结构选型4-高层建筑结构

第二部分

高层建筑结构高层建筑结构1高层建筑的定义及发展历史2高层建筑结构的受力与变形特点3高层建筑结构体系及其选择4高层建筑结构的布置原则与要求5高层建筑结构设计的基本要求6世界知名高层建筑简析1高层建筑的定义及发展历史1.1高层建筑的定义高层建筑并不以高度或楼层数为其定义。重要的准则在于它的设计是否受到“高度”的影响。就结构特性而论，高层建筑可以定义为必须着重考虑侧向荷载和重力荷载组合影响的建筑物。设计高层建筑时，它的结构除在上述荷载组合下的强度、刚度和稳定性应该予以确保外，还必须控制风荷载造成顶部楼层的加速度反应，以使用户对摆动的感受和不适感降到最低程度。低层建筑—所有重力荷载就是决定其结构体系的设计荷载，风荷载对结构体系的影响忽略不计；中层建筑—有规律设置的楼盖和柱网、墙体形成的结构体系，可以提供足够的抗侧力强度和侧向刚度，来承受因风荷载和重力荷载组合所引起的结构内力和变形；高层建筑—需要一个经过精心设计的明确而有效的承受风荷载的结构体系。随着建筑高度增加，风荷载对整个建筑结构的影响（倾覆力矩和水平剪力）更在大幅度增加。1.2

高层建筑的发展历史从结构观点看，高层建筑的发展与人们对其结构体系认识的不断深化密切相关。世界公认的第一幢现代高层建筑——1885年建于美国的10层高的家庭保险大楼—钢框架结构（抗侧移能力弱）高层建筑高度增加—拉压杆轴向变形远小于梁柱弯曲变形——两个传力体系：竖向荷载——侧向刚度小的框架结构体系水平荷载——侧向刚度大的斜撑桁架体系，作为建筑物的内核心部分—外框内筒结构体系—剪力墙结构体系—框架-剪力墙结构体系—筒体结构体系—束筒结构体系—空间桁架结构体系2高层建筑结构的受力与变形特点虽则多层和高层建筑所受的荷载和作用无差别，但所产生的结构效应却有明显差别。

quVMH

u=f(H4)M=f(H2)V=f(H)2.1高层建筑结构受力的三个特点1.在水平荷载作用下，其主要承重构件承受着较大的轴力、弯矩（即倾覆力矩）和水平剪力，其顶端有较大的侧移，其层间有较大相对位移，地基也承受巨大压力和巨大的水平剪力；2.决定高层建筑结构主要受力和变形性能的，是它的主要承重竖向结构体系中的构件（受到水平荷载与竖向重力荷载），材料用量大大增加；3.每层楼盖都应起到水平刚性隔板的作用，使得在水平力作用下各层竖向承重构件都能共同工作而不是单独工作。2.2决定高层建筑结构的三个因素从有效性和经济性方面而言：1.设置能有效抵抗水平力的结构体系——剪力墙体系、框筒体系、对角支撑筒体体系、巨型柱-核心墙体系；2.将楼盖做得经济合理，因为楼盖要重复n次（n为高层建筑的层数）；3.采用适宜的基础和地下室结构——桩基础、箱形基础等。设置地下室（一般为1/15-1/10建筑总高度），利用其侧壁对土压力的侧向抗力和其基底的抗剪力，来承受高层建筑传给地基土层的侧向荷载，减少建筑物的整体倾斜。3高层建筑结构体系及其选择3.1常用的结构体系3.2竖向结构体系（抗侧力体系）的选择3.3水平承重体系（楼盖体系）及其选择3.1常用的结构体系3.2竖向结构体系（抗侧力体系）的选择建筑使用功能建筑平面建筑尺度建筑高度侧向设计荷载使用标准抗震等级地质条件施工技术材料选择用途≤50m≥50m住宅剪力墙、框架-剪力墙剪力墙、框架-剪力墙旅馆剪力墙、框架-剪力墙、框架剪力墙、框架-剪力墙、筒体公共框架-剪力墙、框架框架-剪力墙、筒体结构类型非抗震6度7度8度9度框架现浇606060555545452525装配整体式50503525⁄框架-抗震墙现浇1301301301201201001005050装配整体式1001009070⁄剪力墙抗震墙全部落地1401401401201201001006060部分框支1201201201001008080⁄筒体框架-核心中筒1801801801501601201207080板柱-抗震墙403530⁄适用的房屋最大高度（m）注：（表内数据分别引自《高规JGJ3-91》和《建筑抗震设计规范》（修订））1房屋高度指室外地面至檐口获屋面顶板的高度（不计局部突出）；2框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；3部分框支抗震墙结构指底层获底部两层框支抗震墙结构；4超过表内高度的房屋，应进行专门研究，采取必要的加强措施。

高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、框剪、筒体等，由它们可以组成多种结构体系。框架结构剪力墙结构筒体结构带加强层的高层建筑结构

框架-核心筒结构

框架-剪力墙结构

3.2.1框架结构体系

1、定义：房屋结构均由梁、柱构件通过节点连接而构成。横向主梁柱纵向连系梁

注：由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形或十字形截面柱构成的异形柱框架结构，截面各肢的肢高肢后比不大于4。2.1结构体系2.1结构体系

2、分类：按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。在地震区，多采用梁、柱、板全现浇或梁柱现浇、板预制的方案；在非地震区，有时可采用梁、柱、板均预制的方案。

3、受力变形特点：

框架结构的侧移一般由两部分组成：

1）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形Us；

2）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩）形成框架结构的整体弯曲变形Ub；

3）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。

注：框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。4、优缺点：

1）优点：建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商场、餐厅等）也可按需要隔成小房间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低。

2）缺点：侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大，有时会影响正常使用；如果框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用也较大。因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。（以15~20层以下为宜）3.2.2剪力墙结构体系

1、定义：房屋竖向承重结构全部由剪力墙组成。

剪力墙结构平面图

2、受力变形特点：在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱；在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端自由的悬臂柱。注：1）剪力墙结构属于刚性结构，对于高宽比较大的剪力墙，侧向变形呈弯曲型。

2）剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小。

3、优缺点：

1）优点：剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小；房间墙面及天花板平整，层高较小，特别适用于住宅、宾馆等建筑。（结构高度：几十米~100多米）

2）缺点：结构自重较大；建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间（一般剪力墙间距3~8m）。4.布置原则—1).剪力墙在平面上应沿建筑物主轴方向布置；

2).剪力墙片应尽量对直拉通，否则，不能视为整体墙片；

3).剪力墙结构的平面形状力求简单、规则、对称，墙体布置力求均匀，使质量中心与刚度中心尽量接近；4).剪力墙结构应尽量避免竖向刚度突变，墙体沿竖向宜贯通全高，墙厚度沿竖向宜逐渐减薄，在同一结构单元内宜避免错层及结构夹层；5).在民用建筑中，一般横墙短而数量多，纵墙长而数量少横向剪力墙的间距一般在6-8m

纵向剪力墙一般设为二-四道

6).剪力墙宜设置于建筑物两端、楼梯间、电梯间及平面刚度有变化处，同时以能纵横向相互连接在一起为有利；

7).当建筑使用功能要求有底层大空间时，可以使用框支剪力墙，但一般均应有落地剪力墙协同工作。4、框支剪力墙结构：

1）框支剪力墙结构将剪力墙结构房屋的底层或底部几层做成框架，这种结构亦称为带转换层高层建筑结构。

2）破坏特点：带转换层高层建筑结构在其转换层上、下层间侧向刚度发生突变，形成柔性底层或底部，在地震作用下易遭破坏甚至倒塌。3）布置原则：在底部大空间剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布置在两端或中部，并将纵、横向墙围成筒体；另外，还应采取增大墙体厚度、提高混凝土强度等措施加大落地墙体的侧向刚度，使上、下部侧向刚度差别尽量小。（上部可采用短肢剪力墙）

5、短肢剪力墙结构

：这种结构体系一般是在电梯、楼梯部位布置剪力墙形成筒体，其他部位则根据需要，在纵横墙交接处设置截面高度为２ｍ左右的Ｔ、十、Ｌ形截面短肢剪力墙，墙肢之间在楼面处用梁连接，并用轻质材料填充，形成使用功能及受力均较合理的短肢剪力墙结构体系。（在小高层中应用很广）3.2.3框架-剪力墙结构体系

1、定义：为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特点，当建筑物需要有较大空间，且高度超过了框架结构的合理高度时，可采用框架和剪力墙共同工作的结构体系。

剪力墙剪力墙框架梁框架梁框架梁剪力墙剪力墙2、受力变形特点：

框架-剪力墙结构体系以框架为主，并布置一定数量的剪力墙，通过水平刚度很大的楼盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载。其中剪力墙承担大部分水平荷载，框架只承担较小的一部分。

注：在水平荷载作用下，框架的侧向变形属剪切型，层间侧移自上而下逐层增大；剪力墙的侧向变形一般是弯曲型，其层间侧移自上而下逐层减小。当框架与剪力墙通过楼盖形成框架-剪力墙结构时，各层楼盖因其巨大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致，其侧向变形介于剪切型与弯曲型之间，一般属于弯剪型。3、优点：兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于10～20层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。4、框架-剪力墙结构中剪力墙的数量和布置：

1）剪力墙的数量：不宜过多，以满足位移限值为宜。

2）剪力墙的布置：不宜过长；不宜少于3道，最好作成筒体；对称布置；在纵横向数量接近；应贯通全高，上下刚度连贯而均匀。3.2.4筒体结构体系

1、定义：是指由一个或几个筒体作为竖向承重结构的高层建筑结构体系筒体结构平面图2、分类：实腹筒、框筒和桁架筒。

1）实腹筒：钢筋混凝土剪力墙围成的筒体。

2）框筒：布置在房屋四周、由密排柱和高跨比很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。

3）桁架筒：将筒体的四壁做成桁架，就形成桁架筒。3、受力变形特点：

筒体最主要的受力特点是它的空间性能，在水平荷载作用下，筒体可视为下端固定、顶端自由的悬臂构件。注：1）空间性能：按材料力学计算其应力分布特点。

2）剪力滞后现象：对于框筒结构，在翼缘框架中，远离腹板框架的各柱轴力愈来愈小；在腹板框架中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律递减的要快。上述现象称为剪力滞后。实际应力分布翼缘框架腹板框架腹板框架翼缘框架荷载作用方向材料力学解答实际应力分布材料力学解答角柱处应力较大中部应力较小

3）产生剪力滞后现象的原因：框筒中各柱之间存在剪力，剪力使联系柱子的窗裙梁产生剪切变形，从而使柱之间的轴力传递减弱。

4）框筒中剪力滞后现象愈严重，参与受力的翼缘框架柱愈少，空间受力性能愈弱。

5）如何减少剪力滞后：（1）要求设计密柱深梁；（2）建筑平面应接近方形；（3）结构高宽比宜大于3，高度不小60m；（4）楼板的整体性好。4、优缺点：筒体结构具有很大的侧向刚度及水平承载力，并具有很好的抗扭刚度。5、应用：

1）筒中筒结构一般用实腹筒做内筒，框筒或桁架筒做外筒。内筒可集中布置电梯、楼梯、竖向管道等。框筒的侧向变形以剪切变形为主，内筒一般以弯曲变形为主，二者通过楼板联系，共同抵抗水平荷载，其协同工作原理与框架-剪力墙结构类似。

2）框筒结构框筒也可作为抗侧力结构单独使用。为了减小楼板和梁的跨度，在框筒中部可设置一些柱子。这些柱子仅用来承受竖向荷载，不考虑其承受水平荷载。

3）多筒结构－成束筒成束筒是由若干单筒集成一体成束状，形成空间刚度极大的抗侧力结构。自下而上逐渐减少筒体数量的处理手法，使高层建筑结构更加经济合理。但这些逐渐减少的筒体结构，应对称于建筑物的平面中心。

4）巨型框架

利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型梁相连，筒体和巨型梁即构成巨型框架。巨型框架具有很大的承载能力和侧向刚度。由于它可以看作是由两级框架组成，第一级为巨型框架，是承载的主体；第二级是位于巨型框架单元内的辅助框架（只承受竖向荷载），也起承载作用。因此，这种结构是具有两道抗震防线的抗震结构，具有良好的抗震性能。小框架巨型梁巨型柱上海证券交易所3.2.5框架-核心筒结构体系

1、定义：由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层建筑结构。

2、受力变形特点：

筒体主要承担水平荷载，框架主要承担竖向荷载。结构兼有框架结构与筒体结构两者的优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力，其受力和变形特点与框架-剪力墙结构类似。3、与筒中筒结构的区别：

1）筒中筒结构具有良好的空间性能；框架-核心筒结构按平面结构进行分析。

2）框架一核心筒结构的抗侧刚度远小于筒中筒结构。

3）筒中筒结构中抵抗剪力以实腹筒为主，抵抗倾覆力矩则以外框筒为主；框架一核心筒结构中实腹筒成为主要抗侧力部分。注：

1）对由密柱深梁形成的框筒结构，由于空间作用，在水平荷载作用下其翼缘框架柱承受很大的轴力；

2）当柱距加大，裙梁的跨高比加大时，剪力滞后加重，柱轴力将随着框架柱距的加大而减小，即对柱距较大的“稀柱筒体”，翼缘框架柱仍然会产生一些轴力，存在一定的空间作用。

3）当柱距增大到与普通框架相似时，除角柱外，其它柱的轴力将很小，由量变到质变，通常就可忽略沿翼缘框架传递轴力的作用，按平面结构进行分析。3.2.6带加强层的高层建筑结构体系

1、定义：可沿框架—核心筒结构房屋的高度方向，每隔20层左右，于设备层或结构转换层处，由核心筒伸出纵、横向伸臂与结构的外围框架柱相连，并沿外围框架设置一层楼高的带状水平梁或桁架。

2、受力变形特点：

与框架-核心筒结构相比，伸臂-核心筒结构具有更大的侧向刚度和水平承载力，从而适用于更多层数的高层建筑。

1）外柱参与承担倾覆力矩引起的拉力和压力，故增大了整个结构抗力偶矩的等效力臂Ｌ；

2）设置加强层相当于在结构上施加了反力矩，它部分地抵消了水平荷载在筒体各截面所产生的力矩。3.2.7各种结构体系的最大适用高度和适用的最大高宽比

1、最大适用高度Ａ级高度的钢筋混凝土高层建筑是指符合表2.1.1高度限值的建筑，也是目前数量最多，应用最广泛的建筑；Ｂ级高度的高层建筑是指较高的（其高度超过表2.1.1规定的高度）、设计上有严格要求高层建筑，其最大适用高度应符合表2.1.2的规定。

2、适用的最大高宽比房屋的高宽比愈大，水平荷载作用下的侧移愈大，抗倾覆作用的能力愈小。因此，应控制房屋的高宽比，避免设计高宽比很大的建筑物。

注：按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比；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，计算高宽比时房屋的高度和宽度可按裙房以上部分考虑。4.1结构平面布置

1、基本要求高层建筑的结构平面布置，应有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，受力明确，传力直接，力求均匀对称，减少扭转的影响。4.高层建筑结构布置原则与要求1)在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。

2）高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。对抗风有利的平面形状是简单、规则的凸平面。例如：圆形、正多边形、椭圆形、鼓形等平面。对抗风不利的平面是有较多凹、凸的复杂平面形状，如Ｖ形，Ｙ形、Ｈ形、弧形等平面。

对抗风有利的平面形状

3）抗震设计的Ａ级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心；平面长度L不宜过长，突出部分长度l不宜过大；不采用角部重叠或细腰形平面图形。4)抗震设计的Ｂ级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑，其平面布置应简单、规则，减少偏心。注：Ｂ级高度钢筋混凝土高层建筑和混合结构高层建筑的最大适用高度较高，复杂高层建筑的竖向布置已不规则，这些结构的地震反应较大，故对其平面布置的规则性应要求更严一些。5)结构平面布置应减少扭转的影响。平面不规则、质量中心与刚度中心偏心较大和抗扭刚度太弱的结构，其震害严重。注：对结构的扭转效应从以下两个方面加以限制：（1）限制结构平面布置的不规则性，避免质心与刚心存在过大的偏心。（2）结构的抗扭刚度不能太弱。3、变形缝的设置1）缝的分类：沉降缝、伸缩缝和防震缝。2）设缝的优缺点：优点：用缝将复杂建筑分为规则的部分，或减小温度应力。缺点：影响建筑使用功能；立面处理不便；基础防水不易处理等。３）趋势：目前趋势是避免设缝，或尽可能少设缝。3）沉降缝（1）设缝：高层建筑的主体结构周围常设置裙房，它们与主体结构的重量相差悬殊，会产生相当大的沉降差。这时可用沉降缝将二者分成独立的结构单元，使各部分自由沉降。（2）不设缝：需采取以下措施：

A、采用桩基，桩支承在基岩上；或采取减少沉降的有效措施并经计算，沉降差在允许范围内。

B、楼与裙房采用不同的基础形式。

C、先施工主楼，后施工裙房，使两者最终沉降量一致。

D、将裙房坐在悬挑基础上。4）伸缩缝由温度变化引起的结构内力称为温度应力，使房屋产生裂缝，影响正常使用，底部数层和顶部数层较为明显。伸缩缝可减少温度应力。《高层规程》规定了伸缩缝的最大间距增大伸缩缝间距的措施：（1）增加顶层、底层、山墙等部位的配筋;（2）采用有效隔热措施

;（3）使用混凝土添加剂等减少收缩;（4）施工中预留后浇带；（5）上部改变结构形式或局部(顶部）设伸缩缝;（６）增大楼板配筋或采用预应力楼板等。注：（1）施工后浇带的作用在于减小混凝土的收缩应力，提高建筑物对温度应力的耐受能力，并不直接减少温度应力。（2）后浇带，应通过建筑物的整个横截面，将全部墙、梁和楼板分开；在后浇带处，板、墙钢筋应采用搭接接头（图2.2.6），梁主筋可不断开；后浇带应从结构受力较小的部位曲折通过，不宜在同一平面内通过；一般情况下，后浇带可设在框架梁和楼板的1/3跨处，设在剪力墙洞口上方连梁跨中或内外墙连接处。5）防震缝（1）设缝的优点：地震作用下，复杂高层结构会产生扭转及复杂的振动形式，并在房屋的连接薄弱部位造成损坏，宜通过设缝将复杂建筑分为规则建筑。（2）设缝的缺点：地震作用时，防震缝两侧的房屋很容易发生碰幢而造成震害。（３）防震缝宽度为防止缝两侧建筑的碰撞，缝必须留有足够的宽度。防震缝最小宽度为：框架结构：≤15ｍ时，取70mm；＞15ｍ时，每增加2~5m，加宽20mm；框架-剪力墙结构：取上述规定的70%,但不小于70mm。剪力墙结构：取框架结构的50%，但不小于70mm。缝两侧结构体系不同时，缝宽按不利的结构类型确定。（4）抗震设防的建筑，其伸缩缝，沉降缝宽度均应符合防震缝宽度的要求。（5）在相邻的高、低结构之间设置防震缝时，不应采取牛腿托梁的做法设置防震缝。4.2结构竖向布置高层建筑结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化宜均匀、连续,不应突变。竖向布置应符合下列要求：1）竖向宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收；侧向刚度宜下大上小，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，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。注：楼层的侧向刚度可取该楼层剪力与该楼层层间侧移的比值。3）为防止结构出现薄弱层，A级高度高层建筑楼层层间的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑楼层层间的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的75%。4）抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。5）当结构上部楼层相对于下部楼层有收进、或外挑时，应满足：（1）当上部楼层有收进，且H1/H之比大于0.2时，B1宜小于B的0.75倍；（2）当上部楼层有外挑时，B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。6）结构顶层取消部分墙、柱形成空旷房间时，其楼层侧向刚度和承载力与其下部楼层相差较多，形成刚度和承载力突变，此时应进行详细的计算分析，并采取有效的构造措施。如用弹性动力时程分析进行补充计算、沿柱子全长加密箍筋、大跨度屋面构件要考虑竖向地震作用效应等。7）高层建筑设置地下室，可利用土体的侧压力防止水平力作用下结构的滑移、倾覆，减轻地震作用对上部结构的影响；还可降低地基的附加压力，提高地基的承载能力。震害经验也表明，有地下室的高层建筑，其震害明显减轻。

因此，高层建筑宜设地下室，而且同一结构单元应全部设置地下室，不宜采用部分地下室，地下室应有相同的埋深。4.3.1楼盖结构选型

1、分类：现浇楼盖、装配式楼盖

2、选型4.3高层建筑的楼盖结构楼（屋）盖体系的作用承受竖向荷载连接抗侧力构件，承受其传来的剪力和轴力选择原则结构整体性、面内刚度结构高度小、质量轻建筑使用功能、装饰要求、设备安装、施工技术等常用楼盖体系及其适用性现浇楼盖预制板楼盖预应力叠合板楼盖组合楼盖常用楼盖体系及其适用性现浇楼盖肋梁楼盖——普通、技术经济指标好；结构高度大、不便管线安装⇒宽扁梁（用于层高受限时）密肋楼盖——省材料、自重轻、高度大、适用于大跨且梁高受限时、当使用荷载较大时可有较好技术经济指标好；不美观、吊顶处理无梁楼盖——适用于大跨且梁高受限、或升层法施工时；冲切问题非预应力平板楼盖——广泛用于剪力墙、筒体结构、可降低层高、平整；跨度大时自重大、不经济⇒现浇非预应力空心板楼盖无粘结预应力平板楼盖——适用于大跨且梁高受限时、平面布置灵活预制板楼盖预应力空心板楼盖——适用于高度50m以下时，但要求严格（缝内设钢筋、设现浇面层、加强板端连接）预应力大楼板楼盖——与房间同尺寸，双向先张法预应力筋，板边齿槽；吊装问题预应力叠合板楼盖预制RC薄板（50-60mm），上现浇RC。省模板、刚度大、整体性好组合楼盖

压型钢板上现浇RC。省模板、自重小、厚度小；用钢量大5高层建筑结构设计的基本要求5.1强度问题——构件截面承载力验算5.2刚度问题——正常使用条件下结构水平位移验算5.3稳定问题——结构稳定与抗倾覆验算5.4延性问题——抗震结构的延性要求5.5经验问题——抗震结构的概念设计要求5.1强度问题——构件截面承载力验算要求荷载效应组合⇒构件最不利内力⇒承载力极限状态设计表达式无地震作用组合γ0S≤R有地震作用组合

S≤R/γRE关于S抗震结构与有无地震作用组合高层建筑结构荷载组合表达式关于R抗震结构抗弯承载能力=非抗震结构抗弯承载能力抗震结构抗剪承载能力=非抗震结构抗剪承载能力*80%5.2刚度问题——正常使用条件下结构水平位移验算目的防止主要结构开裂、损坏防止填充、装修开裂、损坏防止过大侧移，以引发人的不适、影响正常使用、产生附加内力表达式——双控（弹性位移）层间位移Δu/h≤[Δu/h]顶点位移u/H≤[u/H]荷载组合不考虑重力荷载引起的侧移各水平荷载单独作用荷载分项系数取1.0位移限值地震作用下的位移限值略宽松新规范的两点修正取消与“装修标准”有关的提法限值略偏严格5.3稳定问题——结构稳定与抗倾覆验算一般不需验算H/B>5时宜验算抗倾覆验算表达式M≤[M][M]——稳定力矩=竖向荷载（50%楼面活载+90%恒载）对基础边缘取矩M——倾覆力矩=由风荷载或地震作用（或二者组合）计算的基础顶面处的最大倾覆力矩整体稳定性验算表达式Gte≤ΣEIeq/(8H2)Gte——顶端等效重力荷载设计值=ΣGiHi2

/H2ΣEIeq——验算方向的抗侧力构件等效刚度和Gi——第i层重力荷载设计值5.4延性问题——抗震结构的延性要求结构抗震等级确定方法根据确定抗震等级的设防烈度、结构类型、结构高度确定延性结构设计原则四项措施提高构件延性强柱（墙）弱梁强剪弱弯强节点（锚固）弱构件罕遇地震作用下的弹塑性变形验算一般不验算，但须采取构造措施验算需验算结构的界定（范围）表达式——单控（弹塑性）Δup/h≤[Δup/h]验算方法——简化方法或时程分析法5.5经验问题—抗震结构的概念设计要求概念设计要点选择有利场地和地基选择延性好结构体系与材料规则结构延性结构减轻自重避开地震动反应谱特征周期避免薄弱层减少扭转协调承载能力与延性的关系设置多道抗震防线实现合理屈服耗能机制提高整体性概念设计意义“计算设计”很难有效控制结构的薄弱环节，不能完全解决问题地震作用的不确定性结构计算假定与实际情况的差异（计算模型、材料、阻尼变化等）经验总结、定性判断含义在进行结构设计时，首先着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的抗震能力；有时需要运用工程判断解决或处理具体问题。6世界知名高层建筑简介美国纽约帝国大厦美国纽约世界贸易中心美国芝加哥西尔斯大厦美国纽约约翰.汉考克中心香港中国银行大厦深圳地王商业大厦上海金茂大厦世界上早期的标志性高层建筑是建成于1931年的美国纽约帝国大厦。它有102层，从底层到85层是办公楼，86至102层是观光塔楼（塔楼直径约10m，高约61m），连同塔楼总高度381m。1929年始建，建成于1931年，保持世界最高建筑达40年之久。该大厦的底层面积为130m*60m，在第6、25、72、81和85层处逐渐分段收缩，略呈阶梯形，至85层平面收缩为40m*24m。

大厦的结构体系为钢框架结构，采用等间距的柱网，基本的柱间距为5.4m*7m，为了加强整个建筑物的侧向刚度，在中央电梯区的纵横向都设置了钢斜支撑。所有钢构件均用铆钉和螺栓连接，以铆钉为主，用钢材总量约5.7万吨。钢结构外包炉渣混凝土，承受施加于建筑物的100%重力荷载和100%风荷载；它的外包炉渣混凝土虽然在结构强度分析中予以忽略，但却加强了整个框架结构的侧向刚度，这在考虑承受风荷载时尤为重要。

纽约的世界贸易中心，是20世纪70年代在美国建造的世界级超高层建筑之一。它由两座姐妹塔楼组成：北楼高417m，南楼高415m，均为110层，是当时世界第二高楼，建成于1973年。

从结构概念上看，世贸中心采用密柱深梁的钢框架筒体作为主要抗侧力结构体系，在当时是一场高层建筑结构设计的革命。这种体系力求在建筑物外围建立一种用密柱深梁的三维墙式结构来抵御侧向荷载，使得内部楼盖平面内可以相对地取消或减少立柱和支撑，也就可以增加使用面积。从使用和受力上看，这种框架筒体的优点是它既不会遮挡室内采光，又有很大的承受侧向荷载的能力和较大的抗侧移刚度和抗扭转刚度，而且结构形式上下统一，易于安装和施工；它的缺点是从建筑内部往外看的视线被密布的宽外柱所遮挡，而且由于存在着剪力滞后效应，使它承受侧向荷载的受力和变形效能有所减弱。2001年9月11日，世贸中心突遭恐怖分子毁灭性袭击。从世贸中心被撞座塌过程看，它的设计至少存在以下问题：1.钢结构会处于如此高温的环境下，以致完全丧失承载力；2.建筑物会遭到如此庞大重物的撞击，以致完全丧失整体稳定性；3.高层建筑会遇到如此众多人群（几万人）必须顷刻疏散的问题；4.高层结构会发生如此迅速的自上而下的破坏，以致出现倾覆性的座塌；5.双塔倒塌后会影响如此多的周围建筑物，以致曼哈顿商业区顿时消失。因此，针对以上存在的问题，使设计者在设计高层建筑时必须着重考虑以下问题：1.耐火材料的应用以及各种建筑材料和建筑结构的耐火性能和耐久性能问题；2.选择更加坚实可靠的主体结构体系，并建立多道抗撞击荷载的防线；3.在结构系统中建立防止结构连续倒塌的机制；4.在建筑布置中建立结构绝对可靠的逃亡通道；5.解决在危急情况下大批人员的疏散问题。

如果仅就已被撞塌的世贸中心大楼的结构设计来看，它至少有两个问题需纠正：一是它采用的是单筒体的密柱深梁框架结构作为主体结构体系，由于筒壁在侧向荷载作用下有剪力滞后效应的影响，而且宽大筒壁中部的平面外刚度较低，难以胜任庞大重物的侧向撞击；二是目前设计的立柱和楼盖梁的连接处只能承受本层楼盖传来的荷载，不能承受倒塌后上层楼压下来的荷载，故而发生连续倒塌。

雄踞于美国芝加哥城密执安湖滨的西尔斯大厦，是成束筒结构的实例。1974年西尔斯大厦落成，它不仅以443米的高度从世界贸易中心大楼的手中夺得了世界高楼之冠的称号，而且它那与众不同的结构足以笑傲众楼。西尔斯大厦就活像由九个巨大竹筒缚成一捆的模样，所以就与以前的各种长方形、正方形柱体形状的高层建筑不同。我们平时看过那高达几丈的竹子在狂风中都很难折断，其实就是因为它长成圆筒形。因为圆筒形的整体性好，受力比较均匀，所以很是牢固。当我们把几个这样的圆筒束在一起，那就是固上加固了。

西尔斯大厦高达443米，其平面由九个22.9米见方组成的竖筒，底层平面就是一个68.7米见方的大筒了。大厦的外形是逐渐上收，九个竖筒分别截止在不同的高度上，1到50层由九个竖筒组成正方形平面，51到66层截去对角的两个坚筒，67到90层截去了另一组对角的两个竖筒组成一个十字形平面，91层到110层截去三个边形竖筒，只剩两个竖筒直达顶点。这种处理方法，不仅突破了顶部天际线的平头规则，而且减少了风力的影响。大厦顶部的设计风压力为305公斤/平方米，设计允许位移为900毫米。如果说足以造成帝国大厦顶层摇摆10厘米的巨风，但对于高出帝国大厦100多米的西尔斯大厦顶部摇摆最多2—3厘米，这就得益于筒式的结构了。

这么高的建筑对于上下却是一个至关紧要的问题。西尔斯大厦除在建筑物内有两个电梯转换分别设于33层和66层，而且在大楼内共装有103部电梯。

西尔斯大厦的成束筒结构体系和世贸中心的单筒体结构体系相比较，在结构概念上有以下优点：1.成束框架筒结构是一组筒体（9个，正方形）由共同的内筒壁相互连接（4个，相互正交），形成一个多格筒体，也即成束筒的“腹板”增加了，使它在侧向荷载作用下的剪力滞后效应大大减少，因而它的受力性能比单个框架筒更接近于实壁筒体；2.由于成束框架筒结构内立柱受力性能的改善，允许在筒壁中有较大的柱间距，有可能增加开窗面积，在布置内部框架轴线时不致损害室内的空间设计；3.成束框架筒的抗侧力刚度在很大程度上大于单框架筒，引而它的抗剪切和抗扭转能力都大大加强，它可建造的建筑物高度比单个框架筒更高；4.成束框架筒的各个筒格可在不同高度处截断而不削弱结构的整体性，使结构受扭的荷载可以容易地为各筒格的封闭形式所抵抗；而且由于成束筒的筒格不断沿高度被截断，使建筑物顶部所受的风荷载大大减少。

约翰.汉考克中心高344m，建筑面积约26万平方米，采用对角支撑桁架型筒体结构体系。它的体型为渐缩的矩形锥体塔楼，底层平面为80.8m*50.3m，升至顶层344m处减至50.3m*30.3m。

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