电梯168004800108005100510011100700001800007800吊杆格构柱巨型格构柱2/1/2023354.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure

每根格构柱为4.8m×5.1m，四角为四根圆形钢管，底层钢管为ф1400mm×100mm，向上逐渐减小，顶层钢管为ф800mm×40mm。吊杆格构柱吊杆电梯168004800108005100510011100巨型格构柱2/1/2023364.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure2/1/2023374.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure香港汇丰银行悬挂体系侧面框架2/1/2023384.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure香港汇丰银行：悬挂体系2/1/2023394.4有效措施…

三、ConcentratetheVerticalloadonthePrincipalBearingStructure

香港汇丰银行

1985年建成，由诺尔曼·福斯特设计，预算达10亿美元。由于其独特的外形和新型的结构体系，受到世人关注。2/1/2023404.4提高高层结构体系整体承载力和抗侧移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-RiseBuildingStructure）适当加强结构受力最大部位设置刚性横梁（或桁架）竖向荷载集中在主要承重构件上利用合理的体形2/1/202341刚性横梁在筒体结构中的作用VV

当没有刚性横梁时，筒体和外框架都是独立弯曲变形，侧移较大；若设置顶层刚性横梁，当筒体在水平力作用下产生弯曲变形时，刚性横梁的转动会受到两侧外柱的约束，从而在外柱中产生很大的轴力，一侧受拉，一侧受压，形成与倾覆力矩反向的抵抗力矩。由于这两个轴力的力臂很大(等于结构总宽)，这个反向力矩大大减小了核心筒的弯矩和侧移。对于以核心筒为主要抗侧力结构的体系，横梁需要更大的刚度，通常利用一至二个楼层高度作为横梁(或桁架)高度。4.4有效措施……

四、SettingStiffnessMega-girderorTruss

刚性横梁上海锦江饭店竖向剖面A-A竖向剖面B-B水平桁架水平桁架2/1/2023424.4有效措施…

四、SettingStiffnessMega-girderorTruss

深圳国贸大厦

高160m，共50层，采用筒中筒结构，顶层设刚性大梁以协调内外筒的变形，刚性横梁截面高达6.9m。2/1/2023434.5未来超高层建筑结构（High-RiseBuildingStructureinFuture）第四章结构的竖向体系(TheVerticalSystemofStructure)4.2关于“框架作用”的推理（DiscussiononFrameAction）4.4提高高层结构体系整体承载力和抗侧移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）4.1框架作用（FrameAction）

4.5未来超高层建筑结构（High-RiseBuildingStructureinFuture）4.3结构竖向分体系的主要类型和特点（TheMajorStylesandCharacteristicsofVerticalStructuralSystem）2/1/2023444.5High-riseBuildingStructureinFuture…城市人口的高度集中和地价猛涨的要求

高层建筑不仅为激烈竞争的市场经济提供活动场所，而且是经济实力和信誉的象征，有着独特的“广告效应”。高层建筑社会经济发展的需要科学技术进步的成果

一幢著名的大厦往往成为某某公司实力的象征，由此带来的巨大经济效益是不可低估的。

在当今市场经济的激烈竞争中，高层建筑必将进一步向更高方向发展。2/1/202345

人们已建成象原纽约世界贸易中心和西尔斯大厦这样的超高层建筑，如果我们把这样的大楼看成一根根“巨型杆件”，那么，利用框架作用、框筒、巨型框架、巨型桁架的概念，在基本不增大“巨型杆件”弯矩的条件下，不难设计出更高更大的未来超高层建筑。如果再考虑到利用结构体形提高结构刚度等概念，还可进一步减小“杆件”内力。4.5High-riseBuildingStructureinFuture…2/1/2023462008年动工的“新东京塔”是由日本知名建筑师安藤忠雄和雕刻家澄川喜一联袂设计，总耗资约为500亿日元设计塔高为610m，预计2011年完工。4.5High-riseBuildingStructureinFuture…新东京塔据悉，“新东京塔”将建在一个三角形的底座上，呈圆柱形，随着高度上升塔身逐渐变细，顶端呈圆球形，主要是为了有效抵抗地震和强风。游客通过观光电梯攀登其上，能够远眺整个关东平原。而空中走廊则采用全透明玻璃设计，以便让游客能在高空来个“云中漫步”。2/1/202347

当今世界最高的独立建筑——阿联酋迪拜塔于2004年动工，经历了金融危机挫折，几度停工、复工，2010年1月终于峻工。

迪拜塔有160层，高度达828m，建筑面积500,000m2，用了330,000m3混凝土和31,400t钢材，耗资达15亿美元。大楼可容纳12,000人，设有1,044间住宅，49层办公室和一家豪华酒店,以及相应娱乐设施。在124层还设有观景台，乘坐世界上最快的高速电梯，游客一分钟内就能到达观景台，可遥望80Km外的景色。4.5High-riseBuildingStructureinFuture…阿联酋迪拜塔2/1/2023484.5High-riseBuildingStructureinFuture…阿联酋迪拜塔从外形看迪拜塔象是被捆在一起的许多长短不一的筒体。可见这是筒束结构，也可称为组合筒体系。2/1/202349阿联酋迪拜还欲建高度达750m的超高金字塔4.5High-riseBuildingStructureinFuture…2/1/202350

目前，更高的高层建筑，例如日本东京拟建的MillenniunTower（高800m，底部直径190m）和空中城市大厦—1000等也已在规划和设计中。4.5High-riseBuildingStructureinFuture…日本东京拟建的米兰扭塔(MillenniumTower)2/1/202351日本空中城市大厦—1000

高1000m，底部直径400m。未来超高层建筑结构的设计方案和构思还很多，这里就不一一列举了。4.5High-riseBuildingStructureinFuture…2/1/2023524.5High-riseBuildingStructureinFuture…必须加强各学科间的相互渗透，要使建筑、结构、设备、环境达到完美统一。建筑物材料经济设备施工结构建筑其它

总之，未来的超高层建筑不仅要求建筑师和结构工程师的密切配合，一栋成功的建筑是各专业通力合作的成果2/1/202353

4.5High-riseBuildingStructureinFuture…

2001年

“9.11”事件后，人们不得不重新反思建造超高层建筑的利弊。2/1/202354

4.5High-riseBuildingStructureinFuture…

2001年

9月11日恐怖分之劫持的波音757、波音767客