第14章 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

第14章高層建筑結(jié)構(gòu)1高層建筑發(fā)展的意義：1.城市用地緊張、人口高度集中；（國內(nèi)人均<60m2，國外人均200m2）2.節(jié)約用地、節(jié)約城市基礎(chǔ)設(shè)施費用；3.改善市容；4.可以使許多相關(guān)機構(gòu)放在一起，便于聯(lián)系；5.科技的不斷進(jìn)步，為其發(fā)展打下基礎(chǔ)。2

高層建筑概述1

結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置2

荷載與地震作用3

高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計4本章主要講解內(nèi)容3部分國家和組織對高層建筑起始高度的規(guī)定表1-1國家和組織名稱起始高度聯(lián)合國大于等于9層，分為四類：第一類：9~16層（最高到50m）；第二類：17~25層（最高到75m）；第三類：26~40層（最高到100m）；第四類：40層以上（高度在100m以上時，為超高層建筑）；美國22~25m，或7層以上日本11層，31m§14.1概述1、高層建筑的定義4國家和組織名稱起始高度法國住宅為8層及8層以上，或大于等于31m英國24m我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010：大于等于10層，或大于等于24m。高度大于等于100m的建筑為超高層建筑。部分國家和組織對高層建筑起始高度的規(guī)定續(xù)表1-1由表可以看出，世界各國將高層建筑定位在10層或30m左右。原因？1.消防2.受力5古代高層建筑及其特點1.中國古代的高層建筑是為防御、宗教或航海需要而建造。代表性的有：（1）嵩岳寺塔、（2）西安大雁塔、（3）定縣料敵塔、（4）應(yīng)縣木塔、（5）布達(dá)拉宮、（6）薊縣獨樂寺觀音閣、（7）承德普寧寺大乘閣、（8）長城敵樓、（9）避暑山莊永佑寺2.特點（1）以磚、石、木材為主要建筑材料；（2）不以居住和商業(yè)交往為主要目的；（3）沒有現(xiàn)代化的垂直交通工具；（4）缺少防火、防雷等現(xiàn)代設(shè)施。2、高層建筑發(fā)展簡史6（1）嵩岳寺塔（河南登封）

建于公元523年的北魏，10層，高41米，磚砌單筒體結(jié)構(gòu)7（2）西安大雁塔

建于公元704年，7層，高64米8（3）河北定縣料敵塔，建于公元1055年，11層，82米，磚砌雙筒體結(jié)構(gòu)9（4）山西應(yīng)縣木塔建于公元1056年，9層，67米，木制筒體結(jié)構(gòu)10（5）布達(dá)拉宮，主建筑高117米，外13層，內(nèi)9層，初建于公元7世紀(jì)，公元17世紀(jì)改擴(kuò)建，花崗巖砌筑11（6）天津薊縣獨樂寺觀音閣，高22.5米，木框架結(jié)構(gòu)12（7）承德普寧寺大乘閣，高40米，木框架結(jié)構(gòu)13（8）長城敵樓（慕田峪長城正三關(guān)）14（9）承德避暑山莊永佑寺塔樓建于乾隆十六年（1715年），高67米，九層八面，磚砌筒體結(jié)構(gòu)153.國外古代高層建筑古埃及金字塔胡夫金字塔高146.4米16德國科隆大教堂高158米，始建于1248年，1880年建成，歷時600多年17近現(xiàn)代高層建筑芝加哥保險大廈始建于1883年，鑄鐵柱和鋼梁的框架結(jié)構(gòu)，10層，55米181920美國紐約世貿(mào)中心姐妹樓【建設(shè)地點】：美國的紐約州紐約市曼哈頓島西南端【開工日期】：1962年【竣工日期】：1976年【占地面積】：6.5公頃【建筑面積】：每幢摩天樓面積46.6萬平方米【建筑層數(shù)】：地上110層，地下6層【建筑高度】：北樓:417米，南樓:415米【結(jié)構(gòu)形式】：鋼結(jié)構(gòu)【建筑造價】：7億美元【投資單位】：紐約州和新澤西州的港務(wù)局【建筑設(shè)計】：美籍日裔建筑師M·雅馬薩基21世界貿(mào)易中心遭撞擊示意圖：22世界貿(mào)易中心南塔樓倒塌后：23世界貿(mào)易中心北塔樓倒塌后：24夕陽下的世貿(mào)追思：2526【建設(shè)地點】：中國上海浦東新區(qū)世紀(jì)大道88號【開工日期】：1994年5月10日【竣工日期】：1999年3月18日【占地面積】：2.3公頃【建筑面積】：29萬平方米【建筑層數(shù)】：地上88層，地下3層【建筑高度】：420.5米【結(jié)構(gòu)形式】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)【建筑造價】：50億【投資單位】：中國金茂（集團(tuán)）股份有限公司【建筑設(shè)計】：美國芝加哥SOM設(shè)計事務(wù)所,、主創(chuàng)建筑師AdrianSmith【英文名稱】：JinmaoBuilding27結(jié)構(gòu)平面立面圖：2829當(dāng)時的新結(jié)構(gòu)技術(shù)：①商品砼和散裝水泥應(yīng)用技術(shù)②粗直徑鋼筋連接技術(shù)③新型模板與腳手架應(yīng)用技術(shù)④高強混凝土技術(shù)⑤建筑節(jié)能技術(shù)⑥硬聚氯乙烯塑料管的應(yīng)用技術(shù)⑦粉煤灰綜合利用技術(shù)⑧建筑防水工程新技術(shù)⑨現(xiàn)代管理技術(shù)與計算機應(yīng)用3031

【建設(shè)地點】：美國伊利諾伊州芝加哥【現(xiàn)名】：韋萊集團(tuán)大廈（2009年7月16日改名）【開工時間】：1972年【竣工時間】：1974年【建筑面積】：418000平方米【建筑高度】：443米（527.3米含天線）【建筑層數(shù)】：地上110層，地下3層【結(jié)構(gòu)形式】：高層建筑抗風(fēng)結(jié)構(gòu)【建筑造價】：39億【投資單位】：西爾斯百貨公司【設(shè)計單位】：SOM建筑師事務(wù)所【建設(shè)用途】：辦公【英文名稱】：SearsTower

【別稱】：希爾斯大廈32西爾斯大樓結(jié)構(gòu)：

①整幢大廈被當(dāng)作一個懸挑的束筒空間結(jié)構(gòu)，離地面越遠(yuǎn)剪力越小，大廈頂部由風(fēng)壓引起的振動也明顯減輕。

②大廈采用由鋼框架構(gòu)成的成束筒結(jié)構(gòu)體系，外部用黑鋁和鍍層玻璃幕墻圍護(hù)。

③其外形的特點是逐漸上收的，即1～50層為9個寬度為23.86米的方形筒組成的正方形平面；51～66層截去一對對角方筒單元；67～90層再截去另一對對角方筒單元，形成十字形；91～110層由兩個方筒單元直升到頂。333435【建設(shè)地點】：吉隆坡市中市KLCC計劃區(qū)的西北角【開工時間】：1993年12月27日【竣工時間】：1996年2月13日【占地面積】：40公頃【建筑面積】：28.95萬平方米【建筑高度】：452米【建筑層數(shù)】：88層【結(jié)構(gòu)形式】：高軋制鋼梁支托的金屬板，鋼筋混凝土【建筑造價】：20億馬幣【投資單位】：馬來西亞石油公司【設(shè)計單位】：凱撒培禮建筑事務(wù)所·西澤配利【建設(shè)用途】：辦公【英文名稱】：ThePetronasTwinTowers.【別稱】：佩重納斯大廈、馬來西亞國家石油大廈、國家石油雙塔、雙子塔36外部構(gòu)造：①雙塔的外檐為152英尺（46．36m）直徑的混凝土外筒，中心部位是74．8英尺×75．4英尺高強鋼筋混凝土內(nèi)筒，18英寸高軋制鋼梁支托的金屬板與混凝土復(fù)合樓板將內(nèi)外筒連系在一起。4架鋼筋混凝土空腹格梁在第38層內(nèi)筒四角處與外筒結(jié)合。②

塔樓由一個筏式基礎(chǔ)和長達(dá)340英尺但達(dá)不到基巖層之4英尺×9尺截面長方形摩擦樁，或稱作發(fā)卡樁承托。位于圓形與正方形重送交接點位置處的16根混凝土柱子支承上部結(jié)構(gòu)荷載。37世界之最：連接雙子塔的空中走廊是目前世界上最高的過街橋。站在這里，可以俯瞰馬來西亞最繁華的景象。雙子塔內(nèi)有全馬來西亞最高檔的商店，銷售的都是品牌商品，當(dāng)然價格也是最高的。塔內(nèi)有東南亞最大的古典交響音樂廳——Dewan古典交響音樂廳。3839【建設(shè)地點】：臺北市信義區(qū)西村里信義路五段7號【開工時間】：1999年7月【竣工時間】：2003年10月17日【占地面積】：30278平方米【建筑面積】：28.95萬平方米【建筑高度】：508米【建筑層數(shù)】：地上101層，地下3層【結(jié)構(gòu)形式】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，新式的巨型結(jié)構(gòu)【建筑造價】：580億元臺幣【投資單位】：臺北金融大樓控股有限公司【設(shè)計單位】：李祖原建筑師事務(wù)所【建設(shè)用途】：購物中心，辦公，觀景，【施工單位】：KTRT

【英文名稱】：Taipei101

【別稱】：臺北國際金融中心40工程結(jié)構(gòu)：①

建筑:TAIPEI101為世界首創(chuàng)的多節(jié)式摩天大樓②第27層至第90層共64層中，每8層為一節(jié)，一共8節(jié)，每八層所組成的倒梯形方塊形狀來自中國的"鼎“③

為了增加大樓的彈性來避免強震所帶來的破壞，臺北101的中心是由一個外圍8根鋼筋的巨柱所組成。④

抵銷風(fēng)力所產(chǎn)生的搖晃主要設(shè)計是阻尼器，而大樓外形的鋸齒狀，經(jīng)由風(fēng)洞測試，能減少30-40%風(fēng)所產(chǎn)生的搖晃。⑤

基樁由382根鋼筋混凝土構(gòu)成。中心的巨柱為雙管結(jié)構(gòu)，鋼外管，鋼加混凝土內(nèi)管，臺北101所使用的鋼至少有5種，依不同部位所設(shè)計，特別調(diào)制的混凝土，比一般混疑土強度強60%。

41調(diào)質(zhì)阻尼器：為了因高空強風(fēng)及臺風(fēng)吹拂而造成的搖晃，大樓內(nèi)設(shè)置了「調(diào)質(zhì)塊阻尼器」，是在88至92樓掛置一個重達(dá)660公噸的巨大鋼球，利用擺動來減緩建筑物的晃動幅度。據(jù)臺北101告示牌所言，這也是全世界唯一開放游客觀賞的巨型阻尼器，更是目前全球最大之阻尼器。4243上海環(huán)球金融中心2008年8月29日竣工。是中國目前建成的第一高樓、世界第三高樓、世界最高的平頂式大樓，樓高492米，地上101層。44【開工日期】：1997年年初首次開工；后遭1997年亞洲金融危機停工，于2003年2月工程復(fù)工?！究⒐と掌凇浚?008年8月29日?！窘ㄖ訑?shù)】：地上101層、地下3層?！窘ㄖ叨取浚?92米?！窘Y(jié)構(gòu)形式】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)。【建筑造價】：1050億日元（73億人民幣）【投資單位】：森海外株式會社?！窘ㄖO(shè)計】：KPF建筑師事務(wù)所?！窘Y(jié)構(gòu)設(shè)計】：籟思理·羅伯遜聯(lián)合股份有限公司?！驹O(shè)計單位】：上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計（集團(tuán)）有限公司、華東建筑設(shè)計研究院有限公司。【施工單位】：中國建筑工程總公司、上海建工集團(tuán)45上海環(huán)球金融中心建筑平面圖：LowerFloorMax.12TenantsHigherFloorMax.14Tenants46上海環(huán)球金融中心五大之最：①屋頂高度世界第一：492米，超過了之前屋頂高度世界第一的臺北101大樓（480米）。②人可達(dá)到高度世界第一：474米，大樓100層的觀光天閣是世界上人能到達(dá)的最高觀景平臺。③世界最高中餐廳：416米，設(shè)在93層的中餐廳，將成為全球最高中餐廳。④世界最高游泳池：366米，設(shè)在85層的游泳池，將奪得“世界最高游泳池”稱號。⑤世界最高酒店：設(shè)在大樓79至93層的柏悅酒店，將成為世界最高酒店。47上海中心，國內(nèi)建設(shè)中第一高樓，主體建筑結(jié)構(gòu)高度為580米，總高度632米48南京紫峰大廈【建設(shè)地點】：位于南京鼓樓區(qū)鼓樓廣場，東至中央路，西至北京西路?！鹃_工日期】：2005年5月底【竣工日期】：2008年9月28日【占地面積】：18721m2【建筑面積】：260000m2

【建筑層數(shù)】：地上89層，地下3層【建筑高度】：451米【施工單位】：上海建工【建筑造價】：40億【投資單位】：南京國資集團(tuán)、上海綠地集團(tuán)

【建筑設(shè)計】：由美國著名設(shè)計單位SOM與華東建筑設(shè)計研究院有限公司合作設(shè)計4950哈利法塔與其他知名的高層建筑比較：①最高的建筑：828米（2,717英尺）（先前為美國北達(dá)科塔州高628.8米（2,063英尺）的KVLY電視塔）②最高的自立建筑：828米（3,220英尺）（先前為加拿大國家電視塔-553.3米（1,815英尺））③最多樓層數(shù)：162層（先前為已完成的西爾斯大樓—110層、記錄上最多的紐約世貿(mào)中心—110層）④最高混凝土結(jié)構(gòu)：601.0米（1,972英尺）（先前為臺北101屋頂-449.2米（1,474英尺）51樓層用途：52高度：1050m？層數(shù)：200層2010年動工在建的迪拜AlBurj塔53近現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展原因：與采用鋼結(jié)構(gòu)承重有關(guān)（輕質(zhì)、高強材料）；安全載客升降機的發(fā)明（1853年，紐約人奧蒂斯）發(fā)展階段第一階段（初始階段）：19世紀(jì)中~20世紀(jì)中（二戰(zhàn)以前）1891年，芝加哥Monadnock大樓，16層，磚石結(jié)構(gòu)；1913年，美國，渥爾華斯大廈，50層，241m；1931年，美國，紐約帝國大廈，102層，381m；第二階段（迅速發(fā)展）：20世紀(jì)中期以后代表：1969年，美國紐約世貿(mào)中心，110層，417m，鋼結(jié)構(gòu)54發(fā)展動向1.重心：向亞洲轉(zhuǎn)移；2.高度：有可能達(dá)到或超過10000m；3.結(jié)構(gòu)形式：采用合理的結(jié)構(gòu)外形；

采用多種結(jié)構(gòu)的有機結(jié)合；4.材料：輕質(zhì)、高強、新型、復(fù)合；5.設(shè)計方法：動力非線性分析法、結(jié)構(gòu)控制理論應(yīng)用、全概率設(shè)計法等；6.用途綜合化；7.地下空間的開發(fā)；8.智能化：高效率、高功能、高舒適性；9.結(jié)構(gòu)損傷自動顯示與報警；10.結(jié)構(gòu)防災(zāi)與防護(hù)。553、高層建筑的特點

優(yōu)點：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、有較好的日照、采光和通風(fēng)效果等優(yōu)點。正是這些優(yōu)點，使得高層建筑在現(xiàn)代化大都市中得到了迅速的發(fā)展。

缺點：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。此外，從受力角度來看，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。

564、高層建筑的材料

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：

（1）鋼結(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。但是，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。57（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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。缺點是自重較大，抗震性能不如鋼結(jié)構(gòu)，建造高度也不如鋼結(jié)構(gòu)。

58（3）鋼—混凝土組合結(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(jì)合理、技術(shù)性能優(yōu)良的鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，是目前的發(fā)展趨勢。59一、結(jié)構(gòu)選型1、受力特點

底部軸力底部彎矩（均）（倒三角形）頂部位移△（均）（倒三角形）§14.2結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置60隨著高度H的增加，起控制作用的底部彎矩和頂部側(cè)移隨之成平方和4次方增長。由此可知：低層主要承受豎載；多層時同時考慮水平力（風(fēng)載、地震力）但不很突出；高層時水平力影響成為主要控制因素。2、設(shè)計基本原則一個建筑結(jié)構(gòu)方案的確定，要涉及到安全可靠、使用要求、經(jīng)濟(jì)投入、施工技術(shù)和建筑美觀等諸多方方面面的問題。原則：注重概念設(shè)計，重視結(jié)構(gòu)選型和平、立面布置的規(guī)則性，擇優(yōu)選用抗震和抗風(fēng)好且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)體系加強構(gòu)造措施。簡而言之，應(yīng)符合安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、方便施工。613、結(jié)構(gòu)體系結(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,是建筑物的受力（傳力）（傳載）構(gòu)件系統(tǒng)。主要分為：豎向結(jié)構(gòu)體系和水平結(jié)構(gòu)體系及基礎(chǔ)。水平結(jié)構(gòu)體系：主要由梁、板等組成的樓板、屋蓋等，承擔(dān)豎向荷載。水平結(jié)構(gòu)除承受作用于樓面或屋面的豎載外，另一個重要作用是：連接各豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件，形成一個空間整體結(jié)構(gòu)。風(fēng)、地震等水平力首先通過樓屋蓋等水平構(gòu)件傳給各豎向抗側(cè)構(gòu)件。由于整個建筑中，各個豎向抗側(cè)構(gòu)件能力（抗側(cè)剛度）不盡相同，則按能力分配外力，這時會形成內(nèi)合力和外力不重合，形成扭轉(zhuǎn)，則水平結(jié)構(gòu)在其中起到了扁擔(dān)梁的作用，使各豎向構(gòu)件側(cè)移變形協(xié)調(diào)，共同工作，即空間協(xié)調(diào)工作。62圖例：各水平結(jié)構(gòu)體系63

房屋建筑中不僅有此類水平構(gòu)件，更重要的是：

豎向結(jié)構(gòu)體系：主要由柱、剪力墻、筒體等構(gòu)件組成。主要傳遞（承受）水平力。隨高度H的增加水平力越來越大，因此要給建筑物設(shè)計一個強大的抵抗水平力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)，如剪力墻結(jié)構(gòu)體系等。

基礎(chǔ)：承托房屋全部重量及外部作用力，并將它們傳到地基；另一方面，它又直接受到地震波的作用，并將地震作用傳到上部結(jié)構(gòu)?？梢哉f，基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)安全的第一道防線。基礎(chǔ)的形式，取決于上部結(jié)構(gòu)的形式、重量、作用力以及地基土的性質(zhì)。644、常用結(jié)構(gòu)體系

65（1）框架結(jié)構(gòu)：

組成構(gòu)件：由橫梁和立柱通過節(jié)點連接構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)體系，如果整幢結(jié)構(gòu)都由框架作為抗側(cè)向力單元，就稱為框架結(jié)構(gòu)體系。

優(yōu)點：①建筑平面布置靈活，分隔方便；②整體性、抗震性能好，設(shè)計合理時結(jié)構(gòu)具有較好的塑性變形能力；③外墻采用輕質(zhì)填充材料時，結(jié)構(gòu)自重小。缺點：梁、柱較柔，節(jié)點弱，側(cè)向變形大，剛度小，正是這一點，限制了框架結(jié)構(gòu)的建造高度。6667受力變形特點：每根桿系彎曲積累，合成以后呈總體剪切形變形特征。使用范圍：高度不大的高層建筑，以15~20層以下為宜，適用于工業(yè)、民用建筑高度≤60米圖例：北京民航辦公大樓北京長城飯店68（2）剪力墻：

組成構(gòu)件：就是一片巨大的鋼筋混凝土墻體，相當(dāng)于固定在底部的懸臂深梁。

優(yōu)點：①整體性好、剛度大，抵抗側(cè)向變形能力強；②抗震性能較好，設(shè)計合理時結(jié)構(gòu)具有較好的塑性變形能力。因而剪力墻結(jié)構(gòu)適宜的建造高度比框架結(jié)構(gòu)要高。

缺點：平面布置不靈活，建筑空間分隔不自由，不能提供大空間。結(jié)構(gòu)自重大。

受力變形特點：總體彎曲型（開孔較大時趨于剪切形）適用范圍：適用于住宅、辦公樓。

6970圖例：某剪力墻結(jié)構(gòu)廣州白天鵝賓館71不同剪力墻形式72（3）框架-剪力墻：

組成構(gòu)件：將框架、剪力墻兩種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起使用，或者將剪力墻圍成封閉的筒體，再與框架結(jié)合起來使用，就形成了框架－剪力墻（框架－筒體）結(jié)構(gòu)體系。

優(yōu)點：能獲得大空間，房間布置靈活，比全框架增大了側(cè)向剛度，抗震性能好。

缺點：由于建筑功能要求，剪力墻位置往往受到限制，造成剛心、質(zhì)心不重合，在水平力下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，另外，超高層不適用。

適用范圍：一般廣泛用于辦公樓、教學(xué)樓、病房、旅館、公寓等。

受力變形特點：側(cè)向變形呈總體彎剪型，上下各層層間變形趨于均勻，頂點側(cè)移減小。73圖例：（a）上海交大包兆龍圖書館（b）甘肅省圖書館（c）深圳西麗大廈（d）廣州遠(yuǎn)洋大廈7475（4）筒體結(jié)構(gòu)：①

實腹筒組成構(gòu)件:由剪力墻圍合而成的固定在基礎(chǔ)上的懸臂箱形梁。②

框筒組成構(gòu)件:由密排柱和剛度很大的窗群梁形成的密柱深梁框架圍合而成的筒體。

76③

桁架筒組成構(gòu)件:由筒的四壁做成桁架就形成桁架筒。圖例：香港中銀大廈77④框架-筒體組成構(gòu)件:由核心砼內(nèi)筒與外框架通過樓蓋組成7879⑤

筒中筒

組成構(gòu)件:由實腹筒組成內(nèi)部核心筒,外框筒或桁架筒組成外筒通過樓蓋組成。8081⑥成束筒:

組成構(gòu)件:兩個以上框筒（或其他筒體）排成一起成束狀，稱為成束筒.

82

優(yōu)點：具有很好的空間

整體作用和抗風(fēng)抗震性

能，建筑布置靈活，能

提供較大的可自由分隔

的空間，適用于超高層

（30層以上或100米以上）

的辦公樓、旅館、綜合樓

等建筑。

83（5）其他結(jié)構(gòu)體系（由于此類結(jié)構(gòu)工程實例及研究較少，尚不具備推廣條件《規(guī)范》未列入。

高層建筑日新月異，空間和平面布置較為復(fù)雜靈活，因此，對給定的建筑方案，可對現(xiàn)有的基本結(jié)構(gòu)形式靈活組合或創(chuàng)新形成新的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系（主要是抵抗水平力）介紹幾種較典型的新型結(jié)構(gòu)體系方案。84①

巨型框架結(jié)構(gòu)圖例：深圳亞洲大酒店85②

懸掛式結(jié)構(gòu)86③

豎向桁架結(jié)構(gòu)87④

核心筒加復(fù)合巨型柱。圖例：上海金茂大廈88⑤

混合結(jié)構(gòu)體系

有多種不同材料構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系稱為混合結(jié)構(gòu)體系，采用不同材料構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系實際上是各種構(gòu)件的優(yōu)化組合。鋼管混凝土用于高層建筑的柱子、高聳結(jié)構(gòu)的受壓弦桿型鋼混凝土可制作成柱、梁、剪力墻、筒體等，可與鋼結(jié)構(gòu)（用于上部）混合使用。也可與混凝土（用于上部）混合使用。《高規(guī)》列出了鋼框-砼筒、型鋼混凝土框-砼筒兩種混合結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計原則與方法。895、結(jié)構(gòu)布置的基本規(guī)定（1）不同結(jié)構(gòu)體系建筑的適用高度

不同結(jié)構(gòu)體系有不同的抗水平力的能力，如超過了某一規(guī)定的高度（限值），常規(guī)設(shè)計很難達(dá)到各相關(guān)規(guī)程的要求,即使勉強去設(shè)計達(dá)到了，也難免在經(jīng)濟(jì)上付出較大的代價，顯然是不經(jīng)濟(jì)的。

《高規(guī)》將高層分為A、B兩類。A類:是指目前數(shù)量、范圍最廣泛的建筑（乙、丙類），見課本表2.4(P20),凡超過表2.4(如建筑方案要求)則最大高度限制見表2.5（P21），對B類:高層建筑總高度盡量放寬，但其抗震等級及有關(guān)計算、構(gòu)造措施均相應(yīng)加嚴(yán)，另外為保證B級房屋建筑的設(shè)計質(zhì)量，還需按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行超限高層建筑的抗震審查復(fù)核。90（2）不同結(jié)構(gòu)體系建筑的高寬比限制。對高層建筑最大高寬比限制是概念設(shè)計的又一重要體現(xiàn),高寬比實際上反映了建筑物的“苗條”程度。其目的是對結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制。高層建筑結(jié)構(gòu)可近似的看作固定于基礎(chǔ)上的懸臂構(gòu)件。因此增加建筑的平面尺寸對減少其側(cè)移十分有效?！陡咭?guī)》對A級與B級建筑的限制詳見規(guī)范.注：當(dāng)主體結(jié)構(gòu)與群房相連時，高寬比按群房以上的結(jié)構(gòu)的高度與寬度設(shè)計。916、水平承重結(jié)構(gòu)的選型（1）特點：對保證建筑物的整體穩(wěn)定和傳遞水平力有重要作用。結(jié)構(gòu)計算中一般假設(shè)樓板平面內(nèi)剛度為無窮大，使空間問題變?yōu)槠矫鎲栴}，大大簡化了計算。實際結(jié)構(gòu)中也要求樓板應(yīng)具有足夠的平面內(nèi)剛度以保持建筑物的空間整體穩(wěn)定性及有效傳遞水平力。

《高規(guī)》規(guī)定：H＞50M的框-剪、筒體及復(fù)雜高層均應(yīng)現(xiàn)澆樓蓋；剪力墻、框架也宜用現(xiàn)澆樓蓋。砼等級不易低于C20，不宜高于C40。

H≤50M時，8、9度框-剪結(jié)構(gòu)也宜用現(xiàn)澆樓蓋，6、7度框-剪結(jié)構(gòu)可用裝配整體式樓蓋，但應(yīng)符合一定構(gòu)造要求。92H≤50M時，框架剪力墻結(jié)構(gòu)可用裝配式樓蓋但應(yīng)符合一定構(gòu)造要求，見《高規(guī)》第4.5.4

房屋的頂層、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、平面復(fù)雜或開洞過大的樓層、作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層應(yīng)采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)且符合一定構(gòu)造要求，見《高規(guī)》第4.5.5

現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土樓板厚度可按跨度的1/45~1/50采用,且不宜小于150MM，并應(yīng)采取措施防止或減少主體結(jié)構(gòu)對樓板施加預(yù)應(yīng)力的阻礙作用。93（2）樓蓋的主要形式：①現(xiàn)澆樓蓋：肋梁樓蓋——板薄，混凝土用量少，自重輕，施工方便，較經(jīng)濟(jì)。但板底不平，可能影響美觀和使用，普通，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好；密肋樓蓋——省材料、自重輕、高度大、適用于大跨且梁高受限時、當(dāng)使用荷載較大時可有較好技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好；無梁樓蓋——適用于大跨且梁高受限、或升層法施工時；沖切問題平板樓蓋——廣泛用于剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)、可降低層高，平整；跨度大時自重大、不經(jīng)濟(jì)?現(xiàn)澆非預(yù)應(yīng)力空心板樓蓋94②預(yù)制板樓蓋預(yù)應(yīng)力空心板樓蓋——適用于高度50m以下時，但要求嚴(yán)格（縫內(nèi)設(shè)鋼筋、設(shè)現(xiàn)澆面層、加強板端連接）預(yù)應(yīng)力大樓板樓蓋——與房間同尺寸，雙向先張法預(yù)應(yīng)力筋，板邊齒槽；吊裝問題③預(yù)應(yīng)力疊合板樓蓋預(yù)制RC薄板（50-60mm），上現(xiàn)澆RC。省模板、剛大、整體性好④組合樓蓋壓型鋼板上現(xiàn)澆RC。省模板、自重小、厚度??；用鋼量大。957、下部結(jié)構(gòu)的選型基礎(chǔ)形式有以下幾種：（1）柱下獨立基礎(chǔ)適用于層數(shù)不多、地基承載力較好的框架結(jié)構(gòu)。當(dāng)抗震要求較高或土質(zhì)不均勻時，可在單柱基礎(chǔ)之間設(shè)置拉梁，以增加整體性。（2）條形基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)、交叉條形基礎(chǔ)比柱下獨立基礎(chǔ)整體性要好，可增加上部結(jié)構(gòu)的整體性。（3）鋼筋混凝土筏形基礎(chǔ)當(dāng)高層建筑層數(shù)不多、地基土較好、上部結(jié)構(gòu)軸線間距較小且荷載不大時，可以采用鋼筋混凝土筏形基礎(chǔ)。96（4）箱形基礎(chǔ)是高層建筑廣泛采用的一種基礎(chǔ)類型。它具有剛度大、整體性好的特點，適用于上部結(jié)構(gòu)荷載大而基礎(chǔ)土質(zhì)較軟弱的情況。它既能夠抵抗和協(xié)調(diào)地基的不均勻變形，又能擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積，將上部荷載均勻傳遞到地基上，同時，又使部分土體重量得到置換，降低了土壓力。（5）樁基也是高層建筑廣泛采用的一種基礎(chǔ)類型。樁基具有承載力可靠、沉降小的優(yōu)點，適用于軟弱土壤。震害調(diào)查表明，采用樁基常?？梢詼p少震害。但是必須注意，在地震區(qū)，應(yīng)避免采用摩擦樁，因為在地震時土壤會因震動而喪失摩擦力。（6）復(fù)合基礎(chǔ)層數(shù)較多時或土質(zhì)較弱時采用。97

二、結(jié)構(gòu)平面布置

平面形狀宜簡單、規(guī)則、對稱、均勻。結(jié)構(gòu)平面上剛度、質(zhì)量、豎向荷載宜分布均勻，并盡量使結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度中心、平面形心、質(zhì)量中心三心合一以減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。可設(shè)計成和Y、L、十、H等，其中風(fēng)載較小，A級建筑平面形狀不宜采用重疊或細(xì)腰H形，因凹處易應(yīng)力集中。平面布置基本要求：

98對有抗震要求的B級混合結(jié)構(gòu)及復(fù)雜高層建筑，更應(yīng)簡單規(guī)則，減少偏心。平面布置時應(yīng)盡量減少偏心、扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的產(chǎn)生，因為高層對扭轉(zhuǎn)影響特別敏感，且靠增加構(gòu)件承載力抵抗效果不明顯。樓層平面削弱過大對高層結(jié)構(gòu)非常不利?！陡咭?guī)》4.3.6對樓板平面較狹長（L/B有限定）,有較大凹入和開洞(如樓、電梯間）要求開洞尺寸不宜大于樓寬的一半，開洞面積不宜＞30%樓面。99

對艸和井字等外伸較大的建筑，如中央樓板有較大削弱時，應(yīng)加強樓板以及連接部位的墻體的構(gòu)造措施，必要時還可對外伸凹槽處設(shè)立連接梁或板。凡開大洞削弱均應(yīng)采取構(gòu)造措施。1、加厚洞口附近樓板，提高樓板的配筋率；采用雙層雙向配筋，或加配斜向鋼筋；2、洞口邊緣設(shè)置邊梁、暗梁；3、在樓板洞口角部集中配置斜向鋼筋。100規(guī)則結(jié)構(gòu)：指體型規(guī)則、平面布置均勻、對稱，并具有很好的抗扭剛度；豎向質(zhì)量和剛度無突變的結(jié)構(gòu)。三種平面不規(guī)則的類型：

1、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值的1.2倍。

2、凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%。

3、樓板局部不聯(lián)系樓板的尺寸和平面剛度急劇變化。101三、結(jié)構(gòu)豎向布置豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免過大的外挑和內(nèi)收，剛度沿高宜下大上小，逐漸勻變。不應(yīng)采取嚴(yán)重不規(guī)則結(jié)構(gòu).本層樓層側(cè)剛不宜小于相鄰上部樓層側(cè)剛的70%或其上相鄰三層側(cè)剛平均值的80%.A級建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于80%上一層受剪承載力，不應(yīng)小于65%上一層受剪承載力；B級不應(yīng)小于75%上一層受剪承載力。豎向抗側(cè)構(gòu)件宜上下貫通，否則按部分框支剪力墻、框支核心筒及復(fù)雜結(jié)構(gòu)處理。

102上部收進(jìn)且H1/H＞0.2時，

應(yīng)B1/B≥0.75上部外挑應(yīng)B/B1≥0.9

，

且a≤4M

結(jié)構(gòu)頂部取消部分墻、柱形成空曠房屋時，應(yīng)進(jìn)行彈性動力時程分析計算并采取有效構(gòu)造措施。高層建筑宜設(shè)地下室。103三種豎向不規(guī)則類型：

1、側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%2、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連接豎向抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件向下傳遞

3、樓層承載力突變抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一層的80%104基礎(chǔ)埋置深度：高層建筑由于高度大、重量大，受到的地震作用和風(fēng)荷載值較大，因而傾覆力矩和剪力都比較大。為了防止傾覆和滑移，高層建筑的基礎(chǔ)埋置深度要深一些，使高層建筑基礎(chǔ)周圍所受到的嵌固作用較大，減小地震反應(yīng)。105結(jié)論：結(jié)構(gòu)布置盡可能做到簡單、規(guī)則、均勻、對稱，使結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力、剛度和變形能力，避免因局部破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)破壞，避免局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位，使結(jié)構(gòu)具有多道抗震防線。106四、變形縫

變形縫是伸縮縫、沉降縫、防震縫的總稱。

高層建筑宜采用調(diào)整平面形狀和結(jié)構(gòu)布置，避免結(jié)構(gòu)不規(guī)則，亦可采用結(jié)構(gòu)措施如選擇節(jié)點連接、設(shè)剛性層，采取分階段施工，設(shè)后澆帶等等來解決問題，避免設(shè)變形縫。因為設(shè)縫將增加造價及施工難度。伸縮縫：高層由于溫度變化引起，為防止由此引起的房屋開裂等，如框架現(xiàn)澆55M；剪力墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆45M，框-剪結(jié)構(gòu)可視具體情況按規(guī)范表參照取用。有些情況下，如屋面無隔熱保溫措施、混凝土收縮較大或室內(nèi)結(jié)構(gòu)因施工外露時間較長時，伸縮縫間距應(yīng)適當(dāng)減小。氣候干燥地區(qū)、夏季炎熱且暴雨頻繁地區(qū)的結(jié)構(gòu)，伸縮縫間距宜適當(dāng)減小。107另外：如采取了如下措施，可適當(dāng)放寬伸縮縫間距，1.頂層、底層、山墻和縱墻端開間等溫度變化影響較大的部位提高配筋率2.頂層加強保溫隔熱措施，外墻設(shè)置外保溫層3.每30~40M間距留出施工后澆帶，帶寬800~1000MM，鋼筋采用搭接接頭，后澆帶混凝土宜在兩個月后澆灌4.頂部樓層改用剛度較小的結(jié)構(gòu)形式或頂部設(shè)局部溫度縫，將結(jié)構(gòu)劃分為長度較短的區(qū)段5.采用收縮小的水泥、減少水泥用量、在混凝土中加入適宜的外加劑6.提高每層樓板的構(gòu)造配筋率或采用部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。108沉降縫：高層建筑中主樓和裙房交接，重量相差大，常設(shè)沉降縫，但采取以下措施可不設(shè)：①基礎(chǔ)為樁基，且支承在基巖上②調(diào)整主樓與裙房的基底土壓力，使沉降量基本一致③預(yù)留沉降差，主樓先澆，裙房后澆，或在主裙間留出后澆帶，待沉降基本穩(wěn)定后再連為整體防震縫：高層建筑中如上部結(jié)構(gòu)平面形狀需要劃分為兩個以上單元時，各部分剛度和荷載相差大且無有效措施，另外，對于有較大錯層時，則其間宜設(shè)防震縫，設(shè)縫宜符合《高規(guī)》第4.3.10。1、最小寬度①框架:H≤15M,可取70MM;超過15M的部分,6、7、8、9109度相應(yīng)每增加高度5M、4M、3M、2M，宜加寬20MM。②框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋可按①部分規(guī)定的70%采用剪力墻結(jié)構(gòu)房屋可按①部分規(guī)定的50%采用，但兩者均不得小于70MM。2、兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時，按不利的結(jié)構(gòu)類型確定，高度不同時按低的確定。3、當(dāng)相鄰結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)存在較大沉降差時，宜增大防震縫寬度。4、防震縫宜按房屋全高設(shè)置；地下室、基礎(chǔ)可不設(shè)防震縫，但在與上部防震縫對應(yīng)處應(yīng)加強構(gòu)造和連接5、結(jié)構(gòu)單元之間或主樓與裙樓之間如無可靠措施，不應(yīng)采用牛腿托梁的做法設(shè)縫。最后：如同時設(shè)有伸縮縫、沉降縫，則其寬度應(yīng)符合防震縫最小寬度要求。110高層建筑所承受的荷載可分為豎向荷載和水平荷載兩部分。豎向荷載中重力荷載和樓面活荷載與一般結(jié)構(gòu)相同，與多層區(qū)別的是，這里豎載遠(yuǎn)大于多層，可能引起底層相當(dāng)大的內(nèi)力及附加內(nèi)力（如二階彎矩）。因此對高層側(cè)移限制較嚴(yán)。又由于高層的特點，水平力的影響已上升為主要矛盾。設(shè)計要求包括荷載效應(yīng)組合方法和承載力、變形的要求。

§14.3荷載與地震作用111一、風(fēng)載1、風(fēng)載的概念

是指空氣流動形成的風(fēng)遇到建筑物時，在建筑物表面產(chǎn)生的一種壓力和吸力。風(fēng)載的大小分布非常復(fù)雜，與風(fēng)速、風(fēng)向、建筑物高度、形狀、表面狀況以及周圍環(huán)境等因素有關(guān)。同時，風(fēng)力作用具有靜力作用與動力作用；與地震作用相比，持續(xù)時間比較長；在建筑物表面的分布不均勻，角區(qū)和建筑物內(nèi)收的局部區(qū)域，會產(chǎn)生較大的風(fēng)力。112風(fēng)力的靜力作用與動力作用

在空曠地面、離地10米高度處，測得建筑物上風(fēng)壓變化如圖——風(fēng)壓時程曲線?？梢?，風(fēng)壓由兩部分組成：1長周期部分：周期T>10分鐘；2短周期部分：周期T約為幾秒鐘。為便于分析，常把實際風(fēng)壓分解為平均風(fēng)壓（穩(wěn)定風(fēng)壓）與脈動風(fēng)壓（不穩(wěn)定風(fēng)壓）兩部分。因為長周期極大于一般結(jié)構(gòu)的自振周期，113所以平均風(fēng)壓相當(dāng)于靜力作用；脈動風(fēng)壓周期短，沿高度隨時間變化，屬動力性質(zhì)，將引起結(jié)構(gòu)振動，因此風(fēng)本身既具有動態(tài)、也具有靜態(tài)兩種特性。單廠及多層建筑結(jié)構(gòu)中，一般僅考慮它的靜力作用效應(yīng)，而對高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，則必須考慮風(fēng)壓脈動對結(jié)構(gòu)的動力作用與影響。實際設(shè)計中是采用加大風(fēng)載的辦法（對穩(wěn)定風(fēng)壓）來考慮這個動力效應(yīng)，即在風(fēng)壓上乘以一個大于1的風(fēng)振系數(shù)。

1142、風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值風(fēng)對建筑物表面的作用力大小，與建筑物體型、高度、建筑物所處位置、結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。垂直于建筑物表面的單位面積上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計算。

式中，——高層建筑基本風(fēng)壓值；

——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

——風(fēng)載體型系數(shù)；

——風(fēng)振系數(shù)。115當(dāng)計算維護(hù)結(jié)構(gòu)時總風(fēng)荷載總風(fēng)荷載是指建筑物各個表面所受風(fēng)荷載的合力，是沿建筑物高度變化的線荷載。通常按建筑物的主軸方向進(jìn)行計算。

116Z高處建筑物各個表面上承受風(fēng)壓的合力沿高度的線荷載為:合力作用點即總風(fēng)載作用點,其位置由靜力平衡條件定。

117局部風(fēng)荷載高層建筑由于高度大，高空中的局部水平構(gòu)件如檐口、雨蓬、遮陽板、陽臺所收上浮風(fēng)載較大，計算時風(fēng)載體型系數(shù)不宜小于2.0,立面有豎線條擋板引起的比平整墻面大，更為明顯，一般此類表面要增大6%~8%，此局部風(fēng)載應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件的局部強度驗算。1183、高層建筑基本風(fēng)壓值我國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》給出了各地的基本風(fēng)壓值。是用各地區(qū)空曠平坦地面上離地10m高、統(tǒng)計30年重現(xiàn)期的10分鐘平均風(fēng)速（m/s）計算得到的?；撅L(fēng)壓=

對于高層建筑，需要考慮重現(xiàn)期為50年的大風(fēng)，對于特別重要或者有特殊要求的高層建筑，需要考慮重現(xiàn)期為100年的強風(fēng)。因此要用基本風(fēng)壓值乘以系數(shù)1.1或1.2后，作為一般高層建筑及特別重要的高層建筑的基本風(fēng)壓值。1194、風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)速大小不僅與高度有關(guān)，一般越靠近地面風(fēng)速越小，愈向上風(fēng)速越大，而且風(fēng)速的變化與地貌及周圍環(huán)境有直接關(guān)系。我國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》將地面情況分為A、B、C三類：A類地面粗糙度：指海岸、湖岸、海島及沙漠地區(qū)；B類地面粗糙度：指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城鎮(zhèn)和大城市的郊區(qū)；C類地面粗糙度：指平均建筑高度在15m以上、有密集建筑群的大城市市區(qū)。120

風(fēng)壓高度變化系數(shù)反應(yīng)了不同高度處和不同地面情況下的風(fēng)速情況。1215、風(fēng)載體型系數(shù)風(fēng)載體型系數(shù)是指建筑物表面所受實際風(fēng)壓與基本風(fēng)壓的比值。通過實測可以看出，風(fēng)壓在建筑物表面的分布不是均勻的，如p49圖3.7所示。在風(fēng)荷載計算時，為簡化計算，一般將建筑物各個表面的風(fēng)壓看成是均勻分布的。

風(fēng)荷載體型系數(shù)與高層建筑的體型、平面尺寸等有關(guān)。

1226、風(fēng)振系數(shù)

空氣在流動時，風(fēng)速、風(fēng)向都在不停地改變。建筑物所受到的風(fēng)荷載是不斷波動的。風(fēng)壓的波動周期一般較長，對一般建筑物影響不大，可以按靜載來對待。但是，對于高度較大或剛度相對較小的高層建筑來講，就不能忽視風(fēng)壓的動力效應(yīng)。在設(shè)計中，用風(fēng)振系數(shù)來考慮。123對高度大剛度小的高層波動逢會產(chǎn)生不可忽略的動力變流（使建筑物在風(fēng)壓造成的側(cè)移附近振動）,設(shè)計中采用加大風(fēng)載來來考慮這個動力效應(yīng)，乘，對高度≤30M且高寬比＜1.5的高層及其基本自振周期≤0.25秒的高聳取=1.0,對高度﹥30M且高寬比﹥1.5的高層構(gòu)架、塔架、煙囪等高聳取Z高處:

其中：為脈動增大系數(shù)；

為脈動影響系數(shù)；

為振型系數(shù)，由結(jié)構(gòu)動力計算確定，可僅考慮受方向基本振型，當(dāng)質(zhì)量與剛度沿高比較均勻時，也可根據(jù)相對高度Z/H按《荷載規(guī)范》附錄F確定.124二、地震作用1、地震的基本知識地震：地球在不停地運動，深部巖石的應(yīng)變超過容許值，巖層將發(fā)生斷裂、錯動和碰撞，從而引發(fā)地面振動。按成因分類：地震分為天然地震和人工地震兩大類。天然地震主要是構(gòu)造地震、火山地震、陷落地震等。人工地震是指工業(yè)爆破、地下核爆炸造成的振動，高壓注水以及大水庫蓄水也會誘發(fā)地震。其中90%以上的地震為構(gòu)造地震。

1252、地震災(zāi)害實例

1976年7月28日唐山大地震，在唐山（烈度達(dá)10度）、天津（8度）、北京（6度）的高層建筑發(fā)生了嚴(yán)重的震害。

2008年5月2日14時28分據(jù)國家地震臺網(wǎng)重新核定，北京時間5月12日14時28分，在四川汶川縣（北緯31度，東經(jīng)103.4度)發(fā)生的地震震級為8.0級。

2010年4月14日4月14日7時49分40秒，青海省玉樹藏族自治州玉樹縣發(fā)生7.1級地震，震源深度14千米。震中位于縣城附近（緯度(33.1°N)經(jīng)度(96.6°E)），其后發(fā)生一千多次余震，導(dǎo)致2698人遇難，270人失蹤。

2013年4月20號8時03分，四川雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級地震，震源深度13米。震中位于龍門鄉(xiāng)馬邊溝附近，目前已造成193人死亡，25人失蹤，12000多人受傷（截止4月24日），目前傷亡人數(shù)還在統(tǒng)計。126震源：地殼深處巖層發(fā)生斷裂、錯動和碰撞的地方。震中：震源正上方的地面。震中距：地面上某點至震中的距離，震中距愈遠(yuǎn)，所遭受的地震破壞愈小。地震波：地震以波的形式向四周傳播?？v波（P波）體波地震波橫波（S波）

面波（L波）對建筑物的影響較大。127震級：衡量地震釋放能量的等級，用符號M表示。M=lgAM<2的地震稱為微震或無感地震；M=2~4的地震稱為有感地震，M>5的地震稱為破壞地震；M>7的地震稱為強震或大地震；M>8的地震稱為特大地震。

地震烈度：地震時在一定地點震動的強烈程度?！吨袊卣鹆叶缺怼穼⒌卣鹆叶确譃?2度，《中國地震烈度區(qū)劃圖》給出了全國各地地震基本烈度取值。1283、地震作用的特點地震波傳播產(chǎn)生地面運動，通過基礎(chǔ)影響上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動稱為結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，包括加速度、速度和位移反應(yīng)。

大多數(shù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算主要考慮水平地震作用，原因如下：

地面水平振動使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生移動和擺動；扭轉(zhuǎn)振動使結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，其對房屋破壞性很大，但目前尚無法計算，主要采用概念設(shè)計方法加大結(jié)構(gòu)的抵抗能力，以減少房屋破壞程度；地面豎向振動只在震中附近的高烈度區(qū)影響房屋結(jié)構(gòu)。129

地面運動的特性可以用三個特征量來描述：強度（由振幅值大小表示）、頻譜和持續(xù)時間。

強度、頻譜和持續(xù)時間也被稱為地震動三要素，其原因是：如果地震的加速度或速度幅值很大，但地震時間短，建筑的破壞可能不大；

如果地面運動的加速度或速度幅值不太大，但地震波的卓越周期（頻譜分析中能量占主導(dǎo)地位的頻率成分）與結(jié)構(gòu)物基本周期接近，或者振動時間很長，其將對建筑物造成嚴(yán)重影響。130建筑本身的動力特性對建筑物是否破壞和破壞程度也很大的影響。（建筑物動力特性是指建筑物的自振周期、振型和阻尼，它們與建筑的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)。）質(zhì)量大、剛度大、周期短的建筑物在地震作用下的慣性力較大；剛度小、周期長的建筑物位移較大，但慣性力較?。划?dāng)?shù)卣鸩ǖ闹芷谂c建筑物自振周期相近時，會引起類共振，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)加劇。1314、房屋破壞的直接原因

地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂縫或錯位等地面變形，對上部建筑物的直接危害。地震引起的砂土液化，軟土震陷等地基失效，對上部建筑物的破壞。建筑物在地面激發(fā)下產(chǎn)生劇烈震動過程中因結(jié)構(gòu)強度不足、過大變形、連接破壞，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或整體傾覆而破壞。

1325、震害規(guī)律（1）房屋體形方面：L形等復(fù)雜平面房屋破壞率顯著增高；（2）有大底盤的高層建筑群房頂面與主樓相接處，樓板面積突然減小的樓層破壞程度加重；（3）屋高寬比值較大且上面各層剛度很大的高層建筑底層框架柱因地震傾覆力矩引起的巨大壓力而發(fā)生剪壓破壞；（4）防震縫處多因縫的寬度太小而發(fā)生碰撞。1336、結(jié)構(gòu)體系方面

相對框架體系而言，采用“框－墻體系”（框剪體系）的房屋破壞程度輕，特別有利于保護(hù)填充墻和裝飾免遭破壞。采用“填充墻框架”體系的房屋，在鋼筋混凝土框架平面內(nèi)嵌砌磚填充墻時，柱上部易發(fā)生剪切破壞，外墻框架柱在窗洞處因受窗下墻的約束而發(fā)生短柱型剪切破壞。采用“鋼筋混凝土板柱體系”的房屋，或因樓板沖切破壞，或因樓層側(cè)移過大柱頂、柱腳破壞，各層樓板墜落，重疊在地面上。采用“框托墻”體系（框支剪力墻）的房屋，相對柔弱的底層，破壞程度十分嚴(yán)重。1347、剛度分布方面

采用L形、三角形等不對稱平面的建筑，地震時發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞而使震害加重；矩形平面建筑，電梯間豎筒等抗側(cè)力構(gòu)件布置存在偏心時，同樣因扭轉(zhuǎn)而使震害加重。1358、構(gòu)件形式方面

鋼筋混凝土多肢剪力墻的窗下墻（連梁）常發(fā)生斜向裂縫或交叉裂縫。在框架結(jié)構(gòu)中，絕大多數(shù)情況下，柱的破壞程度重于梁的板。鋼筋混凝土框架，如在同一樓層中出現(xiàn)長、短柱并用的情況，短柱破壞嚴(yán)重。配筋螺旋箍的鋼筋混凝土柱，當(dāng)層間位移角達(dá)到很大數(shù)值時，核心混凝土依然保持完好，依然具有較大的豎向承載力；對于配制方形箍的鋼筋混凝土柱，箍筋繃開，核心混凝土破碎脫落。136三、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防1、基本烈度：該地區(qū)在未來一定時期內(nèi)（如50年）在一般場地條件下可能遭遇的最大地震烈度。一般采用建筑物所在地區(qū)的基本烈度。對于重要和特別重要的建筑加以調(diào)整。2、建筑根據(jù)其使用功能的重要性分為：甲類建筑――重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑；乙類建筑――地震時使用功能不能中斷或需要盡快恢復(fù)的建筑；丙類建筑――除甲、乙、丁類以外的一般建筑；丁類建筑――抗震次要的建筑。1373、設(shè)防烈度的取值

除甲類外，其他建筑取本地區(qū)基本烈度作為計算設(shè)防烈度。確定建筑的抗震構(gòu)造措施時，除甲類有特殊的規(guī)定外，對于乙類建筑按基本烈度提高一度作為設(shè)防烈度（9度適當(dāng)增強措施），對于丙類建筑，按原基本烈度，對于丁類建筑，則降低一度設(shè)防。國家抗震文件規(guī)定，6度區(qū)內(nèi)100萬以上人口大城市的高層建筑，抗震計算和構(gòu)造按7度設(shè)防。1384、江蘇各個城市的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：1395、抗震設(shè)防的三個水準(zhǔn)目標(biāo)

抗震設(shè)防的目標(biāo)和要求，是根據(jù)一個國家的經(jīng)濟(jì)力量、科技水平、建筑材料和設(shè)計、施工現(xiàn)狀等綜合制定的，并會隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)水平的發(fā)展而改變?，F(xiàn)階段，我國的房屋建筑采用三個水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。在小震作用下，房屋應(yīng)該不需修理并可繼續(xù)使用；在中震作用下，允許結(jié)構(gòu)局部進(jìn)入屈服階段，經(jīng)過一般修理即可繼續(xù)使用；在大震作用下，構(gòu)件可能嚴(yán)重屈服，結(jié)構(gòu)破壞，但房屋不應(yīng)倒塌、不應(yīng)出現(xiàn)危及生命財產(chǎn)的嚴(yán)重破壞。140三個設(shè)防水準(zhǔn)的建筑的破壞程度與層間位移角的大致對應(yīng)關(guān)系如圖所示：141

小、中、大震是指概率統(tǒng)計意義上的地震烈度大?。?/p>

小震是指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率約為63％的地震烈度，即眾值烈度，又稱多遇地震。中震是指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率約為10％的地震烈度，又稱基本烈度或設(shè)防烈度。

大震是指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率約為2％～3％的地震烈度，又稱為罕遇地震。142

各個地區(qū)和城市的設(shè)防烈度是由國家規(guī)定的。某地區(qū)的設(shè)防烈度，是指基本烈度，也就是指中震。小震烈度大約比基本烈度低1.55度，大震烈度大約比基本烈度高1度。143

對建筑抗震的三個水準(zhǔn)設(shè)防要求，是通過“兩階段設(shè)計”來實現(xiàn)。（1）第一階段

采用第一水準(zhǔn)烈度的地震動參數(shù)，先計算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng)，與風(fēng)、重力等荷載效應(yīng)組合，并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計，從而滿足第一水準(zhǔn)的強度要求；采用同一地震動參數(shù)計算出結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角，使其不超過規(guī)定的限值。同時采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延續(xù)、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準(zhǔn)的變形要求。144

（2）第二階段

采用第三水準(zhǔn)烈度的地震動參數(shù)，計算出結(jié)構(gòu)（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié)）的彈塑性層間位移角，使之小于《抗震規(guī)范》限值。并結(jié)合采取必要的抗震構(gòu)造措施，從而滿足第三水準(zhǔn)的防倒塌要求。

可采用的計算方法：①簡化計算方法②彈塑性時程分析法145四、水平地震作用計算

計算地震作用的方法可以分為靜力法、反應(yīng)譜法（擬靜力法，分為底部剪力法和震型分解反應(yīng)譜法）和時程分析法（直接動力法）三大類。我國《抗震規(guī)范》要求在設(shè)計階段按照反應(yīng)譜方法計算地震作用，少數(shù)情況才需要采用時程分析法進(jìn)行補充計算。規(guī)范要求進(jìn)行第二階段驗算的建筑是少數(shù)，第二階段驗算采用彈塑性靜力分析或彈塑性時程分析方法。1461、反應(yīng)譜方法反應(yīng)譜理論是采用反應(yīng)譜確定地震作用的理論。20世紀(jì)40年代開始，世界上結(jié)構(gòu)抗振理論開始進(jìn)入反應(yīng)譜理論階段，是抗震理論的一大飛越，到20世紀(jì)50年代末已基本取代了靜力理論。反應(yīng)譜是通過單自由度彈性體系的地震反應(yīng)計算得到的譜曲線，對于單自由度體系，把慣性力看作反映地震對結(jié)構(gòu)體系影響的等效力，用它對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗算。。目前我國抗震設(shè)計都是采用加速度反應(yīng)譜計算地震作用。1472、反應(yīng)譜的底部剪力法底部剪力法只考慮結(jié)構(gòu)的基本振型，適用于高度不超過40m、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)。

框架、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是比較典型的以剪切變形為主的結(jié)構(gòu)。用底部剪力法計算地震作用時，將多自由度體系等效成單自由度體系，只考慮結(jié)構(gòu)的基本自振周期計算總水平地震力，然后再按一定規(guī)律分配到各個樓層。148（1）結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計算公式：---水平地震影響系數(shù)---地震作用標(biāo)準(zhǔn)值---結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值---結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值149（2）重力荷載代表值