A01 概述(设计特点和结构类型)

第十章多高层房屋结构本节主要内容：主要内容1.1概述1.2高层建筑结构的设计特点

1.3高层建筑结构的类型1.4高层建筑的发展概况1.1概述问题：高层建筑的定义？通常以建筑的高度和层数两个指标来判定，但世界范围内目前还没有一个统一的划分标准。1）国外：

（1）美国规定：高度为22~25m以上或7层以上建筑为高层建筑；

（2）英国规定：高度为24.3m以上的建筑为高层建筑；

（3）日本规定：8层以上或高度超过31m的建筑为高层建筑。1.1概述1.1概述2）我国：

（1）《高层民用建筑设计规范》GB50045-95和《高层民用建筑设计防火规范》

GBJ50045-2002和规定：≥10层的居住建筑（包括首层设置商业服务网点的住宅）或≥24m的公共建筑。

（2）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）规定：≥10层或≥28m；（本课程内容的依据）

1.1概述

1.2高层建筑结构的设计特点问题：与多层建筑相比有哪些的设计特点？1、水平荷载成为设计的决定性因素

1）竖向荷载产生轴向压力与结构高度的一次方成正比；

1.2高层建筑结构的设计特点

1.2高层建筑结构的设计特点问题：与多层建筑相比有哪些的设计特点？1、水平荷载成为设计的决定性因素

2）水平荷载产生的倾覆力矩与高度的二次方成正比。

1.2高层建筑结构的设计特点2、侧移成为设计的控制指标

1）结构顶点的侧移

ut与结构高度

H的四次方成正比；

1.2高层建筑结构的设计特点

2）结构的侧移与结构的使用功能和安全有着密切的关系；过大侧移会使人产生不安全感；使填充墙和主体结构出现裂缝或损坏，影响正常使用；因P-△效应而使结构产生的附加内力，甚至破坏。

3）必须选择可靠的抗侧力结构体系，使结构不仅具有较大的承载力，而且还应具有较大的侧向刚度。内力或位移

=f(H4)M=f(H2)N=f(H)H

结构内力、位移与高度H的关系

1.2高层建筑结构的设计特点

3、轴向变形的影响在设计中不容忽视

1）竖向荷载产生的结构轴向变形对其内力及变形的影响;2)对预制构件的下料长度和楼面标高会产生较大的影响；Houston75层的某商业大厦，采用剪力墙和钢柱混合体系，由于钢柱负荷面积大，其底层钢柱压缩变形比墙多260mm。

1.2高层建筑结构的设计特点

3）水平荷载产生的结构轴向变形对其内力及侧移的影响

水平荷载作用下，使竖向结构体系一侧构件产生轴向压缩，另一侧构件产生轴向拉伸，从而产生整体水平侧移。

1.2高层建筑结构的设计特点

由表可知，结构层数越高，轴向变形所产生的影响越大。表中为某剪力墙的计算结果。

1.2高层建筑结构的设计特点4、延性成为结构设计的重要指标

1）延性表示构件和结构屈服后，具有承载能力不降低、具有足够塑性变形能力的一种性能。

2）延性系数μ：用来衡量延性的大小。

1.2高层建筑结构的设计特点

3）结构的抗震性能决于其“能量吸收与耗散”能力的大小，即决于结构延性的大小。

4）为了保证结构具有较好的抗震性能，除承载力、刚度外，还需要有较好的延性。可通过加强结构抗震概念设计，采取恰当的抗震构造措施来保证。

1.2高层建筑结构的设计特点5、结构材料用量显著增加

1）对于高层建筑结构，随高度增大，材料用量增大较多。

2）特别是水平荷载对材料用量影响较大。

3）结构方案对材料用量影响很大，水平力作用下对结构进行优化设计至关重要。

1.2高层建筑结构的设计特点如筒体结构可使结构用钢量大幅度减小，高381m的帝国大厦，采用平面框架结构体系，用钢量为206kg/m2，采用筒体结构,高344m的约翰.汉考克大厦用钢量仅为146kg/m2，高443m的西尔斯大厦用钢量仅为161kg/m2。

六、基础设计愈显重要七、结构自重对结构受力愈显重要小结1）高层建筑同时承受竖向荷载和水平荷载，随着房屋层数的增加，虽然竖向荷载对结构设计仍有着重要的影响，但水平荷载已成为结构设计的控制因素。水平荷载产生的内力与高度的二次方成正比，侧移与高度的四次方成正比。

1.2高层建筑结构的设计特点2）对高层建筑，水平荷载和竖向荷载产生的轴力均很大，不容忽略。3）为了保证高层建筑的抗震性能，结构应具有较大的延性。4）高层建筑的材料用量随高度增加而加大，可通过优化设计减小材料用量。

1.2高层建筑结构的设计特点

1.3高层建筑结构的类型问题：按使用的材料，高层建筑结构的类型？1、砌体结构

优点：取材容易、施工简便、造价低廉；缺点：脆性材料，其抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，抗震性能较差；

配筋砌体可改善砌体的受力性能，但较少用于高层。公元524年的河南嵩岳寺塔(15层简筒结构，高50m)公元704年的西安大雁塔(7层砖木结构，总高64m)

公元1055年的河北定县料敌塔(11层筒体结构，高82m)

按使用的材料，高层建筑可采用砌体结构、混凝土结构、钢结构和钢-混凝土混合结构等类型。1.3高层建筑结构的类型

1.3高层建筑结构的类型2、混凝土结构

优点：取材容易、良好耐久性和耐火性、承载能力大，刚度好、节约钢材、降低造价、可模性好；缺点：自重大、构件截面较大、施工工序复杂、建造周期较长且受季节的影响；

平壤市的柳京饭店

1.3高层建筑结构的类型应用情况：我国绝大多数高层建筑都是采用混凝土结构，今后仍将是高层建筑发展的主流。

最早混凝土框架结构高层建筑，是1903年在美国辛辛那提建造的因格尔斯大楼，16层，高64m。目前世界上最高的混凝土建筑为香港中环广场达78层374m、其次是平壤柳京饭店达105层300m

平壤市的柳京饭店

1.3高层建筑结构的类型3、钢结构

优点：材料强度高、截面小、自重轻、塑性和韧性好、制造简便、施工周期短、抗震性能好；缺点：用钢量大、造价高、防火性能差、刚度差；

芝加哥西尔斯大厦(SearsTower)，110层，高443m，钢结构

1.3高层建筑结构的类型应用情况：采用钢结构的高层建筑不断的增多；美国、日本等从钢结构起步建造高层建筑的国家已转向发展混凝土结构。目前世界上最高的钢结构建筑为美国芝加哥西尔斯大厦，110层、高443m。芝加哥西尔斯大厦(SearsTower)，110层，高443m，钢结构

1.3高层建筑结构的类型

1.3高层建筑结构的类型4、钢-混凝土组合结构或混合结构

不仅具有钢结构自重轻、截面尺寸小、施工进度快、抗震性能好等特点，同时还兼有混凝土结构刚度大、防火性能好、造价低的优点。近年来，这种结构形式逐渐增多，而且发展前景非常好。

1.3高层建筑结构的类型

定义：钢-混凝土组合结构、钢-混凝土混合结构

（1）组合结构：将钢骨放在构件内部，外部，采用外包或内填混凝土，称为钢骨混凝土或钢管混凝土。（形成组合构件）

（2）混合结构：指由钢构件、钢筋混凝土构件或钢骨混凝土组合构件一起组成的空间结构。（形成混合结构）

RC核心筒+外框型钢混凝土柱及钢柱，88层，高420m，7度抗震设防上海金茂大厦办公层平面客房平面第88层平面剖面

1.3高层建筑结构的类型上海环球金融中心

RC核心筒+外伸桁架和巨型（型钢）柱(三重结构体系)，101层，高492m，7度抗震设防核芯筒底部剪力墙

1.3高层建筑结构的类型台北101金融大楼高508米，超过美国芝加哥的西尔斯大楼，马来西亚双塔等大楼，成为新的全球第一高楼。

采用方钢管混凝土柱，混凝土核心筒混合结构。

1.3高层建筑结构的类型大楼历时5年多，耗资600亿币。总面积7万多平方米，共容纳了160多家商店。(包括地下5层、其中B2到B5为地下停车场、地上101层，其中有78层是办公大楼，裙楼部分则是购物中心。

1.3高层建筑结构的类型

1998年在马来西亚吉隆坡建成的彼得