高层概念设计课件

高层建筑结构概念设计第一章概述一.学习的目的

提高我国结构工程师的概念设计能力，提倡开创性的思路，充分发挥我国工程技木人员的聪明才智，合理而科学地突破规范、规程的规定，提高我国的建筑结构的技术水平。概念设计（ConceptualDesign）

概念设计是依据自然法则、客观条件、工程经验、创新思维对结构的总体设计，是对结构性能、可实现性和经济性的总体把握，是一种主动的、定性的和战略性的设计，决定着结构设计的总体方向。计算设计（NumericalDesign）

计算设计是将概念设计所提供的结构模型化，并依据现有的计算手段作进一步的“精确”分析，论证概念设计的正确性，并对概念设计进行补充和完善，是一种被动的、定量的和战术性和的设计。结构工程师的使命

建筑师与结构工程师为业主服务的目标是一致的，因此，结构工程不仅要成为结构功能要求的实现者，而且要成为建筑功能要求实现的积极参与者，与建筑师一道创造性的作出总体建筑设计。总体构思使工程与建筑技巧结合二.帮助建筑师开拓空间与功能

结构项目工程师的首要任务，就是在建筑方案设计阶段，凭借自身拥有的结构体系功能及其受力、变形特性的整体概念和判断力，去帮助建筑师开拓或实现业主所想要的空间与功能。例1-1芝加哥

第一国家银行大楼

建于1970年，钢巨型框架，高244m，地上60层，地下4层，底部无柱面积5110m2。例1-2芝加哥

西尔斯大厦建于1974年，高442m，地上110层，地下3层，SOM-坎恩设计。芝加哥

西尔斯大厦4570例1-3法兰克福商业银行总部大楼建于1996年，高190m，61层，英国建筑师诺曼·福斯特与英国OveArup&Partners公司工程师合作设计，“世界上第一座生态型超高层建筑”。法兰克福商业银行总部大法兰克福商业银行总部大三.以承载力、刚度、延性为主导

在特定的空间形式、功能和地理环境条件下，以结构工程师自身确定的理想承载力、刚度和延性为主导目标，用整体构思来设计各部分有机相连的结构总体系，并有意识地利用和发挥结构总体系和主要分体系、以及分体系与构件之间的最佳受力特征与协调关系。体现刚柔结合、多道防线思想例1-4马那瓜美洲银行大楼林同炎设计于1963年，高61m，地上18层，地下2层。1972年12月23日6.5级强烈地震后所摄。马那瓜美洲银行大楼46002400马那瓜美洲银行大楼第一道防线一般连梁变形图一般连梁裂缝图马那瓜美洲银行大楼V.Bertero震后动力分析

林同炎（1912－2003）

他是工程师，教师和作家。他的科学分析、技术创新和富于想象力的设计、不仅跨过了科学与艺术的壕沟，还打破了技术与社会的隔阂。

美国国家科学奖赞词：Ruck-A-chuckyBridge马拿瓜国家银行大楼

三层以上结构平面图1400（三层以下9800）马拿瓜国家银行大楼8层梁、柱裂缝电梯井边楼板裂缝高层结构优化4998146195244（Kg/m2

）165四.结构设计没有惟一解

结构设计是一门技术，更是一门艺术，没有唯一解。结构工程师对规范的态度应该是吃透条文的真实含义，遵循而不盲从。例1-5轴压比限值与砼柱截面延性■

高层柱截面设计中的困惑■轴压比限值的目的■影响截面延性的五个主要因素◆轴压比因素◆箍筋横向约束因素◆纵筋轴向承压因素◆柱截面形式因素柱界限破坏过程◆受拉纵筋屈服，同时受压区砼压溃剥落（弹性极限，延性特征功能启动）；◆箍筋逐渐屈服、发展；◆核心区砼逐步压酥；◆个别纵向钢筋压屈；◆箍筋弯钩拉直张开；◆纵向钢筋压屈成灯笼状（弹塑性极限变形，延性特征功能终止）。五大主要因素排序1.箍筋的横向约束能力；2.核心区砼抗压酥能力；3.轴压比；4.纵筋承担轴压能力；5.柱截面形状。规范改进与不足现行规范轴压比限值表附注规范改进与不足例1-6底层大空间剪力墙结构■旧规范条文与高转换层的不适性■高位框支与底层框支的性能差异■正确理解“不宜”■新规范的条文修改严重不规则结构■不规则规范定义（6项）■不规则程度◆不规则：超过1项或多项。◆特别不规则：多项超过或一项超过较多，具有明显抗震薄弱部位，将会引起不良后果。

◆严重不规则：体型复杂，多项超过或一项大大超过，具有严重抗震薄弱部位，将会导致严重后果。

严重不规则结构■《抗震》（强条）：不应采用。■工程观点：在现代技术条件下，没有什么结构不能实现，关键是有无必要为此付出代价。■结论：不规则结构、尤其是严重不规则结构的弹塑性地震反应比规则结构的弹塑性地震反应复杂得多，计算结果的可靠程度也远比规则结构计算结果的可靠程度低。严重不规则结构■办法：消除严重薄弱部位及薄弱构件◆弹塑性分析，发现薄弱部分或薄弱构件，对症下药；◆对结构局部进行细致深入计算分析；◆结构、构件试验。严重不规则结构有楼盖无楼盖28m（201.2m）严重不规则结构2008年前建成使用的北京-央视新大楼，高230米，地上部分由5层楼群及30层的塔楼组成，14层悬挑75m，瑞士OMA公司雷姆·库哈斯和奥勒·舍仁

（上海华东建筑设计研究院）设计。配筋砌体结构限高◆实施规范◆送审稿配筋砌体结构限高

国外的研究、工程实践和震害表明，配筋混凝土砌块剪力墙结构是具有强度高、延性好、抗震性能好的结构体系，是“预制装配整体式的混凝土剪力墙结构”，其受力性能和现浇混凝土剪力墙结构很相似。如美国抗震规范把配筋混凝土砌块剪力墙结构和配筋混凝土剪力墙结构划分为同样的适用范围。◆条文说明配筋砌体结构限高

我国自20世纪80年代以来所进行的较大数量的试验研究、工程实践也完全验证了这种结构体系的上述性能。……

它比钢筋混凝土框架房屋的高度范围还低，这应该说在初期推广是合适的。但是这仅为适用范围，在有进行研究和加强构造措施的条件下，限值可以提高，因为和国外相比其发展潜力还很大。◆条文说明规范和工程师职责■工程师在进行结构安全控制时，应遵循规范的指导，但规范不可能取代设计人员所必需的理论知识、经验和判断力。■设计人员必须自已承担设计的全部责任，针对不同的设计对象、环境和使用条件，创造性地选用规范中的数据。五.运用正确的判断力把握设计■对计算机的正确看法■发达国家的作法■我国的现状例1-7某市31层框支剪力墙结构共25层共6层8.7m≤1.6m某市31层框支剪力墙结构SATWE计算简化模型中间节点已凝聚掉不能与梁共同承力给定值墙单元柱梁6自由度节点(余同)楼板无限刚假设某市31层框支剪力墙结构有限元分析某市31层框支剪力墙结构有限元分析+-L某市31层框支剪力墙结构浇注4～5层时拉拉拉压例1-8某市大酒店1