高层建筑结构设计电子教案第2章_高层建筑结...pdf

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1、高层建筑结构设计高层建筑结构设计 （电子教案）（电子教案）高等教育出版社高等教育出版社第第2 2章章高层建筑结构受力特点高层建筑结构受力特点和结构概念设计和结构概念设计本章内容本章内容2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用2.2 2.2 高层建筑结构的受力特点和工作特点高层建筑结构的受力特点和工作特点2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置2.4 2.4 高层建筑结构的概念设计高层建筑结构的概念设计2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用一、竖向荷载一、竖向荷载 高层建筑结构上的竖向荷载主要是恒荷

2、载（结构自重）和楼面、屋面活荷载（使用荷载）。1.恒荷载（结构自重）是永久荷载，是由于结构自身重力产生的竖向荷载。2.楼面、屋面活荷载（使用荷载） 按GB50009-2001建筑结构荷载规范的有关规定采用。3.活荷载的不利布置。 计算高层建筑结构在竖向荷载作用下的内力时，一般不考虑楼面及屋面竖向活荷载的不利布置，而是按满布考虑进行计算的。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用一、竖向荷载一、竖向荷载3.活荷载的不利布置。其一， 在高层建筑中各种活荷载占总竖向荷载的比例很小， 尤其对于住宅、旅馆和办公楼等， 活荷载一般在1.52.5kN/范围内， 只占全部竖向荷载的

3、10 20， 因此活荷载不同的布置方式对结构内力产生的影响很小；其二， 高层建筑结构是个复杂的空间结构体系， 层数与跨数多， 不利分布的情况复杂多样， 计算工作量极大且计算费用上不经济， 因此， 为简化起见， 在实际工程设计中， 可以不考虑活荷载不利分布， 按满布方式布置作内力计算后再将框架梁的跨中弯矩乘以1.11.3的放大系数。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用二、风荷载二、风荷载 空气的流动受到建筑物的阻碍，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑物所受的风荷载。1.风荷载标准值 在进行高层建筑主体结构计算时， 垂直于建筑物表面单位面积上的风荷

4、载标准值按下式计算： 式中 风荷载标准值，kN/；z 高度上的风振系数；基本风压， kN/ 。风荷载体型系数； ；z 高度处的风压高度变化系数；2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用式中各系数的具体算法如下： 基本风压 ： 一般情况下， 基本风压 按GB50009-2001建筑结构荷载规范的规定采用。对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑， 基本风压采用100年重现期的风压值； 在没有100年一遇的风压资料时， 可近似将50年一遇的基本风压乘以1.1的增大系数采用。风压高度变化系数 ： 风压高度变化系数 可按照地面粗糙程度和建筑物离地面或海平面高度确定。a)位于

5、平坦或稍有起伏地形的高层建筑， 其风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按附表8.1确定。b)位于山区的高层建筑， 其风压高度变化系数除按照平坦地面的粗糙度类别由附表8.1确定外， 尚应按照现行国家标准GB50009-2001建筑结构荷载规范的有关规定， 考虑地形条件加以修正。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用附表8.1风压高度变化系数2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用式中各系数的具体算法如下： 风荷载体型系数 ：风荷载体型系数是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。当风流经过建筑物时， 通常

6、在迎风面产生压力（风荷载体型系数用+表示），在侧风面及背风面产生吸力（风荷载体型系数用-表示）。风压值沿建筑物表面的分布并不均匀， 如右图所示， 迎风面的风压力在建筑物的中部最大， 侧风面和背风面的风吸力在建筑物的角区最大。风压在建筑物平面上的分布2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用式中各系数的具体算法如下： 风荷载体型系数 ： 在计算主体结构的风荷载效应时， 风荷载体型系数 可按下列规定采用：a)一般设计时， 可以采用：圆形平面建筑取0.8。正多边形及截角三角形平面建筑， 由下式计算：式中n多边形的边数。高宽比H/B 不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑取1.

7、3。下列建筑取1.4：V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大于4的十字形平面建筑；高宽比H/B 大于4，长宽比L/B不大于1.5的矩形、鼓形平面建筑。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用式中各系数的具体算法如下： 风荷载体型系数 ：b)当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， 风荷载体型系数可以参照JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程附录 采用， 或由风洞试验确定。c)当多栋或群集的高层建筑相互间距较相近时， 宜考虑风力相互干扰的群体效应。一般可将单体建筑的体型系数乘以相互干扰增大系数， 该系数可参

8、考类似条件的试验资料确定， 必要时宜通过风洞试验确定。d)檐口、雨篷、遮阳板、阳台等水平构件， 计算局部上浮风荷载时， 风荷载体型系数不宜小于2.0。e)验算表面围护结构及其连接的强度时， 按照GB50009-2001建筑结构荷载规范规定采用局部风压体型系数计算。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用式中各系数的具体算法如下： 风振系数 ：高层建筑的风振系数 可按下式计算式中 振型系数， 由结构动力学计算确定， 计算时 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， 也可近似采用振 型计算点距室外地面高度z 与房屋高度H 的比值；

9、 脉动增大系数， 可按附表8.2采用；v 脉动影响系数， 外形、质量沿高度比较均匀 的结构可按附表8.3采用； 风压高度变化系数， 可按附表8.1采用。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用附表8.2脉动增大系数2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用附表8.3高层建筑的脉动影响系数2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用二、风荷载二、风荷载2.总风荷载 总风荷载是建筑物各个表面承受风力的合力，是沿高度变化的分布荷载。总风荷载的作用点是各个表面风荷载的合力作用点。 高度处总风荷载值的大小为式中 第i 个表面的

10、平均风荷载体型系数；第i 个表面的宽度；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。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地震作用1.基本概念 地震作用是指地震波从震源通过基岩传播引起的地面运动，使处于静止的建筑物受到动力作用而产生的强烈振动。地震作用的大小与地震波的特性有关，还与场地土性质及房屋本身的动力特性有很大关系。2.三水准抗震设计目标及一般计算原则三水准抗震设计目标： “小震不坏，中震可修，大震不倒”两阶段抗震设计方法： 第一阶段：是针对所有进行抗震设计的高层建筑。 第二阶段：主要针对甲级建筑和特别不规则的结构。

11、2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地震作用2.三水准抗震设计目标及一般计算原则抗震设防标准 高层建筑应根据其功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。a)甲类建筑： 属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑。b)乙类建筑： 属于地震时使用功能不能中断或需要尽快恢复的建筑。c)丙类建筑： 应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑。d)丁类建筑： 应属于抗震次要建筑。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地震作用2.三水准抗震设计目标及一般计算原则一般计算原则a)一般情况下， 应至少在

12、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。b)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。c)高层建筑中的大跨度和长悬臂结构7度（0.15g）、8度抗震设计时应考虑竖向地震作用。d)9度抗震设计时应计算竖向地震作用。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地震作用3.地震作用的计算方法 地震作用的计算方法主要有底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法等。高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法

13、。对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100 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。高度不超过40、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。 度抗震设防的高层建筑， 下列情况下应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算：2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用a)甲类高层建筑结构。b)表2.1所列的乙、丙类高层建筑结构。c)结构竖向布置特别不规则的高层建筑结构。d)带转换层、带加强层、错层、连体、多塔楼等复杂高层建筑结构。e)质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构。采用时程分析法的高层建筑结构2.

14、1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地震作用4.反应谱理论 反应谱理论是通过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并按静力方法进行结构计算和分析的方法。我国GB50011-2010建筑抗震设计规范以地震影响系数作为所取的地震作用的反应影响， 并给出设计反应谱T 曲线， 如图2.2所示。规范规定： 建筑结构的地震影响系数应根据设防烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期及阻尼比确定。其水平地震影响系数最大值 按附表8.4 采用， 特征周期应根据场地类别和设计地震分组按附表

15、8.5 采用， 计算8、9 度罕遇地震作用时， 特征周期应增加0.05。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地震作用4.反应谱理论2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用4.反应谱理论附表8.4水平地震影响系数最大值 （阻尼比0.05）附表8.5特征周期值2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用对于周期大于6.0 的高层建筑结构， 所采用的地震影响系数应做专门研究； 对于已经编制抗震设防区划的地区， 允许按照批准的设计地震动参数采用相应的地震影响系数。对于建筑物所在场地类别， 应根据场地土类

16、别和场地覆盖层厚度（地面至坚硬场地土顶的距离） 按照附表8.6选用。附表8.6场地土类型划分及各类建筑场地土覆盖层厚度2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用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：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 应取1.0， 形状参数应符合下列规定：a)直线上升段， 周期小于0.1 的区段。b)水平段， 自0.1 至特征周期 的区段， 地震影响系数应取最大值 。c)曲线下降段， 自特征周期 至 的区段， 衰减指数应取0.9。d)直线下降段，自 至6.0 的区段，下降斜率调整

17、系数 应取0.02。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用当建筑结构的阻尼比不等于0.05时，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：a)曲线水平段地震影响系数应取 。b)曲线下降段的衰减指数应按下式确定：=0.9+(0.05 - )/(0.3+6) 式中 曲线下降段的衰减指数； 阻尼比。c)直线下降段的下降斜率调整系数应按下式确定： =0.02+(0.05 - )/(4+32) 式中 直线下降段的下降斜率调整系数，小于0 时应取0。d)阻尼调整系数应按下式确定：=1+(0.05 - )/(0.08+1.6) 式中 阻尼调整系数， 小于0.55时应取

18、0.55。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地震作用5.水平地震作用的计算底部剪力法计算水平地震作用，结构的总水平地震作用标准值可用下式计算：结构水平地震作用计算简图式中 结构总水平地震作用 标准值；相应于结构基本周期 的水平地震影响系数，由地震影响系数曲线图确定；结构等效总重力荷载代 表值；结构总重力荷载代表值，应取各质点重力荷载代表值之和。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用质点i的水平地震作用标准值 按下式计算：主体结构顶层附加水平地震作用标准值 按下式计算：式中 质点i 的水平地震作用标准值； 、 集中于

19、质点i、j 的重力荷载代表值，应取永久荷载标准值和可变荷载组合值之和，可变荷载的组合值系数应按下列规定采用，雪荷载取0.5，楼面活荷载按实际情况计算时取1.0，按等效均布活荷载计算时，藏书库、档案库、库房取0.8，一般民用建筑取0.5；、 质点i、j 的计算高度；式中 主体结构顶层附加水平地震作用标准值；顶部附加地震作用系数，按附表8.7采用。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用附表8.7顶部附加地震作用系数采用底部剪力法计算高层建筑结构水平地震作用时，突出屋面房屋（楼梯间、电梯间、水箱间等） 宜作为一个质点参加计算，计算求得的水平地震作用标准值应增大，增大系数

20、 可按附表8.8采用。增大后的地震作用仅用于突出屋面房屋自身以及与其直接相连的主体结构构件的设计。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用附表8.8突出屋面房屋地震作用增大系数2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地震作用5.水平地震作用的计算振型分解反应谱法计算水平地震作用 采用振型分解反应谱法计算水平地震作用时，通常可以按振型分解的方法得到多个振型。通常，n层结构可看成n个自由度，有n个振型，如图所示，为简化计算，通常只考虑前m个振型参与组合，m被称为参与组合结构计算振型数。2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用

21、高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地震作用5.水平地震作用的计算振型分解反应谱法计算水平地震作用a)不考虑扭转耦联振动影响 第j 振型i 质点的水平地震荷载标准值按下式计算： 振型组合的水平地震作用效应（内力和位移）：2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地震作用5.水平地震作用的计算振型分解反应谱法计算水平地震作用b)考虑扭转耦联振动影响 第j 振型i 质点的水平地震荷载标准值按下式计算： 当仅考虑x 方向地震作用时 当考虑与x 方向夹角为 的地震作用时2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地

22、震作用5.水平地震作用的计算振型分解反应谱法计算水平地震作用c)当房屋高度较高、地震烈度较高或房屋沿高度方向刚度和质量特别不均匀时， 要采用弹性时程分析方法进行多遇地震下的补充分析计算。6.竖向地震作用的计算 高层建筑9度抗震设计时应计算竖向地震作用，对于8度、9度抗震设计的大跨度、长悬臂结构也应计算竖向地震作用。竖向地震作用的计算简图如右图所示。结构竖向地震作用计算简图2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用三、地震作用三、地震作用6.竖向地震作用的计算 结构总竖向地震作用标准值可按下式计算： 结构质点i 的竖向地震作用标准值 按下式计算： 在求出竖向地震作用后，

23、 可按下式计算第i 层竖向总轴力 ：2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用7.结构基本自振周期的近似计算高层框架结构、框架剪力墙结构和剪力墙结构 对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构、框架剪力墙结构和剪力墙结构，其基本自振周期可按照下式计算： 式中 结构基本自振周期，； 假想的结构顶点水平位移单位为，假想 把集中在各楼层处的重力荷载代表值 作为该 楼层水平荷载，计算得出的顶点弹性水平位移；考虑非承重墙刚度对结构自振周期影响的折减系数，框架结构可取0.60.7；框架剪力墙结构可取0.70.8； 剪力墙结构可取0.81.0，框架核心筒结构可取0.80.9。2.1

24、 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用以剪切变形为主的高层框架结构 以能量法为基础的基本自振周期为：g 重力加速度；n 楼层总数。式中 结构基本自振周期，；考虑非承重墙刚度对结构自振周期影响的折减系数， 取值同上；第i 层的重力荷载代表值；假想把集中在各楼层处的重力荷载代表值 作为该楼层水平荷载， 计算得出的楼层的假想侧移；2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用框架剪力墙结构 在采用微分方程建立自由振动方程解无限自由度体系连续结构的基础上，求出结构动力特性，查附图8.1可以由下式计算第1、2、3振型的自振周期：H 结构总高度。式中 结构自振

25、周期，；由附图8.1查出的系数；2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用附图8.1框架剪力墙结构自振周期系数图中HH 房屋总高度，；EI 框架剪力墙结 构中所有剪力墙的总 抗弯刚度。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；2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用经验公式 式中n 建筑层数。 对于钢筋混凝土框架结构、框架剪力墙结构： 对于钢筋混凝土剪力墙结构：式中H 房屋总高度，； B 房屋宽度，。一般情况下，高层钢筋混凝土结构的基本自振周期 为：2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用

26、四、温度和其他作用四、温度和其他作用1.减少温差影响的综合技术措施主要有：采取合理的平面和立面设计， 避免截面的突变。合理选择结构形式， 降低结构约束程度， 从而减小约束应力。合理布置分布钢筋， 重视构造钢筋的作用， 加强构造配筋。在顶层、屋顶、山墙及纵墙两端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率。优选有利于抗拉性能的混凝土级配， 减少坍落度， 对于超长结构采用后浇带方法施工或将结构划分为长度较短的区段施工。 2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用四、温度和其他作用四、温度和其他作用2.避免地基不均匀沉降的主要措施有：采取利用压缩性小的地基， 减少总沉降量及沉降差

27、。对于有不同高度及基础设计成整体的结构， 在施工时将它们暂时断开， 待主体结构施工完毕，已完成大部分沉降量以后再浇灌连接部分的混凝土。将裙房做在高层建筑的悬挑基础上，达到裙房与高层部分沉降一致。综合采用上述方法处理。 2.1 2.1 高层建筑结构上的荷载与作用高层建筑结构上的荷载与作用四、温度和其他作用四、温度和其他作用3.防震缝设置应满足如下要求：防震缝宽度必须符合JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程的规定。防震缝两侧结构体系不同时， 其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， 其宽度应按较低的房屋高度确定。防震缝宜沿房屋全高设置； 地下室、基础可不设防震缝， 但在

28、与上部防震缝对应处应加强构造和连接。当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。2.2 2.2 高层建筑结构的受力特点和工作特点高层建筑结构的受力特点和工作特点一、结构设计时，一、结构设计时， 应考虑高层建筑结构的整体工作性能应考虑高层建筑结构的整体工作性能 高层建筑结构由两部分组成，一部分为由框架、剪力墙和筒体等组成的竖向抗侧力结构，另一部分为将这些竖向抗侧力结构连接成整体的楼板。在低层建筑结构设计中，通常将整个结构划分为若干平面抗侧力结构，按受荷面积分配，逐片对平面结构独立进行分析。在高层建筑结构设计中，在外荷载作用下楼层的总水平力不是简单地按荷载面积分

29、配到各框架、各剪力墙的。由于各抗侧力结构的刚度、形式不相同，变形特征也不一样， 如果按荷载面积、间距分配，会使刚度大、起主要作用的结构分配的水平力过小，偏于不安全， 因此应考虑高层建筑结构的整体工作性能。2.2 2.2 高层建筑结构的受力特点和工作特点高层建筑结构的受力特点和工作特点2水平作用对高层建筑结构的影响占主导地位水平作用对高层建筑结构的影响占主导地位 高层建筑结构设计的另一个特点是水平作用对高层建筑结构的影响占有主导地位， 并且轴向变形和剪切变形的影响不可忽视。在低层结构设计中，通常只考虑由弯曲变形产生的侧移，而轴力和剪力产生的结构变形一般可以忽略，但是在高层建筑结构设计中， 由于其

30、层数多、高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层结构的内力值与分布产生显著的改变。在高层结构设计中，不考虑墙、柱轴向变形会使计算结果产生显著的偏差。具体到构件：梁的变形要考虑弯曲、剪切、扭转变形，必要时考虑轴向变形；柱、墙的变形要考虑弯曲、剪切、轴向、扭转变形。2.2 2.2 高层建筑结构的受力特点和工作特点高层建筑结构的受力特点和工作特点3高层建筑结构具有刚度大、延性差、易损的特点高层建筑结构具有刚度大、延性差、易损的特点 高层建筑结构的刚度很大，为了保证它有良好的延性，在进行抗震设计时，采取一些基本措施来实现，如在框架结构设计中，有强柱弱梁、强剪弱弯、强节点、强

31、锚固等措施。4在进行结构设计时，在进行结构设计时， 应考虑结构的薄弱层应考虑结构的薄弱层 设计时在有些情况下需要进行结构薄弱层的验算。具体内容将在第 章详细介绍。一、高层建筑结构布置的总原则一、高层建筑结构布置的总原则 高层建筑在初步设计阶段选择结构体系时，应在综合考虑使用要求、建筑美观、结构合理及便于施工等各种因素后确定。2控制房屋适用高度和结构高宽比控制房屋适用高度和结构高宽比HB 我国JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程对各种结构的钢筋混凝土高层建筑结构的高宽比做了规定， 如下表所示。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置三、结构平面布置

32、三、结构平面布置1.对于 级高度钢筋混凝土高层建筑，平面布置宜简单、规则、对称， 减少偏心；不宜采用角部重叠的平面图形和细腰形平面图形；平面长度不宜过长，突出部分l不宜过大；L、l 等值宜满足下表的要求。 对于 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， 平面布置应简单、规则、减少偏心。L、l 的限制2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置三、结构平面布置三、结构平面布置建筑平面2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置三、结构平面布置三、结构平面布置2.结构平面布置应减少扭转的影响。3.当楼板平面比

33、较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。4.艹字形、井字形等外伸长度较大的建筑，当中央部分楼、电梯间使楼板有较大削弱时，应加强楼板以及连接部位墙体的构造措施，必要时还可在外伸段凹槽处设置连接梁或连接板。5.楼板开大洞削弱后，宜采取以下构造措施予以加强：加厚洞口附近楼板， 提高楼板的配筋率； 采用双层双向配筋， 或加配斜向钢筋。洞口边缘设置连梁、暗梁。在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置三、结构平面布置三、结构平面布置6.抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构

34、不规则，不设防震缝。当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时，宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。7.设置防震缝时，防震缝最小宽度应符合下列要求： 框架结构房屋高度不超过15m的部分，不应小于100mm； 超过15m的部分 ，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5、4、3 和2，宜加宽20mm；框架剪力墙结构房屋不应小于框架结构规定数值的70，剪力墙结构不小于框架结构规定数值的50，且二者均不宜小于100mm。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置三、结构平面布置三、结构平面布置8.高层建筑结构伸缩缝的最大间距

35、宜符合下表的规定。当采用下列构造措施和施工措施减少温度和混凝土收缩对结构的影响时， 可适当放宽伸缩缝的间距：顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率。顶层加强保温、隔热措施， 外墙设置外保温层。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置三、结构平面布置三、结构平面布置当采用下列构造措施和施工措施减少温度和混凝土收缩对结构的影响时， 可适当放宽伸缩缝的间距：每3040 间距留出施工后浇带， 带宽8001000， 钢筋采用搭接接头， 后浇带混凝土宜在两个月后浇灌。顶部楼层改用刚度较小的结构形式或顶部设局部温度缝， 将结构划分为长度较短的区

36、段。采用收缩小的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加入适宜的外加剂。提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置四、结构竖向布置四、结构竖向布置高层建筑的竖向体型宜规则、均匀， 避免有过大的外挑和内收； 结构的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。当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H 与房屋高度H 之比大于0.2 时， 尺寸宜满足下列要求：2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置结构竖向收进和外挑示意图五、高层建筑结构体系五、高层建筑结构体

37、系1.框架结构体系 框架结构的特点是梁、柱承受荷载，墙为非承重构件，只起分隔作用，因此框架结构平面布置灵活，可以根据需要分隔成小房间或者改成大房间。一般用于会议室、餐厅、车间、教室及住宅等。在高层建筑结构设计时，框架结构的设计应满足下列要求：应设计成双向梁柱抗侧力体系。不宜采用单跨框架形式。主体结构除个别部位外，不应采用铰接。框架梁柱中心线宜重合。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置填充墙及隔墙宜选用轻质墙体。进行抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重，部分框架承重的混合形式。对于楼、电梯间及局部突出屋顶部分，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。2.剪

38、力墙结构体系 在剪力墙结构体系中，剪力墙或沿横向、纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，同时墙体也作为维护及房间分隔构件。剪力墙结构刚度大、空间整体性好，用钢量较省，抗震性能也很好，因此适宜于建造高层建筑。剪力墙结构缺点是墙体多，平面布置不灵活，结构自重大，不容易布置面积较大的房间。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置一般建造住宅、旅馆客房等宜采用剪力墙结构， 而不宜建造有较大空间的公共建筑。在高层建筑剪力墙结构设计时， 剪力墙的布置应满足下列要求：剪力墙宜沿主轴或其他方向双向布置。抗震设计的剪力墙结构， 应避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简

39、单、规则； 剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。剪力墙宜自上到下连续布置， 避免刚度突变。剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置， 形成明确的墙肢和连梁。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置3.框支剪力墙结构体系 框支剪力墙结构体系由于在框架和剪力墙交界处形成刚度突变，在地震作用下框架部分会产生很大的内力和变形，因此在地震区不允许采用完全的框支剪力墙结构。一般适用于底层需要布置大面积公用房间（入门厅、餐厅、会议室等） 而上层为住宅的建筑结构。在实际工程应用中，需要采取一些措施加强框支剪力墙结构体系的抗震性能，如将落地剪力墙尽量布置在两端或中间，使纵、横两个方

40、向的墙体成筒状； 加大底层刚度，加强交界处的整体性和刚性以减少结构上、下刚度的差别等。在一般的抗震设计中，框支剪力墙结构最大高度不宜超过120，在 度抗震设防时不应采用此类结构。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置4.框架剪力墙结构体系 框架剪力墙结构结合了框架和剪力墙的优点，既具有框架结构布置灵活、具有大空间、使用方便的特点，又有较大的抗侧刚度和较强的承载能力和抗震性能。广泛地应用于高层建筑，如办公楼、写字楼、公共建筑等。在这种结构体系中，框架和剪力墙共同受力，剪力墙承担绝大部分水平荷载，而框架则以承担竖向荷载为主。 在一般的抗震设计中，框架剪力墙

41、结构最大高度不宜超过130，在 度抗震设防时不宜超过50。在抗震设计时，框架剪力墙结构两主轴方向均应布置剪力墙；结构应设计成双向抗侧力体系；主体结构构件之间除个别节点外不应采用铰接；梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置框架剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求：剪力墙宜均匀布置在建筑物的周围附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大。平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。纵横剪力墙宜组成形、形和形等形式。剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐。

42、楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置。抗震设计时， 剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置对长矩形平面或平面有一部分较长的建筑中，横向剪力墙沿长方向的间距宜满足附表8.9的要求；纵向剪力墙不宜集中在房屋的两尽端。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置附表8.9剪力墙间距五、高层建筑结构体系五、高层建筑结构体系5.框筒结构体系 框筒结构体系具有很好的整体性和抗侧力性能。然而这类结构的翼缘框架中各柱轴力分布往往不均匀， 呈现剪力滞后现象， 即角柱轴力大中柱轴

43、力小。因此在设计时应调整梁柱刚度、平面形状、建筑高宽比等， 尽量减少剪力滞后， 增加结构的空间整体受力性能。6.筒中筒结构体系 由于外柱很密， 梁刚度很大， 门窗洞口面积小（一般不大于墙面面积的50）， 因而筒中筒结构的工作不同于普通平面框架， 具有很好的空间整体作用和很强的抗风和抗震性能。筒中筒结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆形或矩形。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置五、高层建筑结构体系五、高层建筑结构体系7.多筒体及成束筒结构体系 多筒体及成束筒结构体系的抗侧刚度比筒中筒结构大，其空间整体性能更高，适宜于建造更高的高层建筑。在此类结构

44、体系中，仍然要合理选择筒的形状及布置筒的组成方式减少剪力滞后现象。8.悬挂结构体系 悬挂结构的建筑布局灵活，易于创造大空间，可以减少占地面积，充分发挥材料的强度，具有施工简便、自重轻、柔度大、抗震性能好的优点。由于在一定条件下，悬挂结构的自重不参与振动， 减轻了参振质量， 因此具有良好的减振效果。2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置2.3 2.3 高层建筑结构的结构体系和结构布置高层建筑结构的结构体系和结构布置五、高层建筑结构体系五、高层建筑结构体系9.巨型框架结构体系 由于巨型框架体系巨型框架的梁柱断面很大，其整体刚度和抗侧刚度很大，空间整体性能很

45、好，稳定性强。而二级结构只是传力结构，梁、柱截面可以做成普通尺寸，增加了建筑布置的灵活性和有效使用面积。除此之外，巨型框架体系还具有施工快、节省材料、降低造价等优点。2.4 2.4 高层建筑结构的概念设计高层建筑结构的概念设计一、高层建筑结构的概念设计一、高层建筑结构的概念设计 高层建筑结构的概念设计是指工程结构设计人员运用所掌握的理论知识和工程经验， 在方案阶段及初步设计阶段。从宏观上、总体上和原则上去决策和确定高层建筑结构设计中的一些最基本、最本质也是最关键的问题。 主要涉及结构方案的选定和布置、荷载和作用传递路径的设置、关键部位和薄弱环节的判定和加强、结构整体稳定性保证和耗能作用的发挥。

46、承载力和结构刚度在平面内和沿高度的均匀分配，结构分析理论的基本假定（如楼板平面内刚度无限大时的工程实现， 主体结构与连接结构的可靠连接， 在地震作用下整体结构能够发挥耗散能量作用， 不会因极少数薄弱部位提早破坏而倒塌） 等。2.4 2.4 高层建筑结构的概念设计高层建筑结构的概念设计2高层建筑结构的概念设计的要点高层建筑结构的概念设计的要点 结构简单、规则、均匀；刚柔适度、延性好；加强连接，整体稳定性强；轻质高强、多道设防。1.结构简单、规则、均匀 结构简单包含有三层意思，即第一，结构的类别划分、计算模型清楚；第二，各结构构件力学功能分工， 在荷载和作用下传力路径直接、明确；第三，其受力、薄弱

47、环节及抗震性能估计把握容易，精细分析程序可靠。结构规则、均匀要求含平面和立面两部分， 包括刚度、承载力和传力途径三个方面。建筑平面布置须考虑有利于抵抗水平荷载和竖向荷载， 做到受力明确， 传力集中， 尽可能减少扭转影响。2.4 2.4 高层建筑结构的概念设计高层建筑结构的概念设计特别注意避免角部重叠和细腰形平面（如图），处理方法有二：或设置防震缝将其划分为规则结构，或凹角部采取抗扭措施。不利的叠角平面和细腰平面建筑的立面形式以连续、简洁为宜， 并尽可能降低房屋的重心。对建筑方案出现平立面不规则的情况， 应该运用概念设计的原则通过调整结构布置和加强构造措施等设计手段使结构趋于合理。对于平面特别复

48、杂和刚度相差悬殊的结构应尽量在适当部位设置防震缝将其分割成几个相对规则的独立单元。2.4 2.4 高层建筑结构的概念设计高层建筑结构的概念设计2.刚柔适度、延性好 对高层建筑结构来说， 通常是地震或风等水平作用控制着结构构件截面尺寸和配筋大小，因此， 高层建筑结构的结构性能主要指其抗震抗风能力， 这里有承载力足够、刚柔适度和延性好三个方面的含义。高层建筑结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度、结构承载力和结构延性。结构刚柔适度指结构刚度选择既要考虑场地特征、错开结构自振周期和地震动卓越周期， 减少地震作用效应； 又要考虑p效应，控制结构变形；同时更要注重结构刚度的合理配置，以保证高层建筑结构有

49、足够的抗扭转振动的能力。结构的延性是指保证结构承载力条件下的结构变形性能， 反应了结构吸收地震能量后的变形能力。2.4 2.4 高层建筑结构的概念设计高层建筑结构的概念设计3.加强连接， 整体稳定性强 结构的整体性是保证结构各体系及构件间共同工作的必要前提，结构空间整体刚度的大小直接决定了结构抗震能力的强弱。高层建筑结构的整体稳定性，主要取决于楼盖、结构节点、结构与基础连接的可靠性等。楼板是保证高层建筑结构整体性最重要的结构构件，作用是提供足够的平面内刚度和抗力，协同各抗侧力子结构共同工作并与各竖向子结构有效连接。梁柱节点是保证框架有效地抗御地震作用的关键部件，应按照“强柱弱梁”、“强剪弱弯”

50、、“强节点弱构件” 的原则进行设计。基础不仅要有足够的整体性，而且与上部结构也要有可靠的连接，同时还必须有足够的埋置深度减少建筑物的整体倾斜，防止滑移。2.4 2.4 高层建筑结构的概念设计高层建筑结构的概念设计4.轻质高强、多道设防高层建筑结构减轻自重非常重要。不仅从地基承载力来考虑有突出的经济效益，而且也是因为地震效应与建筑质量成正比，结构自重大，地震剪力大，地震作用重心高，倾覆力矩也大，竖向构件中的附加轴力、p 效应造成的附加弯矩更大，因此高层建筑结构宜采用高强材料，非结构构件和维护墙体等应采用轻质材料。高层建筑结构应尽可能设置多道防线。通过合理处理结构刚度、承载力分布和构件的强弱关系，