多高层建筑结构第二章

第2章

高层结构的选型与布置

高层建筑结构设计应注重概念设计，重视结构选型与平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系，加强构造措施。在抗震设计中，应保证结构的整体性能，使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。结构应满足下列规定：1.应具有必要的承载力、刚度和变形能力。2.应避免因局部破坏而导致整个结构破坏。3.对可能的薄弱部位要采取加强措施。4.结构选型与布置合理，避免局部突变和扭转。5.宜具有多道抗震防线。2.1高层建筑结构设计的基本要求指根据理论与试验研究结果和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程。如简单、规则、均匀、对称；又如强柱、弱梁、节点更强等。

指体型规则、平面布置均匀、对称并具有很好的抗扭刚度；竖向质量和刚度无突变的结构。

概念设计:

规则结构:

2.2高层建筑结构的选型

2.2.1

高层结构的选型原则房屋结构可分成竖向结构、水平结构和底部结构。

根据房屋高度、高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术等因素考虑其适宜的结构体系。这个结构体系应符合以下要求：

满足使用要求；尽可能地与建筑型式相一致；平面和立面型式规则，受力好，有足够的承载力、刚度和延性；施工简便；经济合理。

2.2.2竖向承重结构的型式及选用1．框架结构

结构特点：布置灵活；可形成大的使用空间；施工简便；较经济；抗侧刚度小，侧移大；对支座不均匀沉降较敏感。

适用范围：70m及以下建筑。

框架结构不包括无剪力墙或井筒的板柱结构。板柱结构的侧向刚度和抗震性能较差，不适宜做高层建筑。异形柱结构可做成框架结构和框架-剪力墙结构体系。非抗震设计和6度抗震设防时,框架结构体系房屋的高度不应超过24m,框架-剪力墙体系房屋的高度不应超过45m。7度和8度抗震设防时，允许高度更小。2．剪力墙结构剪力墙：能有效抵抗水平荷载的墙体，又称结构墙或抗震墙。

结构特点：抗侧刚度大，侧移小；室内墙面平整；平面布置不灵活；结构自重大，吸收地震能量大；施工较麻烦，造价较高。适用范围：150m以内的高层住宅和高层旅馆。

3.框架-剪力墙结构特点：兼有框架结构和剪力墙结构二者的优点。适用：150m以内的高层建筑。4．筒体结构特点：空间结构，刚度很大，受力好。适用：超高层建筑。5．其它结构如多塔结构、连体结构、带转换层结构、带加强层结构、错层结构等复杂结构。此外还有巨型框架结构、巨型桁架结构、悬挂结构、高层混合结构、带加强层结构、错层结构、多塔结构、连体结构等。巨型结构特点：分两级结构，第二级为一般框架，只承受竖向荷载，并将其传递给第一级。第一级结构承受全部水平荷载和竖向荷载。巨型结构适用于超高层建筑。

多塔高层结构连体高层结构图2-6香港汇丰银行大厦（43层，高180m，悬挂结构）

图2-7香港中国银行大厦

（71层，高369m，巨型钢桁架结构）（1）

适用高度

分A级高度和B级高度，B级高度允许的高度比A级的高一些，但是在建筑结构的规则性、结构抗震等级划分、作用效应计算和构造措施方面的要求比A级也严一些。具体规定见表2-3。

各类房屋的适用高度和高宽比：表2-1A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度(m)

结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度0.20g0.30g框架7060504035--框架-剪力墙1501301201008050剪力墙全部落地剪力墙1501401201008060部分框支剪力墙1301201008050不应采用筒体框架-核心筒1601501301009070筒中筒20018015012010080板柱-剪力墙11080705540不应采用注：

房屋高度指室外地面至主要屋面的高度,不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度；表中框架不含异形柱框架结构；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；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；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度时应专门研究；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。

表2-2

B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度(m)结构体系非抗震设计抗震设防6度7度8度0.20g0.30g框架-剪力墙170160140120100剪力墙全部落地剪力墙180170150130110部分框支剪力墙15014012010080筒体框架-核心筒220210180140120筒中筒300280230170150框架结构、板柱-剪力墙结构以及9度设防的各类结构，因研究成果和工程经验尚显不足，未列入B级高层中。

(2)高宽比高宽比是房屋结构刚度、整体稳定、承载力和经济合理性的宏观控制。高宽比的限值见表2-3。

表2-3钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比结构类型非抗震设计抗震设防烈度6、7度8度9度框架板柱-剪力墙框架-剪力墙、剪力墙框架-核心筒筒中筒567884567834567----445复杂体型的高层建筑，如何计算高宽比？

一般情况下，可按所考虑方向的最小宽度计算高宽比，但对突出建筑物平面很小的局部结构（如楼、电梯间等），一般不应包含在计算宽度内；对于不宜采用最小宽度计算高宽比的情况，应由设计人员根据实际情况确定合理的计算方法；对带有裙房的高层建筑，当裙房的面积和刚度相对于其上部塔楼的面积和刚度较大时，计算高宽比的房屋高度和宽度可按裙房以上塔楼结构考虑。2.2.3水平承重结构型式及选择水平承重结构对保证建筑物的整体稳定和传递水平力有重要作用。1．楼盖结构应满足的要求

房屋高度超过50m时，框架-剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇楼盖结构；剪力墙结构和框架结构宜采用现浇楼盖结构。房屋高度不超过50m时，8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构；6、7度抗震设计时可采用装配整体式楼盖结构。(2)现浇楼盖的混凝土强度等级不宜低于

C20，也不宜高于C40。

(3)装配整体式楼盖应符合下列要求：①

每层宜设钢筋混凝土现浇层，厚度不应小于50mm，混凝土强度等级不应低于C20，不宜高于C40，并应双向配置直径不小于6mm、间距不大于200mm的钢筋网，钢筋应锚固在梁或剪力墙内。②楼盖的预制板板缝上缘宽度不宜小于40mm，板缝大于40mm时应在板缝内配置钢筋，并宜贯通整个结构单元。现浇板板缝、板缝梁的混凝土强度等级宜高于预制板的混凝土强度等级，且不低于C20。③无现浇叠合层的预制板，板端搁置在梁上的长度不宜小于50mm。预制板端宜预留长度不宜小于100mm的胡子筋，预制空心板端应有堵头，堵头深度不宜小于60mm，并应采用强度等级不低于C20的混凝土浇灌密实。2．楼盖结构的型式及选择(1)普通肋形楼盖

特点：板薄，砼用量少，自重轻，施工方便，较经济。但板底不平，可能影响美观和使用。

类型：单向板肋形楼盖;双向板肋形楼盖;井式楼盖.一般楼层现浇楼板厚度不应小于80mm，当板内预埋暗管时不宜小于100mm；顶层楼板厚度不宜小于120mm，宜双层双向配筋；普通地下室顶板厚度不宜小于160mm；作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。(2)无梁楼盖①实心平板:非预应力砼平板无粘结预应力砼平板②空心平板:板厚30cm至40cm，内埋大孔空心管。

现浇预应力混凝土楼板厚度可按跨度1/45~1/50采用，且不宜小于150mm。现浇预应力混凝土板设计中应采取措施防止或减小主体结构对楼板施加预应力的阻碍作用。(3)组合式楼盖压型钢板—砼楼板钢梁—砼板组合楼盖网架楼盖图2-8组合式楼盖

2.2.4基础型式及选择1.柱下独立基础适用：层数不多、土质较好的框架结构。当地基为岩石时，可采用地锚将基础锚固在岩石上，锚入长度≥40d。2.交叉梁基础双向为条形基础。

适用：层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架—剪力墙结构。

图2-9交叉梁基础

图2-10交叉梁与上部结构连接

3.片筏基础适用：层数不多土质较弱或层数较多土质较好时用。图2-11带墩基的片筏基础

图2-12梁板式片筏基础4.箱形基础适用：层数较多、土质较弱的高层建筑。图2-13箱形梁基础剖面图

5.

桩基础适用：地基持力层较深时采用。6.

复合基础适用：层数较多或土质较弱时采用。

图2-14桩基础图2-15桩筏基础图2-16桩箱基础2.3高层结构的结构布置结构布置原则：满足使用要求，并尽可能地与建筑的平、立、剖面划分相一致。满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的工作能有效进行。结构上受力可靠，变形小。妥善处理温度、地基不均匀沉降以及地震影响。施工简便。经济合理。2.3.1平面布置要点每一独立结构单元的结构布置应满足以下要求：简单、规则、均匀、对称。承重结构应双向布置，偏心小，构件类型少。平面长度和突出部分应满足表2-4要求，凹角处宜采用加强措施。施工简便,造价省。设防烈度L/Bl/Bmaxl/b6度和7度≤6.0

≤0.35

≤2.0

8度和9度≤5.0

≤0.30

≤1.5

表2-4L、l的限值图2-17建筑平面平面过于狭长的建筑物在地震时由于两端地震波输入有位相差，容易产生不规则振动，造成较大的震害。

平面有较长的外伸时，外伸段容易产生局部振动而引发凹角处破坏。角部重叠和细腰的平面容易产生应力集中使楼板开裂、破坏。不规则的类型定义扭转不规则楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移,大于该楼层平均值的1.2倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比大于0.85。凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%，即l/Bmax大于0.3。楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化,例如,有效楼板宽度小于该楼层楼板典型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面积的30%,或较大的楼层错层

表2-5平面不规则的类型2.3.2

竖向结构布置要点1、竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。2、抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度变化应符合下列规定:（1）对框架结构,楼层与相邻上层的侧向刚度比

γ1可按式(2-1)计算,且本层与相邻上层的比值不宜小于0.7,与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于0.8。Vi、Vi+1

——第i层和第i+1层的地震剪力标准值（kN)；∆i、∆i+1

——第i层和第i+1层在地震作用标准值作用下的层间位移（m)。(

2-1

)

3、A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80﹪，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑不应小于75﹪。4、抗震设计时，结构竖向抗侧力结构宜上下连续贯通。(2-2)

（2）对框架-剪力墙、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比γ2可按式(2-2)计算,且本层与相邻上层的比值不宜小于0.9；当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，该比值不宜小于1.1；对结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5。5、不宜采用同一楼层刚度和承载力变化同时不满足前面第2、3条规定的高层建筑结构。6、侧向刚度变化、承载力变化、竖向抗侧力构件连续性不符合前面2、3、4条要求的楼层，其对应于地震作用标准值的剪力应乘以1.25的增大系数。7、抗震设计时，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，上部楼层的水平尺寸

B1不宜大于下部楼层水平尺寸B的1.1倍，且水平外挑尺寸不宜大于4m。8、楼层质量沿高度宜均匀分布，楼层质量不宜大于相邻下部楼层质量的1.5倍。9、结构顶层取消部分墙、柱形成空旷房间时，宜进行弹性或弹塑性时程分析补充计算并采取有效的构造措施。

（a)(b)(c)(d)

图2-18结构竖向收进和外挑示意图2-19屋顶带塔楼的情况图2-20

表2-6竖向不规则的类型

不规则的类型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%,或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%;除顶层外,局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪力小于相邻上一楼层的80%作业

1.请收集由于结构平面布置不规则导致的结构破坏实例一个，并加以详细地分析。2.请收集由于结构竖向布置不规则导致的结构破坏实例一个，并加以详细地分析。以上作业做成PPT用于课堂讨论，请于11月19日前发到我的邮箱。2.3.3

变形缝设置1.伸缩缝变形缝：伸缩缝、沉降缝、防震缝。

图2-21为防止温度变化和砼收缩导致房屋开裂而设。

表2-7伸缩缝最大间距结构体系施工方法最大间距（m）框架结构现浇55剪力墙结构现浇45注：框架-剪力墙结构的伸缩缝间距可根据结构的具体布置情况取表中框架结构与剪力墙结构之间的数值；当屋面无保温或隔热措施时，混凝土的收缩较大或室内结构因施工外露时间较长时，伸缩缝间距应适当减小；位于气候干燥地区、夏季炎热且暴雨频繁地区的结构，伸缩缝的间距宜适当减小。

伸缩缝只设在上部结构，基础不设。伸缩缝处宜做双柱，伸缩缝最小宽度为50mm。伸缩缝与结构平面布置有关。结构平面布置不好时，