第1章 高層建筑結(jié)構(gòu)體系與布置

11、學(xué)習(xí)本門課程的重要性〔1〕一門主要專業(yè)課之一；〔2〕與先修課程密切聯(lián)系；〔3〕與畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)后從事專業(yè)工作密切相關(guān)；〔4〕培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新精神。2、學(xué)習(xí)本門課程中可能出現(xiàn)的幾個矛盾？〔1〕課時少與課程內(nèi)容較多〔抓住內(nèi)容主線、重點突出〕〔2〕推導(dǎo)多、公式多〔掌握思路、理解推導(dǎo)原理〕2目錄高層建筑結(jié)構(gòu)體系與布置1荷載作用和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求2框架結(jié)構(gòu)設(shè)計3剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計4框架——剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計531.1高層建筑的開展與特點

1、高層建筑的開展簡介高層建筑的開展大致可以分成古代高層建筑和現(xiàn)代高層建筑兩局部。在古代，高層建筑主要是寺廟或紀(jì)念性建筑，結(jié)構(gòu)形式大都是木結(jié)構(gòu)或磚石結(jié)構(gòu)。如磚塔，許多磚塔經(jīng)受了上千年的風(fēng)吹雨打和地震的搖撼而屹立至今，足見其設(shè)計和施工的高超技術(shù)。河北定縣開元寺塔但是，真正意義上的高層建筑，卻是自從1885年美國芝加哥市建成10層高的家庭生命保險大廈開始的。此后10年中，在芝加格和紐約相繼建成了30幢類似的高層建筑，尤其是1895年奧提斯〔Otis〕平安電梯的投入應(yīng)用，對高層建筑的開展起到了巨大的推動作用。20世紀(jì)30年代，是現(xiàn)代高層建筑開展的第一個高潮。456781929－1933年美國經(jīng)濟發(fā)生嚴(yán)重經(jīng)濟危機，1939年第二次世界大戰(zhàn)全面爆發(fā)，使得高層建筑的開展幾乎處于停頓狀態(tài)。二戰(zhàn)后，隨著鋼材焊接技術(shù)的成熟和開展，尤其是60年代美國人坎恩〔FazlerKhan〕提出的框筒體系，為建造超高層建筑提供了理想的結(jié)構(gòu)形式。從框筒體系中衍生出來的筒中筒、成束筒等結(jié)構(gòu)體系，將高層建筑的開展推向了第二個高潮。在美國出現(xiàn)了一批100層以上的超高層建筑。如1969年芝加哥建成了100層、高344m的漢考克大廈；1972年紐約建成了110層、高417m的世界貿(mào)易中心；1974年芝加哥又建成了110層、高443m的西爾斯大廈。其中，西爾斯大廈作為新的世界最高建筑，享譽22年之久。日本是一個地震多發(fā)生國家，從抗震防災(zāi)角度出發(fā)，政府曾規(guī)定房屋高度不得超過31m。自從1965年取消此項規(guī)定后，高層建筑在日本也得到了充分的開展。9位于芝加哥，是美國第三高度，1969年建成，100層，343.51米，幾何形狀為上小下大的截錐體。結(jié)構(gòu)型式為鋼斜撐周邊桁筒體系，在每個建筑立面形成巨大的X形斜向支撐。是世界最早的巨型鋼桁架結(jié)構(gòu)。漢考克大廈10世界貿(mào)易中心雙塔樓豎立在曼哈頓岸邊地帶，與自由女神像在海灣的另一邊遙遙相對，給紐約市提供了一個令人印象深刻的入口門道；大樓于1966年開工，歷時7年，1973年竣工〔北塔在1972年，而南塔在1973年完工〕。1995年對外開放，有“世界之窗〞之稱。整個工程耗資7億美元。整個中心占地16公頃，共有7座建筑物，出租給代表25個國家的350家公司，每天有40,000人在里面工作。11阿聯(lián)酋BurjAl-Arab酒店，又稱又稱阿拉伯塔

—世界上唯一的建筑高度最高的七星級酒店，共有56層，321米高，由英國設(shè)計師設(shè)計。

12我國的高層建筑的真正開展是在新中國成立以后。在50～60年代，受當(dāng)時經(jīng)濟條件的限制，高層建筑規(guī)模小，開展速度也慢。1959年建成的北京民族飯店(12層，高47.4m〕1964年建成了北京民航大樓(15層，高60.8m〕1966年建成了廣州人民大廈(18層，高63m〕民族飯店

1370年代以后，高層建筑在我國的開展速度逐漸加快。1974年建成的北京飯店東樓〔20層，高87.15m，是當(dāng)時北京最高的建筑〕141976年建成的廣州白云賓館(33層、高114.05m)36004000800080006600030003600030006600080008000400036007000078507850230015尤其是改革開放以后，國民經(jīng)濟的開展為高層建筑的開展創(chuàng)造了充分的經(jīng)濟根底，科學(xué)技術(shù)的開展又提供了技術(shù)條件，高層建筑，甚至是超高層建筑在全國各地像雨后春筍般地矗立了起來。1985年，深圳建成了63層、高158.65m的國際貿(mào)易中心大廈1987年年，63層、高200m的廣州國際大廈和57層、高208m的北京京廣中心大廈又相繼開工。1998年，88層、高420.5m的上海金茂大廈的建成，標(biāo)志著我國高層建筑的建設(shè)水平已經(jīng)到達了世界先進水平。16香港國際金融大廈，樓高415.8米，擁有90層樓17廣州的市民廣場大廈，樓高321.9米，擁有80層樓深圳地王大廈高325米1819上海明天廣場：60層，238m，最高的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，98年建成。20上海中心大廈2021年11月29日開工建設(shè)，主體建筑結(jié)構(gòu)高度為580米，總高度632米，是目前中國國內(nèi)規(guī)劃中的第二高樓。“上海中心〞總投入將達148億元，預(yù)計在2021年時地下局部封頂，2021年結(jié)構(gòu)封頂且局部投入運營，2021年竣工交付使用。2122深圳平安國際金融大廈

總高度646米，主體高度588米。將于2021年竣工完成。23武漢綠地國際金融城2021年12月8日正式開工興建，其核心部位將建一棟606米的超高層綜合體建筑，方案打造為集超五星級酒店、國際甲級辦公、高檔商業(yè)、頂級公寓等為一體的超高層城市綜合體。武漢綠地國際金融城工程位于長江大橋和長江二橋之間的武昌濱江商務(wù)區(qū)，與漢口百年外灘隔江相望，是武漢市新一輪城市開展的重點區(qū)域。工程建筑面積約300萬平方米，總投資超過300億元人民幣。

24世界最高十大建筑排名建筑物名稱所在城市建成年份層數(shù)高度（m）1迪拜哈利法塔迪拜20101608282臺北101大樓臺北20031015083上海環(huán)球金融中心上海1998884924環(huán)球貿(mào)易廣場香港20111184905國家石油公司雙塔大樓

吉隆坡1996884526紫峰大廈南京2010894507西爾斯大廈芝加哥19741104438京基100深圳2011100441.89廣州國際金融中心廣州2009103437.510上海金茂大廈上海19988842125左起臺北101大樓、芝加哥席爾斯大樓、吉隆坡雙子星大樓、上海金茂大廈、香港國際金融中心、紐約帝國大廈26設(shè)有住宅、辦公室和豪華酒店，能容納1.2萬人。人們可到122樓的餐廳，邊欣賞海拔440米的壯麗景色，邊享受世界各地中西美食。123層的高層大堂設(shè)有健身室和室內(nèi)泳池，沒有恐高癥的人還可以挑戰(zhàn)露天泳池。27哈利法塔和其他世界高層建筑比照28國際金融中心大廈，中國臺北。臺北101大樓高508米〔含天線〕，有世界最大且最重的“風(fēng)阻尼器〞，還有兩臺世界最高速的電梯，從一樓到89樓，只要39秒的時間29臺北101大廈30臺北101金融大樓高508米，超過美國芝加哥的西爾斯大樓，馬來西亞雙塔等大樓，成為新的全球第一高樓。

采用方鋼管混凝土柱，混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)。大樓歷時5年多，耗資600億幣?？偯娣e7萬多平方米，共容納了160多家商店。(包括地下5層、其中B2到B5為地下停車場、地上101層，其中有78層是辦公大樓，裙樓局部那么是購物中心。31上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心工程是一幢以辦公為主，集商貿(mào)、賓館、觀光、展覽及其他公共設(shè)施于一體的大型超高層建筑，位于浦東陸家嘴，與金茂大廈相距僅40米。工程總建筑面積377300平方米，塔樓地上101層，地面以上高度為492米。環(huán)球金融中心在100層、距地面472米處設(shè)計了長度約為55米的觀光天閣，此外，在94層還設(shè)計了面積為700平方米、室內(nèi)凈高8米的觀光大廳。上海環(huán)球金融中心頂部即94層至100層之間有一個倒梯形的通風(fēng)口，以減小風(fēng)的吹襲。

32上海環(huán)球金融中心RC核心筒+外伸桁架和巨型〔型鋼〕柱(三重結(jié)構(gòu)體系)，101層，高492m，7度抗震設(shè)防核芯筒底部剪力墻33香港環(huán)球貿(mào)易廣場34環(huán)球貿(mào)易廣場〔InternationalCommerceCentre，簡稱ICC〕位于香港西九龍。第一期〔低層樓面〕已于2021年9月落成，其余樓面于2021年落成。而環(huán)球貿(mào)易廣場在2021年末已有各大小商戶進駐營業(yè)。大樓頂層設(shè)有一間六星級酒店，提供312間房間。大樓在100樓設(shè)有公眾觀景層，讓游客可在高處欣賞維多利亞港景色。35國家石油雙子星座大廈，451.9米，位于馬來西亞吉隆坡。由兩個并排的圓形建筑，各自采用23m見方的混凝土墻體內(nèi)芯和底部直徑為46.2的16個混凝土圓柱周邊框架組成。地上88層，高390m，連同桅桿總高450m，從底層至84層采用的都是混凝土結(jié)構(gòu)。整個建筑高寬比為8.64，屬于細長型建筑。

36紫峰大廈37紫峰大廈也叫綠地廣場，建筑用地面積為18721平方米。A1地塊總建筑面積約26萬平方米，基地內(nèi)設(shè)一高一低2棟塔樓〔主樓和副樓〕，用商業(yè)裙房將2棟塔樓聯(lián)成一個整體建筑群；主樓地上89層，總高度450米，屋頂高度389米，主要功能設(shè)有六星級酒店〔約65000平方米〕、甲級辦公樓〔約55000平方米，副樓地上24層，地上建筑有效高度99.7米，主要功能甲級辦公樓〔約21000平方米〕；裙房地上6層局部7層，地上有效高度37米局部44米，主要功能為商場〔約45000平方米〕與酒店附屬用房。地下4層，主要功能為商場、停車庫及設(shè)備機房〔約61000平方米〕。38西爾斯大樓，443米，位于美國芝加哥。西爾斯大廈由9座塔樓組成。它們的鋼結(jié)構(gòu)框架焊接在一起，這樣也助于減少因其高度所造成的在風(fēng)中搖動。所有的塔樓寬度相同，但高度不一。大廈外面的黑色環(huán)帶巧妙地遮蓋了效勞性設(shè)施區(qū)。

西爾斯大廈有110層，一度是世界上最高的辦公樓。每天約的1.65萬人到這里上班。在第103層有一個供觀光者俯瞰全市用的觀望臺，它距地面412米。39京基100京基100原名京基金融中心，樓高441.8米，共100層，總投資近50億元。本工程位于羅湖區(qū)蔡屋圍金融中心區(qū)內(nèi)，涵蓋全市74%的銀行機構(gòu)、80%的保險機構(gòu)和40%的證券機構(gòu)，集中了全市60%的金融資產(chǎn)、90%的外資銀行，區(qū)域價值得天獨厚。40

廣州國際金融中心廣州國際金融中心工程于2007年1月31日開工，2021年竣工。主塔樓地上103層，地下4層，廣州國際金融中心集辦公、酒店、休閑娛樂為一體，成為展示廣州城市新形象的地標(biāo)建筑。4142RC核心筒+外框型鋼混凝土柱及鋼柱，88層，高420m，7度抗震設(shè)防上海金茂大廈辦公層平面客房平面第88層平面剖面4344耗能減震技術(shù)的應(yīng)用將得到開展高層建筑的開展趨勢45高阻尼夾層橡膠墊支座兼有隔震器與阻尼器的作用，其阻尼比可達0.25，可以在隔震系統(tǒng)中單獨使用。46高層建筑的開展趨勢智能建筑指通過將建筑物的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、效勞和管理根據(jù)用戶的需求進行最優(yōu)化組合，從而為用戶提供一個高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境。智能建筑是集現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)之大成的產(chǎn)物。其技術(shù)根底主要由現(xiàn)代建筑技術(shù)、現(xiàn)代電腦技術(shù)現(xiàn)代通訊技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)所組成。47！急需解決的問題！高層建筑在向人們展示它的美麗和優(yōu)勢的同時，也逐漸暴露出了一些急需解決的問題，如防火、防災(zāi)、熱島效應(yīng)、交通、污染等。2001年9月11日，恐怖分子劫機撞毀紐約世界貿(mào)易中心大樓，大樓徹底坍塌，造成了巨大的生命和財產(chǎn)損失，使上述問題受到社會各界的普遍關(guān)注。2021年11月15日14時，上海余姚路膠州路一棟28層高層公寓起火。起火點位于10-12層之間，大火導(dǎo)致58人遇難，另有70余人受傷。48世貿(mào)中心遭撞擊示意圖世界貿(mào)易中心南塔樓倒塌后495051高層建筑的定義？通常以建筑的高度和層數(shù)兩個指標(biāo)來判定，但世界范圍內(nèi)目前還沒有一個統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)。1、國外：〔1〕美國規(guī)定：高度為22—25m以上或7層以上建筑為高層建筑；〔2〕英國規(guī)定：高度為24.3m以上的建筑為高層建筑；〔3〕日本規(guī)定：8層以上或高度超過31m的建筑為高層建筑。2、我國：〔1〕?高層民用建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?GB50045-95和?高層民用建筑設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)?GBJ50045-2002和規(guī)定：≥10層的居住建筑〔包括首層設(shè)置商業(yè)效勞網(wǎng)點的住宅〕或≥24m的公共建筑。〔2〕?高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程?〔JGJ3-2002〕規(guī)定：≥10層或≥28m；〔本課程內(nèi)容的依據(jù)〕523〕國際上1972年國際高層建筑會議將高層建筑分為4類：第一類為9～16層〔最高50米〕第二類為17～25層〔最高75米)第三類為26～40層〔最高100米〕第四類為40層以上〔高于100米〕注：高層建筑的高度般是指從室外地面至檐口或主要屋面的距離，不包括局部突出屋面的樓電梯間、水箱間、構(gòu)架等高度。4〕超高層建筑最初來源于日本，1995年出現(xiàn)英文詞條Super-tallbuilding；沒有明確的分界線和規(guī)定，一般泛指某個國家和地區(qū)內(nèi)較高的高層建筑；通常將高度超過100m或?qū)訑?shù)在30層以上的高層建筑稱為超高層建筑。53總結(jié)：1〕多少層數(shù)或多少高度以上的建筑為高層建筑，全世界至今沒有一個統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)，不同的國家、不同的年代，其規(guī)定也不一樣。2〕高層建筑的規(guī)定與一個國家當(dāng)時的經(jīng)濟條件、建筑技術(shù)、電梯設(shè)備、消防裝置等許多因素有關(guān)。3〕超高層建筑也沒有統(tǒng)一劃分標(biāo)準(zhǔn)，一般一般泛指某個國家和地區(qū)內(nèi)較高的高層建筑。4〕實際上結(jié)構(gòu)沒有確切的劃分低層、多層和高層的界限，對于結(jié)構(gòu)設(shè)計而言影響設(shè)計的重要因素—水平荷載及其效應(yīng)是隨高度而漸變的。54高層建筑的科學(xué)界定

究竟什么樣的建筑算作高層建筑，應(yīng)該視建筑的結(jié)構(gòu)體系受力特點而定。如果建筑的結(jié)構(gòu)體系，在側(cè)向力的作用下，表現(xiàn)出了高層建筑的受力特點，那么不管其高度如何，應(yīng)該按照高層建筑來對待。552、高層建筑的特點一般而論，高層建筑具有占地面積少、建筑面積大、造型特殊、集中化程度高的特點。正是這一特點，使得高層建筑在現(xiàn)代化大都市中得到了迅速的開展。在現(xiàn)代化大都市中，過度的人口和建筑密度，城市用地日趨緊張，真可謂寸土千金，使得人們不得不向空間開展。高層建筑占地面積少，可以大量的節(jié)省土地的投資，而且有較好的日照、采光和通風(fēng)效果。但是，隨著建筑高度的增加，建筑的防火、防災(zāi)、熱島效應(yīng)等已成為人們急待解決的難題。從結(jié)構(gòu)受力角度來看，隨著高層建筑高度的增加，水平荷載〔風(fēng)載及地震作用〕對結(jié)構(gòu)起的作用將越來越大。結(jié)構(gòu)的內(nèi)力將明顯加大，側(cè)向位移增加更快。56問題：與多層建筑相比有哪些的設(shè)計特點？1、水平荷載成為設(shè)計的決定性因素1〕豎向荷載產(chǎn)生軸向壓力與結(jié)構(gòu)高度的一次方成正比；2〕水平荷載產(chǎn)生的傾覆力矩以及軸力與高度的二次方成正比。高層建筑結(jié)構(gòu)的特點572、側(cè)移成為設(shè)計的控制指標(biāo)1〕結(jié)構(gòu)頂點的側(cè)移ut與結(jié)構(gòu)高度H的四次方成正比；2〕結(jié)構(gòu)的側(cè)移與結(jié)構(gòu)的使用功能和平安有著密切的關(guān)系；過大側(cè)移會使人產(chǎn)生不平安感；使填充墻和主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或損壞，影響正常使用；因P-△〔重力二階效應(yīng)〕效應(yīng)而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加內(nèi)力，甚至破壞。3〕必須選擇可靠的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，使結(jié)構(gòu)不僅具有較大的承載力，而且還應(yīng)具有較大的側(cè)向剛度。583、軸向變形的影響在設(shè)計中不容無視1〕豎向荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)軸向變形對其內(nèi)力及變形的影響;2)對預(yù)制構(gòu)件的下料長度和樓面標(biāo)高會產(chǎn)生較大的影響；75層的某商業(yè)大廈，采用剪力墻和鋼柱混合體系，由于鋼柱負荷面積大，其底層鋼柱壓縮變形比墻多260mm。593〕水平荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)軸向變形對其內(nèi)力及側(cè)移的影響水平荷載作用下，使豎向結(jié)構(gòu)體系一側(cè)構(gòu)件產(chǎn)生軸向壓縮，另一側(cè)構(gòu)件產(chǎn)生軸向拉伸，從而產(chǎn)生整體水平側(cè)移。表中為某剪力墻的計算結(jié)果。

由表可知，結(jié)構(gòu)層數(shù)越高，軸向變形所產(chǎn)生的影響越大。604、延性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標(biāo)1〕延性表示構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，具有承載能力不降低、具有足夠塑性變形能力的一種性能。2〕延性系數(shù)μ：用來衡量延性的大小。3〕結(jié)構(gòu)的抗震性能決于其“能量吸收與耗散〞能力的大小，即決于結(jié)構(gòu)延性的大小。4〕為了保證結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，除承載力、剛度外，還需要有較好的延性。可通過加強結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計，采取恰當(dāng)?shù)目拐饦?gòu)造措施來保證。615、結(jié)構(gòu)材料用量顯著增加1〕對于高層建筑結(jié)構(gòu)，隨高度增大，材料用量增大較多。2〕特別是水平荷載對材料用量影響較大。3〕結(jié)構(gòu)方案對材料用量影響很大，水平力作用下對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要。如筒體結(jié)構(gòu)可使結(jié)構(gòu)用鋼量大幅度減小，高381m的帝國大廈，采用平面框架結(jié)構(gòu)體系，用鋼量為206kg/m2，采用筒體結(jié)構(gòu),高344m的約翰.漢考克大廈用鋼量僅為146kg/m2，高443m的西爾斯大廈用鋼量僅為161kg/m2。62小結(jié)1〕高層建筑同時承受豎向荷載和水平荷載，隨著房屋層數(shù)的增加，雖然豎向荷載對結(jié)構(gòu)設(shè)計仍有著重要的影響，但水平荷載已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素。水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力與高度的二次方成正比，側(cè)移與高度的四次方成正比。2〕對高層建筑，水平荷載和豎向荷載產(chǎn)生的軸力均很大，不容忽略。3〕為了保證高層建筑的抗震性能，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較大的延性。4〕高層建筑的材料用量隨高度增加而加大，可通過優(yōu)化設(shè)計減小材料用量。63現(xiàn)代高層建筑所采用的材料，主要是鋼材和混凝土兩種。不同國家、不同地區(qū)、不同結(jié)構(gòu)形式所采用的結(jié)構(gòu)材料不同，大致有以下幾種形式：鋼結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)鋼材強度高、韌性大、易于加工。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以在工廠加工，縮短了現(xiàn)場施工工期，施工方便。高層鋼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)斷面小、自重輕、抗震性能好等優(yōu)點。高層鋼結(jié)構(gòu)用鋼量大，造價高，而且鋼材的防火、防腐性能不好，需要大量的防火涂料和防腐處理，增加了工程工期和造價。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價低，材料來源豐富，可以澆注成各種復(fù)雜的斷面形式，節(jié)省鋼材，承載能力也不低。經(jīng)過合理的設(shè)計，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的整體性和抗震性能。尤其是在防火和耐久性能方面，更是有著鋼結(jié)構(gòu)無法比的優(yōu)勢。自重較大，抗震性能不如鋼結(jié)構(gòu)，建造高度也不如鋼結(jié)構(gòu)。將型鋼布置在構(gòu)件內(nèi)部，外部由鋼筋混凝土做成，或者是在鋼管內(nèi)部填充混凝土，做成鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)。此種形式使上述兩種結(jié)構(gòu)材料優(yōu)勢互補，結(jié)構(gòu)具有很好的抗震性能，建造高度可與鋼結(jié)構(gòu)相當(dāng)。經(jīng)濟合理、技術(shù)性能優(yōu)良的鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，是目前的開展趨勢。3、高層建筑的結(jié)構(gòu)類型64

鋼骨鋼筋混凝土構(gòu)件6566鋼結(jié)構(gòu)美國芝加哥的西爾斯大廈67香港的中環(huán)廣場大廈朝鮮平壤市的柳京飯店，101層，高度319.8m。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)68鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)馬來西亞吉隆坡國家石油大廈，也就是雙子星大樓，樓高452米，88層。691.2高層建筑的結(jié)構(gòu)體系70高層建筑的結(jié)構(gòu)體系所謂高層建筑的結(jié)構(gòu)體系，是指結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的構(gòu)件類型和組成方式。在高層建筑中，隨高度增加，抵抗水平力作用下的側(cè)向變形是主要問題。高層建筑的根本抗側(cè)力單元有框架、剪力墻、實腹筒、框筒等，由此組成的結(jié)構(gòu)體系有以下幾種。因此，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的合理選擇和布置，就成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。框架結(jié)構(gòu)體系剪力墻結(jié)構(gòu)體系框架－剪力墻及框架－筒體結(jié)構(gòu)體系筒體結(jié)構(gòu)體系71一、框架結(jié)構(gòu)體系

1、定義：房屋結(jié)構(gòu)均由梁、柱構(gòu)件通過節(jié)點連接而構(gòu)成。橫向主梁柱縱向連系梁72注：由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形或十字形截面柱構(gòu)成的異形柱框架結(jié)構(gòu)，截面各肢的肢高肢后比不大于4。732.1結(jié)構(gòu)體系742.1結(jié)構(gòu)體系75

2、分類：按施工方法不同，框架結(jié)構(gòu)可分為現(xiàn)澆式、裝配式和裝配整體式三種。在地震區(qū)，多采用梁、柱、板全現(xiàn)澆或梁柱現(xiàn)澆、板預(yù)制的方案；在非地震區(qū)，有時可采用梁、柱、板均預(yù)制的方案。

763、受力變形特點框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移一般由兩局部組成：1〕水平力引起的樓層剪力，使梁、柱構(gòu)件產(chǎn)生彎曲變形，形成框架結(jié)構(gòu)的整體剪切變形Us；2〕由水平力引起的傾覆力矩，使框架柱產(chǎn)生軸向變形〔一側(cè)柱拉伸，另一側(cè)柱壓縮〕形成框架結(jié)構(gòu)的整體彎曲變形Ub；3〕當(dāng)框架結(jié)構(gòu)房屋的層數(shù)不多時，其側(cè)移主要表現(xiàn)為整體剪切變形，整體彎曲變形的影響很小。注：框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，側(cè)移主要表現(xiàn)為整體剪切變形。774、優(yōu)缺點：1〕優(yōu)點：建筑平面布置靈活，能獲得大空間〔特別適用于商場、餐廳等〕也可按需要隔成小房間；建筑立面容易處理；結(jié)構(gòu)自重較輕；計算理論比較成熟；在一定高度范圍內(nèi)造價較低。2〕缺點：側(cè)向剛度較小，水平荷載作用下側(cè)移較大，有時會影響正常使用；如果框架結(jié)構(gòu)房屋的高寬比較大，那么水平荷載作用下的側(cè)移也較大，而且引起的傾覆作用也較大。因此，設(shè)計時應(yīng)控制房屋的高度和高寬比。〔以15~20層以下為宜〕78二、剪力墻結(jié)構(gòu)體系

1、定義：房屋豎向承重結(jié)構(gòu)全部由剪力墻組成。

剪力墻結(jié)構(gòu)平面圖79802、受力變形特點：在豎向荷載作用下，剪力墻是受壓的薄壁柱；在水平荷載作用下，剪力墻那么是下端固定、上端自由的懸臂柱。注：1〕剪力墻結(jié)構(gòu)屬于剛性結(jié)構(gòu)，對于高寬比較大的剪力墻，側(cè)向變形呈彎曲型。2〕剪力墻結(jié)構(gòu)水平承載力和側(cè)向剛度均很大，側(cè)向變形較小。

3、優(yōu)缺點：1〕優(yōu)點：剪力墻結(jié)構(gòu)水平承載力和側(cè)向剛度均很大，側(cè)向變形較??；房間墻面及天花板平整，層高較小，特別適用于住宅、賓館等建筑?！步Y(jié)構(gòu)高度：幾十米~100多米〕2〕缺點：結(jié)構(gòu)自重較大；建筑平面布置局限性大，較難獲得大的建筑空間〔一般剪力墻間距3~8m〕。814、框支剪力墻結(jié)構(gòu)：1〕框支剪力墻結(jié)構(gòu)將剪力墻結(jié)構(gòu)房屋的底層或底部幾層做成框架，這種結(jié)構(gòu)亦稱為帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)。2〕破壞特點：帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)在其轉(zhuǎn)換層上、下層間側(cè)向剛度發(fā)生突變，形成柔性底層或底部，在地震作用下易遭破壞甚至倒塌。3〕布置原那么：在底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)中，一般應(yīng)把落地剪力墻布置在兩端或中部，并將縱、橫向墻圍成筒體；另外，還應(yīng)采取增大墻體厚度、提高混凝土強度等措施加大落地墻體的側(cè)向剛度，使上、下部側(cè)向剛度差異盡量小?！采喜靠刹捎枚讨袅Α?25、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)體系一般是在電梯、樓梯部位布置剪力墻形成筒體，其他部位那么根據(jù)需要，在縱橫墻交接處設(shè)置截面高度為２ｍ左右的Ｔ、十、Ｌ形截面短肢剪力墻，墻肢之間在樓面處用梁連接，并用輕質(zhì)材料填充，形成使用功能及受力均較合理的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系?！苍谛「邔又袘?yīng)用很廣〕?高規(guī)?規(guī)定短肢剪力墻是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻。〔2〕高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；83三、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系

1、定義：為了充分發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活和剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大的特點，當(dāng)建筑物需要有較大空間，且高度超過了框架結(jié)構(gòu)的合理高度時，可采用框架和剪力墻共同工作的結(jié)構(gòu)體系。

剪力墻剪力墻框架梁框架梁框架梁剪力墻剪力墻842、受力變形特點：框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系以框架為主，并布置一定數(shù)量的剪力墻，通過水平剛度很大的樓蓋將二者聯(lián)系在一起共同抵抗水平荷載。其中剪力墻承擔(dān)大局部水平荷載，框架只承擔(dān)較小的一局部。注：在水平荷載作用下，框架的側(cè)向變形屬剪切型，層間側(cè)移自上而下逐層增大；剪力墻的側(cè)向變形一般是彎曲型，其層間側(cè)移自上而下逐層減小。當(dāng)框架與剪力墻通過樓蓋形成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時，各層樓蓋因其巨大的水平剛度使框架與剪力墻的變形協(xié)調(diào)一致，其側(cè)向變形介于剪切型與彎曲型之間，一般屬于彎剪型。853、優(yōu)點：兼有框架和剪力墻的優(yōu)點，比框架結(jié)構(gòu)的水平承載力和側(cè)向剛度都有很大提高，比剪力墻結(jié)構(gòu)布置靈活，可應(yīng)用于10～20層的辦公樓、教學(xué)樓、醫(yī)院和賓館等建筑中。4、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量和布置：1〕剪力墻的數(shù)量：不宜過多，以滿足位移限值為宜。2〕剪力墻的布置：不宜過長；不宜少于3道，最好作成筒體；對稱布置；在縱橫向數(shù)量接近；應(yīng)貫穿全高，上下剛度連貫而均勻。86框架－筒體結(jié)構(gòu)的典型布置（外框內(nèi)筒）框架－筒體結(jié)構(gòu)與框架－剪力墻結(jié)構(gòu)并無本質(zhì)上的區(qū)別，框架－筒體結(jié)構(gòu)實際上就是在框架內(nèi)的一定位置上，設(shè)置剪力墻內(nèi)筒，外周為一般框架，其平面形狀較為自由、靈活多樣；筒體可以由剪力墻組成，也可以由密柱深梁構(gòu)成〔框筒〕。但是，為了盡可能較少在水平力作用下的扭轉(zhuǎn)，還是應(yīng)盡可能采用具有對稱軸的簡單、規(guī)那么平面。其常見到平面圖如左圖所示，上海聯(lián)誼大廈〔28層，101.15m〕、南京金陵飯店〔37層，110m〕均是框架－筒體結(jié)構(gòu)?？蚣埽搀w結(jié)構(gòu)體系87四、筒體結(jié)構(gòu)體系

1、定義：是指由一個或幾個筒體作為豎向承重結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)體系88—2、分類1〕框筒60年代美國工程師法盧齊.坎恩首次提出，并設(shè)計了第一幢框筒結(jié)構(gòu)：芝加哥43層德威特切斯納特公寓。筒體通常放在建筑外圍，由間距很密的柱與截面很高的梁組成，筒體內(nèi)設(shè)置一些柱子，以減小樓板和梁在垂直荷載下的跨度，但是對抵抗側(cè)向力幾乎不起作用。密柱深梁結(jié)構(gòu)—實際上是一個開了很多窗洞的筒體，靠空間筒體受力特性來抵抗水平力。整個結(jié)構(gòu)象一個懸臂筒體一樣，剛度和承載力很大，水平荷載下樓板只是一個剛性隔板，保持框筒的側(cè)向穩(wěn)定和剛度，如竹子中竹節(jié)。樓板中板梁按承受垂直荷載要求單獨設(shè)計。與框架——筒體區(qū)別：筒體位置、柱子位置。892〕筒中筒筒體內(nèi)設(shè)置剪力墻，組成筒中筒——內(nèi)筒可以設(shè)置電梯、樓梯和豎向管道等。內(nèi)、外筒不再設(shè)柱，內(nèi)筒、外筒共同抵抗垂直與水平荷載。優(yōu)點：較大的靈活空間，使用合理，結(jié)構(gòu)也合理，適用于較高建筑，50層深圳國貿(mào)中心大廈，63層廣州國際大廈均采用筒中筒體系。結(jié)構(gòu)尺寸：筒體柱距很密，1.2～3m，最大4.5m窗裙梁高0.6～1.2m，寬0.3～0.5m窗洞面積不超過建筑立面面積50%，平面接近方或圓形，長、短邊比值不宜超過2。通常：H/B＞3時，才能充分發(fā)揮作用，多層及較低層中，宜采用框架—筒體結(jié)構(gòu)，而不適宜采用框筒或筒中筒。903〕多筒結(jié)構(gòu)顧名思義是將幾個筒體合在一起抵抗外力?！?〕束筒：將多個筒體合并一起形成，成束筒抗側(cè)剛度比筒中筒更大，可建造很高的結(jié)構(gòu)；美國芝加哥西爾斯大樓采用9個框筒合并在一起成束筒體系，隨高度增加，筒數(shù)目不斷減少。91懸掛結(jié)構(gòu)巨形框架結(jié)構(gòu)巨形桁架結(jié)構(gòu)剛性橫梁或剛性桁架結(jié)構(gòu)高層建筑新型結(jié)構(gòu)體系92

由主次兩級結(jié)構(gòu)組成：

一級為：跨越假設(shè)干樓層的巨梁、巨柱組成超級框架〔或巨型桁架〕，提供較大的抗側(cè)剛度和承載力———承受水平力和豎向荷載；

二級：其它樓層梁柱，承受豎向荷載并將荷載產(chǎn)生的內(nèi)力傳遞到一級結(jié)構(gòu)上。

巨型結(jié)構(gòu)體系特點93五、各種結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度和適用的最大高寬比1、最大適用高度Ａ級高度的鋼筋混凝土高層建筑是指符合表2.1.1高度限值的建筑，也是目前數(shù)量最多，應(yīng)用最廣泛的建筑；Ｂ級高度的高層建筑是指較高的〔其高度超過表2.1.1規(guī)定的高度〕、設(shè)計上有嚴(yán)格要求高層建筑，其最大適用高度應(yīng)符合表2.1.2的規(guī)定。94952、適用的最大高寬比房屋的高寬比愈大，水平荷載作用下的側(cè)移愈大，抗傾覆作用的能力愈小。因此，應(yīng)控制房屋的高寬比，防止設(shè)計高寬比很大的建筑物。注：按所考慮方向的最小投影寬度計算高寬比；對帶有裙房的高層建筑，當(dāng)裙房的面積和剛度相對于其上部塔樓的面積和剛度較大時，計算高寬比時房屋的高度和寬度可按裙房以上局部考慮。96一、結(jié)構(gòu)平面布置〔參考課本〕高層建筑的結(jié)構(gòu)平面布置，應(yīng)有利于抵抗水平荷載和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力求均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。1、在高層建筑的一個獨立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)那么，剛度和承載力分布均勻。不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)那么的平面布置。1.3結(jié)構(gòu)總體布置高層建筑結(jié)構(gòu)總體布置包括：結(jié)構(gòu)平面布置和結(jié)構(gòu)豎向布置972、高層建筑宜選用風(fēng)作用效應(yīng)較小的平面形狀。對抗風(fēng)有利的平面形狀是簡單、規(guī)那么的凸平面。例如：圓形、正多邊形、橢圓形、鼓形等平面。對抗風(fēng)不利的平面是有較多凹、凸的復(fù)雜平面形狀，如Ｖ形，Ｙ形、Ｈ形、弧形等平面。對抗風(fēng)有利的平面形狀983、抗震設(shè)計的Ａ級高度鋼筋混凝土高層建筑，其平面布置宜簡單、規(guī)那么、對稱，減少偏心；平面長度L不宜過長，突出局部長度l不宜過大；不采用角部重疊或細腰形平面圖形。994、抗震設(shè)計的Ｂ級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑，其平面布置應(yīng)簡單、規(guī)那么，減少偏心。注：Ｂ級高度鋼筋混凝土高層建筑和混合結(jié)構(gòu)高層建筑的最大適用高度較高，復(fù)雜高層建筑的豎向布置已不規(guī)那么，這些結(jié)構(gòu)的地震反響較大，故對其平面布置的規(guī)那么性應(yīng)要求更嚴(yán)一些。5、結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響。平面不規(guī)那么、質(zhì)量中心與剛度中心偏心較大和抗扭剛度太弱的結(jié)構(gòu)，其震害嚴(yán)重。注：對結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)從以下兩個方面加以限制：〔1〕限制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)那么性，防止質(zhì)心與剛心存在過大的偏心?！?〕結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱。100幾種對抗震有利的結(jié)構(gòu)布置形式101二、結(jié)構(gòu)豎向布置高層建筑結(jié)構(gòu)的承載力和剛度宜自下而上逐漸減小，變化宜均勻、連續(xù),不應(yīng)突變。豎向布置應(yīng)符合以下要求：1〕豎向宜規(guī)那么、均勻，防止有過大的外挑和內(nèi)收；側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化；不應(yīng)采用豎向布置嚴(yán)重不規(guī)那么的結(jié)構(gòu)。1022〕抗震設(shè)計的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%。注：樓層的側(cè)向剛度可取該樓層剪力與該樓層層間側(cè)移的比值。1033〕為防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱層，A級高度高層建筑樓層層間的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑樓層層間的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的75%。4〕抗震設(shè)計時，結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上、下連續(xù)貫穿。1045〕當(dāng)結(jié)構(gòu)上部樓層相對于下部樓層有收進、或外挑時，應(yīng)滿足：〔1〕當(dāng)上部樓層有收進，且H1/H之比大于0.2時，B1宜小于B的0.75倍；〔2〕當(dāng)上部樓層有外挑時，B不宜小于上部樓層水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。1056〕結(jié)構(gòu)頂層取消局部墻、柱形成空曠房間時，其樓層側(cè)向剛度和承載力與其下部樓層相差較多，形成剛度和承載力突變，此時應(yīng)進行詳細的計算分析，并采取有效的構(gòu)造措施。如用彈性動力時程分析進行補充計算、沿柱子全長加密箍筋、大跨度屋面構(gòu)件要考慮豎向地震作用效應(yīng)等。7〕高層建筑設(shè)置地下室，可利用土體的側(cè)壓力防止水平力作用下結(jié)構(gòu)的滑移、傾覆，減輕地震作用對上部結(jié)構(gòu)的影響；還可降低地基的附加壓力，提高地基的承載能力。震害經(jīng)驗也說明，有地下室的高層建筑，其震害明顯減輕。因此，高層建筑宜設(shè)地下室，而且同一結(jié)構(gòu)單元應(yīng)全部設(shè)置地下室，不宜采用局部地下室，地下室應(yīng)有相同的埋深。106三、變形縫的設(shè)置1、縫的分類：沉降縫、伸縮縫和防震縫。2、設(shè)縫的優(yōu)缺點：優(yōu)點：用縫將復(fù)雜建筑分為規(guī)那么的局部，或減小溫度應(yīng)力。缺點：影響建筑使用功能；立面處理不便；根底防水不易處理等。３、趨勢：目前趨勢是防止設(shè)縫，或盡可能少設(shè)縫。1074、沉降縫〔1〕設(shè)縫：高層建筑的主體結(jié)構(gòu)周圍常設(shè)置裙房，它們與主體結(jié)構(gòu)的重量相差懸殊，會產(chǎn)生相當(dāng)大的沉降差。這時可用沉降縫將二者分成獨立的結(jié)構(gòu)單元，使各局部自由沉降?！?〕不設(shè)縫：需采取以下措施：A、采用樁基，樁支承在基巖上；或采取減少沉降的有效措施并經(jīng)計算，沉降差在允許范圍內(nèi)。B、先施工主樓，后施工裙房，使兩者最終沉降量一致。C、將裙房坐在懸挑根底上。1081095、伸縮縫由溫度變化引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力稱為溫度應(yīng)力，使房屋產(chǎn)生裂縫，影響正常使用，底部數(shù)層和頂部數(shù)層較為明顯。伸縮縫可減少溫度應(yīng)力。?高層規(guī)程?規(guī)定了伸縮縫的最大間距增大伸縮縫間距的措施，〔1〕增加頂層、底層、山墻等部位的配筋;〔2〕采用有效隔熱措施

;〔3〕使用混凝土添加劑等減少收縮;〔4〕施工中預(yù)留后澆帶；〔5〕上部改變結(jié)構(gòu)形式或局部〔頂部〕設(shè)伸縮縫;〔６〕增大樓板配筋或采用預(yù)應(yīng)力樓板等。110后澆帶是在建筑施工中為防止現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度、收縮不均可能產(chǎn)生的有害裂縫，按照設(shè)計或施工標(biāo)準(zhǔn)要求，在根底底板、墻、梁相應(yīng)位置留設(shè)臨時施工縫，將結(jié)構(gòu)暫時劃分為假設(shè)干局部，經(jīng)過構(gòu)件內(nèi)部收縮，在假設(shè)干時間后再澆搗該施工縫混凝土，將結(jié)構(gòu)連成整體。后澆帶的澆筑時間宜選擇氣溫較低時，可用澆筑水泥或水泥中摻微量鋁粉的混凝土，其強度等級應(yīng)比構(gòu)件強度高一級，防止新老混凝土之間出現(xiàn)裂縫，造成薄弱部位。設(shè)置后澆帶的部位還應(yīng)該考慮模板等措施不同的消耗因素。后澆帶111注：〔1〕施工后澆帶的作用在于減小混凝土的收縮應(yīng)力，提高建筑物對溫度應(yīng)力的耐受能力，并不直接減少溫度應(yīng)力?！?〕后澆帶，應(yīng)通過建筑物的整個橫截面，將全部墻、梁和樓板分開；在后澆帶處，板、墻鋼筋應(yīng)采用搭接接頭〔圖〕，梁主筋可不斷開；后澆帶應(yīng)從結(jié)構(gòu)受力較小的部位曲折通過，不宜在同一平面內(nèi)通過；一般情況下，后澆帶可設(shè)在框架梁和樓板的1/3跨處，設(shè)在剪力墻洞口上方連梁跨中或內(nèi)外墻連接處。1126、防震縫〔1〕設(shè)縫的優(yōu)點：地震作用下，復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)及復(fù)雜的振