第1讲高层建筑结构体系与结构布置

第一章概述1学习高层建筑结构设计的内容及目的：内容：本课程在专业培养目标中的定位与课程目标“高层建筑结构设计”是土木工程专业的一门十分重要的专业课，它的内容包括高层建筑结构体系的受力与变形特点，内力和位移计算，结构构件设计方法等。学好这门课程需要学生具备理论力学、材料力学、结构力学、土力学与基础工程、钢筋混凝土结构设计原理、钢结构、工程结构抗震等前期课程的基本理论知识，所以它是这些知识综合应用的一门课程，并将为毕业设计和未来的工程设计工作打下必要的基础。2目的：是对土木工程专业多门专业基础课和专业课的综合应用和检验对学生将来从事高层建筑结构学科学术研究提供系统的基础训练也是工程基础的综合应用平台和工程实践的交汇点对学生的科研能力和工程能力培养具有不可替代的作用对培养学生成为具有社会责任感的工程类研究型人才具有不可替代的作用3通过本课程学习，要求学生掌握高层建筑结构的基本理论和基本知识，能够进行一般高层建筑结构的方案设计、结构布置掌握对高层建筑结构进行建模和内力分析的方法，并能按国家相关规范正确进行构件设计和构造处理，掌握整个房屋的结构设计掌握高层建筑结构的抗震设计原理及方法初步掌握国内主流高层建筑结构计算机辅助设计软件的使用方法及特点建立初步的工程经验，培养解决和处理工程实际问题的能力，培养实事求是、独立思考、勇于创造的科学精神。41.1高层建筑和高层建筑结构1.2高层建筑结构的功能1.3高层建筑的结构型式1.4高层建筑结构的发展与展望51.1高层建筑和高层建筑结构高层建筑的定义，不同国家、不同时期高层建筑的定义不同各国的规定：2.联合国教科文组织所属的世界高层建筑委员会建议：第一类高层建筑：9~16层（高度≤50m)

第二类高层建筑：17～25层（高度≤75m)

第三类高层建筑：26～40层（高度≤100m)

第四类高层建筑：41层以上（高度超过100m，即超高层建筑)3.我国规定JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：层数≥10层或高度≥28m的混凝土结构GB50045-1995<<高层民用建筑设计防火规范>>和JGJ99-1998《高层民用结构钢结构技术规程》规定：层数≥10层的居住建筑，和高度≥24m的其他建筑德国英国美国法国日本前苏联≥22m≥24.3m≥24.6m≥7层居住建筑≥50m其他建筑≥28m≥8层≥31m≥9层6从受力理论上讲，高层建筑与多层建筑之间的界限应按房屋受力特性划分（按对水平荷载的敏感程度）；但不同的结构形式，受力特点不同，没有统一的标准。综上所述：层数≥10层的居住建筑，和高度≥24m的其他建筑为高层建筑，高度40层或超过100m，为超高层建筑，7-9层为中高层建筑，4-6层为多层建筑，不超过3层为低层建筑高层建筑结构—用于高层建筑的结构形式或体系，如框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等等。1.2高层建筑结构的功能在规定的设计基准期（一般50年，特别重要建筑100年）内，在承受其上的各种荷载和作用下，完成预期的承载力（安全性）、正常使用（适用性）、耐久性以及突发事件中的整体稳定功能（稳定性）。建筑结构同时承担竖向荷载和水平作用及其他作用，在低层建筑结构中，竖向荷载起控制作用，水平作用通常可以忽略；而在高层建筑结构中，水平作用成为控制因素7高层建筑结构内力和位移与结构高度的关系：

如均布荷载作用下的悬臂结构，可见，在高层建筑设计中除了保证结构有足够的承载能力以外，还要使结构有足够的刚度来抵抗结构过大的侧向变形81.3高层建筑的结构型式1.3.1按功能材料分：1.钢筋混凝土结构

优点：材料来源丰富、造价低，易成形，防火性好，刚度大。缺点：自重大，结构截面大，影响使用2.钢结构

优点：截面小，强度高，自重轻，抗震性能好，易于加工，施工方便，计算可靠；缺点：造价高，耐火性能不好3.混合结构

如钢骨（型钢）混凝土结构，钢管混凝土，部分用钢结构，部分用钢筋混凝土结构的结构体系91.3.2按结构体系分结构体系：结构抵抗外部作用构件的组成方式1.框架结构体系：由梁和柱组成，承受水平和竖向作用荷载（力）的传递路线：荷载→板→梁→柱→基础→地基缺点：抗侧移刚度小，水平荷载作用下产生较大侧移，适用于层数不多、水平荷载较小的高层建筑优点：建筑平面布置灵活，可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业室、教室等。需要时，可用隔断分隔成小房间，或拆除隔断改成大房间，因而使用灵活。外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。如果采用轻质隔墙和外墙，就可大大降低房屋自重，节省材料。

102.剪力墙结构体系：利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。墙体同时也作为维护及房间分隔构件。荷载→板→墙→基础→地基优点：整体性好、刚度大，水平力作用下结构侧移很小，适用于层数较多，水平荷载较大的高层建筑结构。剪力墙结构的缺点和局限性也是很明显的。主要是剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求。此外，结构自重往往也较大。为了克服上述弱点，减轻自重，并尽量扩大剪力墙结构的使用范围，应当改进楼板做法，加大剪力墙间距，做成大开间剪力墙结构。下述两种结构是剪力墙结构体系的发展，可使其应用范围扩大。1．底部大空间剪力墙结构2．跳层剪力墙结构

113.框架—剪力墙结构体系由梁、柱和钢筋混凝土墙组成，钢筋混凝土墙承受大部分水平作用，框架承受竖向作用水平荷载通过板、梁等水平构件→墙（柱）→基础→地基竖向荷载→板→梁→柱→基础→地基特点：保留了框架结构和剪力墙结构的优点，克服了两种结构的缺点，通过框架和剪力墙协同工作、协调变形，即增大了结构的总体刚度从而减小侧移，又改善了纯框架和纯剪力墙中上部和下部层间变形较大的缺点，因而可减少地震作用下非结构构件的破坏。124.筒体结构体系框筒结构、筒中筒结构、多筒结构、成束筒结构筒中筒结构

筒体的基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。上面提到的用剪力墙围成的筒体称为实腹筒。在实腹筒的墙体上开出许多规则排列的窗洞所形成的开孔筒体称为框筒，它实际上是由密排柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。如果筒体的四壁是由竖杆和斜杆形成的桁架组成，则称为桁架筒。筒体最主要的特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体，在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬臂构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有很好的抗扭刚度。这里将着重通过对框筒受力特点的分析，了解筒体的特点。13多筒体系——成束筒及巨形框架结构

当采用多个简体共同抵抗侧向力时，成为多筒结构，多筒结构可以有两种方式：

1）．成束筒

两个以上框筒(或其他筒体)排列在一起成束状，称为成束筒。

2）．巨形框架利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨形梁相连，筒体和巨形梁即形成巨形框架

5.悬挂结构体系6.巨型框架结构体系14框架结构体系15

框架结构典型平面

16图1-6a北京长城饭店（22层）17剪力墙结构体系18图1-10a北京国际饭店19框架－剪力墙结构体系20图1-12a北京西苑饭店（29层，93.06m）

21框架－筒体结构体系22筒中筒结构体系23成束筒结构体系24(a)实腹筒(b)框筒(c)桁架筒(d)筒中筒图1-9筒体类型25

希尔斯大楼

26悬挂结构体系27巨型框架结构体系28各种结构体系适用高度

291.4高层建筑结构的发展与展望（1）建筑高度不断增加；（2）建筑功能和用途越来越多；（3）各种新型的建筑结构类型和结构体系日趋多样化；301.4高层建筑结构的发展与展望高层建筑起源于19世纪中期至19世纪末期。19世纪随着工业的发展和经济的繁荣，人口向城市集中，造成用地紧张，迫使建筑物向高层发展。世界第一幢现代高层建筑为美国芝加哥家庭保险公司大楼，10层，高55m，建于1884-1886年；而世界第一幢采用全钢框架承重的高层建筑为1889年在美国建造的9层SecondRandMenally大楼。这一时期，1851年电梯系统的发明和1857年第一台自控客用电梯的出现，解决了高层建筑的竖向运输问题，也为建造更高的建筑创造了条件。19世纪末，高层建筑已突破了100m大关，1898年在纽约建造了30层、高118m的ParkRow大厦，为19世纪世界上最高的建筑。

311.4高层建筑结构的发展与展望

19世纪末至20世纪50年代初为高层建筑的发展期。由于钢铁工业的发展和钢结构设计技术的进步，使高层建筑逐步向上发展，并在结构理论方面有所突破，提出在框架结构中设置竖向支撑或剪力墙，来增加高层建筑的侧向刚度。1905年建造了50层的Metrop

Litann大楼；1907年在纽约建造了辛尔大楼，47层，高187m，为第一幢超过金字塔高度的高层建筑；1913年纽约建造了60层、高242m的Woolworth大楼；1923年建造了高319m的Charysler大厦；至1931年，在纽约曼哈顿建造了著名的帝国大厦，102层、高381m，它保持世界最高建筑达41年之久，现今仍为世界上的10幢最高建筑之一。同时，混凝土作为一种结构材料开始进入高层建筑的领域，1902年在美国的辛辛那提市建造了16层、高64m的Ingalls大楼，为世界第一幢钢筋混凝土高层建筑。30年代开始的世界经济大萧条和第二次世界大战的爆发，使高层建筑的发展一度趋于停顿。3220世纪50年代初至目前为高层建筑的繁荣期。随着战后世界经济的复苏和繁荣，再一次兴起高层建筑的建设和研究热潮。首先，钢筋混凝土高层建筑得到了空前的发展，至1962年，采用钢筋混凝土结构建造的纽约美洲旅馆高达50层。20世纪60年代中期，筒体结构设计概念的出现，使结构体系发展到了一个新的水平。20世纪60年代末至70年代初，使美国的高层建筑发展到了顶峰时期，建成了一批这一时期的代表性建筑物，有些至今仍为世界最高建筑物之列。如建成于1968年的芝加哥JohnHancock中心，100层，高344m；建成于1973年的纽约世界贸易中心（WorldTradeCenter）双塔楼，北楼高417m，南楼高415m，均110层，该工程当时在规模和技术进行了多项创新，然而不幸的是，2001年9月11日突遭恐怖分子毁灭性袭击，造成两座大楼先后竖向逐层座塌，对全世界高层建筑的发展产生了很大的影响。还有建成于1974年的芝加哥Sears大厦，110层，高443m，曾保持世界最高建筑达20多年。33在这一时期，由于在轻质高强材料、抗震抗风结构体系、新的设计理论、计算机在设计中的应用、施工技术和施工机械等方面都取得了较大的进步，使得高层建筑在欧洲、亚洲、澳洲等世界上其他国家也得到了迅速发展，陆续建造了许多高层建筑。90年代以后，由于亚洲经济的崛起，西太平洋沿岸的日本、朝鲜、韩国、中国大陆、香港、台湾、新加坡和马来西亚等国家和地区，陆续建造了高度超过200m、300m、400m的高层建筑，成为继美国之后新的高层建筑中心，如1998年在马来西亚吉隆坡建成的Petronas大厦，88层，高452m，为当时世界最高的建筑；1992年在香港建成的中环大厦，78层，高374m；2001年在台湾高雄建成的T&C大厦，85层，高348m；2003年建成的台北市国际金融中心，塔尖高度达508m，目前已成为世界最高建筑；1997年在我国广州建成的中天大厦，80层，322m等。目前，世界各地还有一些高层建筑正在酝酿中，相信不久还有可能出现更高的高层建筑。截至2002年，根据世界高层建筑与城市住宅委员会公布的结果，我国已有5幢建筑进入世界最高建筑的前10名。通过对世界100幢最高的高层建筑的统计，中国已居世界第二位。34我国高层建筑发展相对较晚，我国自行设计建造的高层建筑开始于20世纪50年代。1958-1959年，北京的十大建筑工程推动了我国高层建筑的发展，如1959年建成的北京民族饭店，12层，高47.4m。到20世纪60年代，我国高层建筑有了新的发展，1964年建成了北京民航大楼，15层，高60.8m；1966年建成了广州人民大厦，18层，高63m；1968年建成了广州宾馆，27层，高88m。20世纪70年代，我国高层建筑有了较大的发展，1973年在北京建成了16层的外交公寓；1974年建成的北京饭店东楼，19层，高87.15m；1976年在广州建成的白云宾馆，33层，高114.05m，它标志着我国的高层建筑已突破100m大关。在此时期，北京、上海建成了一批12~16层的钢筋混凝土剪力墙结构住宅（北京前三门住宅一条街，上海漕溪路）。3520世纪80年代是我国高层建筑发展的繁荣期，建筑层数和高度不断地突破，功能和造型越来越复杂，分布地区越来越广泛，结构体系日趋多样化。据统计，仅1980—1983年所建的高层建筑就相当于1949年以来30多年中所建造高层建筑的总和。这一时期，北京、广州、深圳、上海等30多个大中城市建造了一大批高层建筑，如1987年建造的北京彩色电视中心，27层，高112.7m；1988年建成的上海锦江饭店分馆，43层，153.52m；1988年建造的深圳发展中心大厦，43层，高165.3m。进入20世纪90年代以后，随着我国经济实力的增强，高层建筑在我国得到了前所未有的发展。正在建设中的上海环球金融中心，101层，高度492m，建成后将成为我国最高的高层建筑。据不完全统计，仅上海拥有16层以上的高层建筑4000多幢，排名世界第一；深圳、广州、北京等城市也有数量可观的高层建筑；我国目前高度超过150m的高层建筑有100多幢，高度超过200m的高层建筑已达到20多幢。36第一名：阿联酋迪拜塔

“迪拜塔”始建于2004年，计划将于2008年底推迟至2009年9月。目前已超过630米，成为世界第一高建筑物。迪拜最大的地产开发公司艾马尔地产仅向外透露说，大厦将在建至700米以上的某处时停止，而其最终高度据称可能将达到818米。

高楼大厦就是展现方式之一。据“迪拜塔”官方网站介绍，建成的“迪拜塔”将至少有160层，56部电梯穿梭其间，速度达每秒18米，那将是世界上速度最快且运行距离最长的电梯。建成后的“迪拜塔”在距大厦95公里外的地方即可看到。

第二名：纽约世贸中心自由之塔

自由塔的主体结构高度仍然为1776英尺（541．3米），以象征美国建国的年份——1776年。据主建筑师蔡尔兹介绍，大厦的70层将作为办公区，70层以上将利用悬索结构建立一个用于观景的公众区域。电视天线和用来供电的风力发电机也将建在大楼的顶部。加上顶部的电视天线，自由塔总的高度将超过2000英尺（609米）。大楼将于2008年竣工。

第三名：台北101(Taipei101)

台北101（TAIPEI101），原名台北国际金融中心（TaipeiFinancialCenter），设计师李祖原。为台北市政府的BOT开发案，业主是台北金融大楼股份有限公司。是位于台湾台北市信义区的一幢摩天大楼，楼高508米，地上101层，地下5层.

列入吉尼斯世界纪录的最快速电梯，有2部，为观景台使用，其上行最高速率可达每分钟1010米，相当于时速60公里，从1楼到89楼的室内观景台，只需39秒；从5楼到89楼的室内观景台，只需37秒。下行最高速率可达每分钟600米，由89楼下行至5楼仅需46秒，至1楼仅需48秒。37

第四名：上海环球金融中心(ShanghaiWorldFinancialCenter)

上海环球金融中心是以日本的森大厦株式会社（MoriBuildingCorporation）为中心，联合日本、美国等40多家企业投资兴建的项目，总投资额超过1050亿日元（逾10亿美元）。原设计高460米，工程地块面积为3万平方米，总建筑面积达38.16万平方米，比邻金茂大厦。1997年年初开工后，因受亚洲金融危机影响，工程曾一度停工。2003年2月工程复工。但由于当时中国台北和香港都已在建480米高的摩天大厦，超过环球金融中心的原设计高度。由于日本方面兴建世界第一高楼的初衷不变，对原设计方案进行了修改。修改后的环球金融中心比原来增加7层，即达到地上101层，地下3层，楼层总面积约377,300平方米。

建筑主体高度达到492米，比目前已建成的中国台北国际金融大厦主楼主体高度高出12米（台北101大厦实体高度加天线高度为508米），仍为名符其实的世界第一高楼。按照施工计划，工程将于2008年初，也就是北京奥运会开幕之前竣工落成。

第五名：双峰塔（PetronasTwinTowers，或称佩重纳斯大厦、马来西亚国家石油大厦、国家石油双塔、双子塔）

双峰塔（俗称“国营石油双塔”）马来西亚吉隆坡，建成于1998年是两栋位于马来西亚吉隆坡市区内的摩天大楼，曾经是世界最高的摩天大楼，直到2003年10月17日被台北101超越，但仍是目前世界最高的双塔楼，也是世界第三高的大楼。楼高452米，共地上88层，现在仍排名第五！

第六名：西尔斯大厦(SearsTower)

直至2004年台北101塔建成以前，西尔斯大厦一直保持着“世界最高屋顶”和“世界最高居住层”的桂冠。它由著名的SOM建筑师事务所设计，整个施工工期不到两年半时间，工程于1974年竣工。它的高度为442米（1,450英尺），共108层，内部总共有450万平方英尺的办公室和商业空间。在西尔斯大厦开工建设前，大厦的场址被西昆西街（WestQuincyStreet）一分为二，西尔斯公司为此支付给芝加哥市270万美元实现了街道分割。

西尔斯大厦有110层，一度是世界上最高的办公楼。每天约的1.65万人到这里上班。在第103层有一个供观光者俯瞰全市用的观望台。它距地面412米，天气晴朗时可以看到美国的4个州。

38第七名:南京紫峰大厦

绿地集团在南京投资开发建设的世界第七高楼、江苏第一高楼--高达450米的绿地广场·紫峰大厦正式结构封顶。

由专业设计公司美国SOM建筑事务所设计的紫峰大厦地下4层、地上到灯塔是381米、89层，而从灯塔底部到塔尖则有69米。楼顶下月树起69米的灯塔，将一举攀上450米的最高点。这是江苏第一高楼，也是世界第七高楼。

看玄武湖也就是一个洗脚盆那么大，比紫金山头陀岭448.9米还要高1.1米

第八名：金茂大厦(JinMaoTower)

1999年初，上海市又一座标志性建筑傲然屹立黄浦江畔，人们期待已久的世界第三、亚洲第二、中国内地第一的88层金茂大厦（JinmaoTower）终于推向市场。

金茂大厦于1992年12月17日被批准立项，1994年5月10日动工，1997年8月28日结构封顶，至1999年3月18日开张营业，当年8月28日全面营业。金茂大厦占地2.3公顷，塔楼高420.5米，总建筑面积29万平方米。

第九名：香港国际金融中心二期(TwoInternationalFinanceCentre)

金融中心二期（简称“国金二期”），是一项商业建设工程项目，是总投资共30亿美元的国际金融中心发展计划的重要工程项目之一。1996年香港地铁公司将项目发展权授予由多家建设及项目投资单位所组成的建设联合体，并随即开展设计优化工作。项目的原设计是两座46层建筑物，经过设计优化后的国金二期是一座楼高420m，总层数88层，位列世界第四高的建筑物，另设6层地下室，埋深38m。

第十名：中信广场大厦

广州中信大厦，楼高83层，391米，在全球十大高楼之中排名第十。

中信大厦位于广州天河区天河北路，地处市区东面商业、金融、文化、娱乐、高档办公楼新发展集中地。其北为广州火车站东站，南与天河体育中心相对，并毗邻广州地铁总站，交通便利，位置优越。39全球第一高楼迪拜塔(828m)广州新电视塔(610m))40第2章高层建筑结构受力特点和结构概念设计2.1高层建筑结构上的荷载与作用2.2高层建筑结构的受力特点和工作特点2.3高层建筑结构的结构体系和结构布置2.4高层建筑结构的概念设计412.1高层建筑结构上的荷载与作用使结构或构件产生内力和变形的外界因素，均称为作用。包括直接作用（荷载）和间接作用（地基变形、材料收缩、地震等），分为竖向、水平和其他作用2.1.1竖向荷载1.恒荷载（自重）重力密度按GB50009-2006《建筑结构荷载规范》查取2.楼面、屋面活荷载（使用荷载）按《建筑结构荷载规范》查取,特殊情况特殊处理。施工中采用附墙塔、爬塔等对结构受力有影响的起重机械或其他施工设备时，应根据具体情况验算施工荷载对结构的影响。旋转餐厅轨道和驱动设备的自重应按实际情况确定。擦窗机等清洗设备应按其实际情况确定其自重的大小和作用位置。

42直升机平台的活荷载应采用下列两款中能使平台产生最大内力的荷载：直升机总重量引起的局部荷载，按由实际最大起飞重量决定的局部荷载标准值乘以动力系数确定。对具有液压轮胎起落架的直升机，动力系数可取1.4；当没有机型技术资料时，局部荷载标准值及其作用面积可根据直升机类型以下取用：一轻型，最大起飞重量2t，局部荷载标准值取20kN，作用面积0.20m×0.20m；

—中型，最大起飞重量4t，局部荷载标准值取40kN，作用面积0.25m×0.25m；

—重型，最大起飞重量6t，局部荷载标准值取60kN，作用面积0.30m×0.30m。

荷载的组合值系数应取O.7，频遇值系数应取0.6，准永久值系数应取0。同时其等效均布荷载不低于5.0kN／m2。

433.竖向地震作用（p37，表3.1）4.活荷载的不利布置除当楼面活荷载大于4.0KN/m2时（如储藏室、书库），高层建筑结构一般不考虑，因为：（1）活荷载占竖向荷载的比例很小（10%-20%）（2）复杂，计算工作量大简化做法：按满布方式布置活荷载计算内力后，将框架梁的跨中弯距乘以1.1——1.3的放大系数。5、竖向荷载估算框架结构和框剪结构按12-14KN/m*m，剪力墙结构和筒体结构按14-16KN/m*m计算；在河北省地方标准中高层建筑底层还应考虑施工堆料荷载10-20KN/m*m.442.1.2风荷载水平荷载包括风荷载和地震作用1.风荷载的标准值KN/m2风荷载作用面积取垂直于风向的最大投影面积

—z高度上的风振系数

—z高度处的风压高度变化系数

—风荷载体形系数

—基本风压（KN/m2

）（1）基本风压

50年一遇的基本风压按《建筑结构荷载规范》查取，不小于0.3KN/m2100年一遇的基本风压可近似取50年一遇的基本风压*1.145（2）风压高度变化系数位于平坦或稍有起伏地形的高层建筑，按照地面粗糙程度和建筑物高度确定（附表8.1)地面粗糙程度：

A类—近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

B类—田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区

C类—有密集建筑群的城市市区；

D类—有密集建筑群且房屋较高的城市市区；位于山区的高层建筑，按附表8.1确定后再乘以地形条件修正系数

K=3.2（山峰）或1.4（山坡）46离地面或海平面高度（m）地面粗糙度类别ABCD510152030405060708090100150200250300350400≥4501.171.381.521.631.801.922.032.122.202.272.342.402.642.832.993.123.123.123.121.001.001.141.251.421.561.671.771.867.952.022.092.382.612.802.973.123.123.120.740.740.740.841.001.131.251.351.451.541.621.702.032.302.542.752.943.123.120.620.620.620.620.620.840.730.931.021.111.191.271.611.922.192.452.682.913.12表2.1风压高度变化系数

μz

47（3）风荷载体型系数μs

：

指建筑物表面实际风压与基本风压的比值，它表示不同体型建筑物表面风力的大小。与建筑物的体型、平面尺寸、表面状况和房屋高宽比有关。48风荷载体型系数μs

：①一般设计时，可采用：（a）圆形平面建筑0.8（b）正多边形及截角三角形平面建筑

n—多边形的边数（c）高宽比H/B≤4的矩形、方形、十字形平面建筑1.3（d）下列建筑1.4V形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑：L形、槽形和高宽比H/B＞4的十字形平面建筑；高宽比H/B＞4,长宽比L/B≤1.5的矩形、鼓形平面建筑；49（3）风荷载体型系数μs

：②计算重要且体型复杂的高层建筑及需要更细致进行风荷载计算的场合，可以参照《高层规程》附录A采用，或由风洞试验确定。

H＞200m宜采用风洞试验确定风荷载；

H＞150m,有下列情况之一时，宜采用风洞试验确定风荷载：

a.平面形状不规则，立面形状复杂；

b.立面开洞或连体建筑；

c.周围地形和环境较复杂50（3）风荷载体型系数μs

：③当群集的高层建筑相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应，单体建筑的体型系数乘以相互干扰增大系数。系数由实验确定。④檐口、雨棚、遮阳板、阳台等水平构件，计算局部上浮风荷载时，μs不宜小于2.0.⑤验算表面围护结构及其连接的强度时，按《荷载规范》采用局部风压体型系数计算。正压区：同建筑物负压区：墙角边-1.8，大于10度的坡屋面-2.2，以上两部位作用宽度取0.1B或0.4H,取小值，但不小于1.5米；墙面-1.0，对于檐口、雨蓬、遮阳板等突出构件-2.051（4）风振系数

平均风压（稳定风压）+波动风压（2.3)

Ψz—振型系数，可仅考虑受力方向基本振型的影响，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，近似取振型计算点距室外地面高度z与房屋高度H的比值(z/H)。

ξ—脉动增大系数，查附表8.2;v—脉动影响系数，外形、质量沿高度比较均匀的结构按附表8.3采用；

μz—风压高度变化系数，按附表8.1采用；

522.总风荷载（力的大小、方向、作用点）

z高度处总风荷载值的大小为：

KN/m

μsi—第i个表面的平均风荷载体型系数（带正负号）

Bi—第i个表面的宽度

αi

—第i个表面的法线与风荷载作用方向的夹角

n—建筑物的外围表面总数53风荷载计算例题计算如图平面的框架－剪力墙结构的风荷载及合力作用位置。18层房屋总高58米，地区标准风压为0.64KN/m2，风向为图中箭头所示方向。54552.1.3地震作用1.基本概念地壳运动挤压地壳岩层，使其薄弱部位发生断裂、错动而引起地震。地震波地面运动建筑物振动地震作用：地震时使原来静止的建筑物产生振动，振动过程中产生的惯性力地震作用的大小与以下因素有关：地震波的特性、场地土的性质、建筑物的动力特性56地震震级—地震产生的能量大小地震烈度—某一地区受到一次地震影响的强烈程度基本烈度—某一地区今后一定时期内，在一般场地条件下，可能遭受的最大烈度设防烈度—一般取基本烈度，重要的建筑经报批可适当提高。57地震烈度的概率分布582.三水准抗震设计目标及一般设计原则三水准抗震设防目标小震不坏不损坏或不需修理可使用中震可修局部进入塑性，结构不破坏，一般修复可继续用大震不倒不倒塌或发生危及生命的严重破坏59两阶段抗震设计方法

第一阶段设计针对所有进行抗震设计的高层建筑小震作用下承载力验算、结构弹性变形验算、保证结构延性的抗震构造措施第二阶段设计对甲类建筑和特别不规则的建筑大震作用下薄弱部位的塑性变形验算60高层建筑按其使用功能的重要性(根据建筑遭遇地震破坏后，可能造成人员伤亡、直接和间接经济损失、社会影响的程度及其在抗震救灾中的作用等因素)，对各类建筑所做的设防类别划分。建筑抗震设防类别划分，应根据下列因素的综合分析确定：

1建筑破坏造成的人员伤亡、直接和间接经济损失及社会影响的大小。

2城镇的大小、行业的特点、工矿企业的规模。

3建筑使用功能失效后，对全局的影响范围大小、抗震救灾影响及恢复的难易程度。

4建筑各区段的重要性有显著不同时，可按区段划分抗震设防类别。下部区段的类别不应低于上部区段。

5不同行业的相同建筑，当所处地位及地震破坏所产生的后果和影响不同时，其抗震设防类别可不相同。注：区段指由防震缝分开的结构单元、平面内使用功能不同的部分、或上下使用功能不同的部分。61建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：1特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。2重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。3标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。4适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。62各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求：（地震力的大小）（抗震措施见p48）

1标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。2重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。3特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。4适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。注：对于划为重点设防类而规模很小的工业建筑，当改用抗震性能较好的材料且符合抗震设计规范对结构体系的要求时，允许按标准设防类设防。

63高层建筑结构应按下列原则考虑地震作用（地震力的方向）：一般情况下，应允许在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用计算；有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用；质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应计算单向水平地震作用下的扭转影响；

7度、8度、9度抗震设计时，高层建筑中的大跨度（24米）、转换构件和长悬臂结构（大于2米）应考虑竖向地震作用；

9度抗震设计时应计算竖向地震作用。

643.地震作用的计算方法地震作用计算方法有：底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法。规范规定，根据不同情况，分别按下列方法计算地震作用：1

高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法；2高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构，可采用底部剪力法；

653.7～9度抗震设防的高层建筑，下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算1）甲类高层建筑结构；2）表2.4所列的乙、丙类高层建筑结构；3）结构竖向布置特别不规则的高层建筑结构；4）带转换层、带加强层、错层、连体、多塔楼等复杂高层建筑结构；5）质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构66表2.4采用时程分析法的高层建筑结构

设防烈度、场地类别建筑高度范围8度Ⅰ、Ⅱ类场地和7度＞100m8度Ⅲ、Ⅳ类场地 ＞80m9度 ＞60m674.反应谱理论定义：建立在地震作用下单质点结构体系的最大动力反应与结构体系自振周期的反应谱函数关系，计算结构的惯性力，将其作为等效地震荷载，按静力方法进行结构计算和分析的方法。规范给出地震影响系数与结构自振周期的设计反应谱曲线（图2.2)

建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。

68图2.2地震影响系数曲线

—地震影响系数；max—地震影响系数最大值；1—直线下降段的下降斜率调整系数；—衰减指数；Tg—特征周期；2—阻尼调整系数；T—结构自振周期。6989规范的地震影响系数70一、单自由度体系的水平地震作用对于单自由度体系，把惯性力看作反映地震对结构体系影响的等效力，用它对结构进行抗震验算。结构在地震持续过程中经受的最大地震作用为---集中于质点处的重力荷载代表值；---重力加速度---动力系数---地震系数---水平地震影响系数---质点振动加速度最大绝对值71二、抗震设计反应谱规范规定：计算时max，取2.25，k小震时取基本烈度加速度的1/3，大震时取基本烈度加速度的1.5-2.2倍72---地震影响系数；---地震影响系数最大值；地震影响系数最大值（阻尼比为0.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震

9

8

7

6地震影响烈度括号数字分别对应于设计基本加速度0.15g和0.30g地区的地震影响系数---结构周期；73---特征周期；地震特征周期分组的特征周期值（s）0.90

0.65

0.450.35第三组0.75

0.55

0.400.30第二组0.65

0.45

0.35

0.25第一组

Ⅳ

Ⅲ

Ⅱ

Ⅰ场地类别---曲线下降段的衰减指数；---直线下降段的斜率调整系数；---阻尼调整系数，小于

0.55时，应取0.55。74高层建筑结构地震影响系数曲线的形状参数和阻尼比调整应符合下列要求：1除有专门规定外，钢筋混凝土高层建筑结构的阻尼比应取0.05，此时阻尼调整系数η2应取1.0，形状参数应符合下列规定：（1）直线上升段，周期小于0.1S区段（2）水平段，0.1S至Tg段，地震影响系数取αmax（3）曲线下降段Tg-5Tg

，衰减指数γ应取0.9，直线下降段，5Tg-6.0S段，下降斜率调整系数η1应取0.02752当建筑结构的阻尼比不等于0.05时，其形状参数和阻尼调整系数η2应符合下列规定：1）曲线水平段地震影响系数应取η2αmax；

2）曲线下降段的衰减指数γ：

γ=0.9+（0.05-ξ）/（0.05+5ξ）

----------（2.5）

ζ——阻尼比。763）直线下降段的下降斜率调整系数η1：

η1=0.02＋（0.05-ζ）/8----------（2.6）

η1小于0时应取0。

4）阻尼调整系数η2：η2=1＋（0.05-ζ）/（0.06+1.7ζ）（2.7)当η2小于0.55时，应取0.55。77表2.5水平地震影响系数最大值αｍａｘ地震影响

6度

7度

8度

9度

多遇地震

0.040.08(0.12)0.16(0.24)0.32罕遇地震

—0.5(0.72)0.9(1.2)1.478表2.6特征周期值Tｇ（s）设计地震分组

场地类别ⅠⅡⅢⅣ第一组0.250.350.450.65第二组0.300.400.550.75第三组0.350.450.650.9079表2.7场地类别的选用等效剪切波速(m/s)场地类别ⅠⅡⅢⅣvs>5000

500≥vs

＞250＜5≥5

250≥vs＞

140＜33~50＞50

vs

≤140＜33~15＞15~80＞80805.水平地震作用的计算（１）底部剪力法（２）振型分解反应谱法①不考虑扭转耦联振动影响②考虑扭转耦联振动影响（３）弹性时程分析法81（１）底部剪力法

(2.8)

Geq=0.85GE(2.9)(2.10)(2.11)82

表2.8顶部附加地震作用系数δn

T1为结构基本自振周期

Tg

(s)T1＞1.4TgT1≤1.4Tg≤

0.35

0.08T1+0.07

0.00.35～0.550.08T1+0.01≥0.550.08T1-0.0283突出屋面的房屋（楼梯间、电梯间、水箱间）的处理宜作为一个质点参加计算其水平地震作用标准值乘以增大系数βｎ，仅用于突出屋面房屋及与其直接相连的主体结构构件的设计84表2.9突出屋面房屋地震作用增大系数βn

注：1Kn、Gn分别为突出屋面房屋的侧向刚度和重力荷载代表值；K、G分别为主体结构层侧向刚度和重力荷载代表值，可取各层的平均值；2楼层侧向刚度可由楼层剪力除以楼层层间位移计算。

85（２）振型分解反应谱法

①不考虑扭转耦联振动影响1结构j振型i质点的水平地震作用标准值，应按下列公式确定（n层有n个自由度）：

(i=1,2,…n,j=1,2,…m)

（2.12)

（2.13)

（2.14)86式中Fji－j振型i质点的水平地震作用标准值；

αj－相应于j振型自振周期的地震影响系数；

Xji－j振型i质点的水平相对位移；γj

－j振型的参与系数。n－结构计算总质点数，小塔楼宜每层作为一个质点参与计算；

m－结构计算振型数。规则结构可取3，当建筑较高、结构沿竖向刚度不均匀时可取5～6。S－水平地震作用标准值的效应；Sj

－j振型的水平地震作用标准值的效应（弯矩、剪力、轴向力和位移等）87②考虑扭转耦联振动影响（n层有3n个自由度）

j振型i质点的水平地震作用标准值：

(质点i=1,2,…n,

振型j=1,2,…m)

（2.15)88Fxji、Fyji、Ftji－分别为j振型i层的x方向、y方向和转角方向的地震作用标准值；Xji、Yji－分别为j振型I层质心在x、y方向的水平相对位移；

ji－j振型i层的相对扭转角；ri－i层转动半径，可取i层绕质心的转动惯量除以该层质量的商的正二次方根；γtj－计入扭转的j振型的参与系数；

m－结构计算振型数。一般情况可取9-15，多塔楼建筑每个塔楼的振型数不易小于９。89振型参与系数计算当仅取x方向地震作用时（2.16)当仅取y方向地震作用时（2.17)当取与x方向斜交的地震作用时，

（2.18)90单向水平地震作用下，考虑扭转偶联振动的地震效应

（2.19)

（2.20)S－考虑扭转地震作用标准值的效应；

Sj、Sk－分别为j、k振型地震作用标准值的效应，可取前9～15个振型；ρjk－j振型与k振型的耦联系数；

ζj

ζk－分别为j、k振型的阻尼比；

λT－k振型与j振型的自振周期比。91双向水平地震作用的扭转效应

（2.21)

（2.22)

Sx、Sy分别为x向、y向单向水平地震作用按式(2.19)计算的扭转效应

92（３）弹性时程分析法对工程的基本运动方程，输入对应于工程场地的若干条地震加速度记录或人工加速度时程曲线，通过积分运算求得在地面加速度随时间变化期间结构的内力和变形状态随时间变化的全过程，并以此进行结构构件的截面抗震承载力验算和变形验算

地震烈度较高或房屋沿高度刚度和质量特别不均匀时，应进行多遇地震下的补充分析计算936.竖向地震作用的计算对9度时的高层建筑：

(2.23）

（2.24)

（2.25)质点i的竖向地震作用标准值:

（2.26)94第i层竖向总轴力为：楼层的竖向总轴力可按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配给各构件，并宜乘以增大系数1.5；95长悬臂和其它大跨度结构、结构上部楼层外挑部分的竖向地震作用标准值：

8度设计基本地震加速度为0.30g9度该结构或构件承受的重力荷载代表值967.结构基本自振周期的近似计算（１）顶点位移法（框架结构、框架—剪力墙结构、剪力墙结构）。ＵＴ－假想把集中在各楼层处的重力荷载代表值Ｇｉ作为该楼层的水平荷载，计算出的顶点弹性水平位移（ｍ）ψＴ—考虑非承重墙刚度对结构自振周期的折减系数：框架结构0.6-0.7框架—剪力墙结构0.7-0.8剪力墙结构0.9-1.097（２）能量法（以剪切变形为主的框架结构）Δｉ—假想把集中在各楼层处的重力荷载代表值Ｇｉ作为该楼层的水平荷载，计算出的各楼层弹性水平位移98（３）微分方程简化公式（框—剪结构）

（2.30)

（2.31)ψJ

—由附图8.1查出的系数；99100

—框架—剪力墙结构的刚度特征值

—框架—剪力墙结构中所有框架的总抗剪刚度

—框架—剪力墙结构中所有剪力墙的总抗弯刚度101（４）经验公式与结构层数ｎ有关：

框架结构Ｔ１＝（0.08-0.1)ｎ框架—剪力墙结构Ｔ１＝（0.06-0.08)ｎ剪力墙结构Ｔ１＝（0.05-0.06)ｎ102与结构高度Ｈ、宽度Ｂ有关：框架结构、框—剪结构：剪力墙结构1032.1.4温度和其他作用对超静定结构，温度变化、材料收缩、结构不均匀沉降会产生结构内力；计算困难，采用构造措施来保证。对于楼板的温度作用，采用抗放结合的原则来保证“抗”的原则：给结构提供完全约束，结构应力最大，变形为零；“放”的原则：结构能自由变形，结构变形最大，应力为零；104（１）温度作用9-30层的建筑，适当设计、施工和选用材料，温度影响可忽略；30层以上的超高层建筑，必须考虑温度的影响；105减小温差影响的综合技术措施：（１）平面和立面设计要避免突变；（２）降低结构的约束程度，减小约束应力；（３）加强构造钢筋；（４）结构局部（顶层、屋顶、山墙、纵墙两端开间）提高配筋率（５）优化混凝土级配，减小塌落度，后浇带方法施工106高层建筑结构中尽量避免设沉降缝的方法解决不均匀沉降的影响减小不均匀沉降影响的综合技术措施：（１）选择压缩性小的地基；（２）分开施工，设后浇带；（３）将裙房做在高层建筑的悬挑基础上；（４）综合采用上述方法；（2）不均匀沉降107防震缝避免结构不规则，不设防震缝；当结构不规则要设缝时，应符合下列规定：1防震缝最小宽度：

1）框架结构房屋，高度不超过15m的部分，可取100mm；超过15m的部分，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；2）框架-剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的70％采用，剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的50％采用，但二者均不宜小于100mm。1082防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度应按不利的结构类型确定；防震缝两侧的房屋高度不同时，防震缝宽度应按较低的房屋高度确定；3当相邻结构的基础存在较大沉降差时，宜增大防震缝的宽度；4防震缝宜沿房屋全高设置；地下室、基础可不设防震缝，但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接；5结构单元之间或主楼与裙房之间如无可靠措施，不应采用牛腿托梁的做法设置防震缝。

1092.2高层建筑结构的受力特点和工作特点高层建筑结构平面、立面、体型、形式多变，为复杂空间结构，结构设计时，应考虑其受力和工作特点进行计算模型简化，确定科学的计算简图。2.2.1结构设计时，应考虑高层建筑结构的空间整体工作性能，涉及到水平剪力分配问题高层建筑结构组成：竖向抗侧力构件及将竖向抗侧力构件连成整体的水平构件低层建筑划分成若干个平面抗侧力结构，按受荷面积分配总水平力高层建筑结构：各构件刚度不同，若按受荷面积分配总水平力，造成刚度大力小、刚度小力大。不考虑扭转影响时，同层各构件水平位移相同，剪力墙结构中各片墙按其等效刚度ＥＩｅｑ分配；框架结构按其抗侧刚度Ｄ分配；框架—剪力墙结构按空间协同工作和刚度分配；考虑扭转影响时，情况更复杂；无论采用哪种计算方法，都要考虑高层建筑结构的整体协同工作能力，只有这样才能得到较为准确、可靠的计算结果。1102.2.2水平荷载对高层建筑结构的影响占主导地位，且不能忽略轴向变形和剪切变形低层建筑：只考虑弯曲变形产生的侧移，忽略轴力和剪力产生的侧移高层建筑结构：考虑弯曲变形、轴向变形、剪切变形梁弯曲、剪切、扭转，必要时轴向变形柱弯曲、剪切、扭转、轴向变形墙弯曲、剪切、扭转、轴向变形1112.2.3高层建筑结构具有刚度大、延性差、易损的特点,保证结构具有一定的延性

采取构造措施：

框架：强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件、强锚固

剪力墙：控制高宽比、加边缘构件

框剪：控制剪力墙的合理数量2.2.4在进行结构的设计时，有些情况下要进行结构薄弱层的弹塑性变形验算下列结构应进行弹塑性变形验算：1）7～9度时楼层屈服强度系数小于0．5的框架结构；2）甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑结构；3）采用隔震和消能减震技术的建筑结构。

112下列结构宜进行弹塑性变形验算：

l）竖向刚度不均匀的高层建筑结构；

2）7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度抗震设防的乙类建筑结构；3）板柱-剪力墙结构。1132.3高层建筑结构的结构体系和结构布置2.3.1高层建筑结构结构布置总原则选择结构体系综合考虑使用、美观、结构合理、施工方便等因素。1、高层建筑不应采用严重不规则的结构体系；采用规则结构体型（平面、立面）规则，平面均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构的刚度、承载力和质量沿竖向均匀分布；2、具备必要的承载力、刚度和变形能力；3、避免局部破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；4、加强薄弱部位；5、设置多道防线；1142.3.2控制房屋适用高度和结构高宽比Ｈ／Ｂ

钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比应分为A级和B级。（高规3.3）（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）115116高层建筑的高宽比，是对结构刚度、整体稳定、承载能力、经济合理性的宏观控制。高宽比的计算：一般按考虑方向的最小投影宽度计算，对突出建筑物很少的局部建筑（楼梯间、电梯间等）不应包含在内；对带有裙房的高层建筑，当裙房的面积和刚度相对塔楼的面积和刚度较大时，计算高宽比可按塔楼部分考虑；对不宜采用最小投影宽度计算高宽比的情况，设计人员应根据实际情况确定合理的计算方法。1171182.3.3结构平面布置1.抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面布置宜符合下列要求：

1）平面宜简单、规则、对称，减少偏心；2）平面长度不宜过长，突出部分长度ｌ不宜过大（图2.7）；L、ｌ等值宜满足表2.12的要求；3）不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。

119

图2.7建筑平面1202.3.3结构平面布置抗震设计的B级高