高層建筑結(jié)構(gòu)第一章高層建筑結(jié)構(gòu)概述一、高層建筑概述高層建筑的定義:1.1高層建筑的定義《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ-2002）中定義：10層及10層以上或房屋高度大于28m的建筑。高層建筑高度一般指室外地面至主要屋面的距離，不包括局部突出屋面的電梯機房、水箱、構(gòu)架等高度。1.2我國高層建筑的發(fā)展我國高層建筑在解放前很少，50－60年代陸續(xù)建成一些，如1959年的北京民族飯店，高47.4m，12層；1964年的北京民航大樓，15層，高60.8m；1968年的廣州賓館，27層，高88m，是60年代我國建成的最高建筑。70年代開始我國高層建筑有了較大發(fā)展，主要用于住宅、旅館和辦公樓，層數(shù)一般在20－30層。1.3國外高層建筑簡介1883年美國芝加哥建成的11層家庭保險大樓為近代高層建筑的開端，國外較著名的高層建筑有：美國，帝國大廈(紐約，381m，102層)、世界貿(mào)易中心(紐約，402m，110層)、西爾斯大廈(芝加哥，443m，110層)、水塔廣場大廈(芝加哥，262m，76層)；馬來西亞，石油大廈(450m，88層，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu))；朝鮮，柳京飯店(305m，101層,最高的鋼筋混凝土大廈)。平壤柳京飯店105層320米三千個房間

金字塔型建筑高度排名高度排名國內(nèi)主要高層建筑（374-500m）主要高層建筑介紹臺北101大廈CCTV上海環(huán)球金融中心結(jié)構(gòu)示意圖討論高層的技術(shù)發(fā)展與經(jīng)濟的關(guān)系環(huán)保安全二、高層建筑設(shè)計的特點水平荷載和地震作用成為高層建筑的控制因素。高層結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅需要較大的承載能力，還需要較大的剛度控制水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移?？刂苽?cè)向位移的原因：1）過大的側(cè)向變形會使人不舒服，影響使用；2）過大的側(cè)向變形會使填充墻或建筑裝修出現(xiàn)裂縫或損壞，也會使電梯軌道變形；3）過大的側(cè)向變形會使主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫甚至損壞；4）過大的側(cè)向變形會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力甚至倒塌。

三、高層建筑的結(jié)構(gòu)類型（按材料分）

按照承重結(jié)構(gòu)材料類型可分為鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種。高層鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、自重輕、抗震性能好、施工方便快捷等優(yōu)點,但缺點是造價高、耐火性能差，大量防火涂料的使用也影響工期與造價。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有造價低、耐火性能好、側(cè)向剛度大、截面形式多樣等優(yōu)點，缺點是構(gòu)件尺寸較大、自重大、使用空間受限。

目前大多數(shù)高層建筑采用混合結(jié)構(gòu)，即鋼框架或型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土筒體所組成的混合結(jié)構(gòu)體系。框架柱多采用鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱，框架梁多采用型鋼混凝土梁或鋼梁。為加強結(jié)構(gòu)承載力與抗側(cè)剛度，混合結(jié)構(gòu)中還經(jīng)常采用加強層、巨型支撐、伸臂桁架等結(jié)構(gòu)形式。第二章高層建筑結(jié)構(gòu)體系與布置原則

主要結(jié)構(gòu)體系有：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、束筒及巨型框架。2.1框架結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件由梁、柱組成的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)優(yōu)點與缺點:優(yōu)點：建筑平面布置靈活，能提供較大的室內(nèi)空間，易于滿足多功能的使用要求。在結(jié)構(gòu)受力方面，框架結(jié)構(gòu)自振周期長，地震反應(yīng)小，經(jīng)合理設(shè)計后可具有良好的延性。缺點：抗側(cè)移剛度小，地震作用下側(cè)向位移大，易使填充墻開裂，并引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。建筑高度不能過高，一般在15層以下。

框架結(jié)構(gòu)受力及設(shè)計要點1.全部荷載由梁柱承擔(dān)；(豎向,水平荷載)2.框架側(cè)向變形由梁柱彎曲變形與柱軸向變形兩部分組成；3.整體側(cè)向變形呈剪切型變形；(彎,剪變形)4.應(yīng)設(shè)計為雙向框架結(jié)構(gòu)；(縱橫向)5.隔墻應(yīng)采用輕質(zhì)隔墻或輕質(zhì)填充材料;6.宜采用現(xiàn)澆混凝土樓蓋。2.2剪力墻結(jié)構(gòu)

利用鋼筋混凝土墻體作為承受豎向、水平荷載的結(jié)構(gòu)。墻體本身也可作為維護和房間分隔構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)形式主要應(yīng)用于高層住宅和旅館。優(yōu)點：整體性好、剛度大、承載力高、水平荷載下的側(cè)向變形小。缺點：墻體間距不能過大，平面布置不靈活，結(jié)構(gòu)自重大，材料強度無法充分發(fā)揮，不能滿足公共建筑使用要求。當(dāng)剪力墻的高寬比較大時，可視為一個受彎為主的懸臂構(gòu)件，其側(cè)向變形是彎曲型。2.2剪力墻結(jié)構(gòu)

利用鋼筋混凝土墻體作為承受豎向、水平荷載的結(jié)構(gòu)。墻體本身也可作為維護和房間分隔構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)形式主要應(yīng)用于高層住宅和旅館。優(yōu)點：整體性好、剛度大、承載力高、水平荷載下的側(cè)向變形小。缺點：墻體間距不能過大，平面布置不靈活，結(jié)構(gòu)自重大，材料強度無法充分發(fā)揮，不能滿足公共建筑使用要求。當(dāng)剪力墻的高寬比較大時，可視為一個受彎為主的懸臂構(gòu)件，其側(cè)向變形是彎曲型。底部大空間剪力墻(部分框支剪力墻)結(jié)構(gòu)2.3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

框架-剪力墻是指由框架和剪力墻共同承受荷載的結(jié)構(gòu)體系。即保留了框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點，又具有剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大，抗震性能好的優(yōu)點。在該結(jié)構(gòu)體系中，剪力墻承擔(dān)約80%的水平荷載，是主要抗側(cè)力體系?？蚣軇t主要承擔(dān)豎向荷載，以及少量的水平作用。框架本身在水平荷載作用下呈剪切型變形，而剪力墻則呈彎曲型變形，當(dāng)二者通過樓蓋協(xié)同工作時，變形必須協(xié)調(diào)，側(cè)向變形將呈彎剪型。根據(jù)以上分析的受力特點，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)無論是承載力還是側(cè)向變形都較純框架有較大的提高。剪力墻的布置原則1)剪力墻宜沿主軸方向或其它方向雙向布置，墻肢截面簡單規(guī)則；2)剪力墻應(yīng)盡量布置在結(jié)構(gòu)區(qū)段的樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位，剪力墻間距不宜過大；3)縱、橫剪力墻宜組成L、T、［形等型式；4)剪力墻應(yīng)貫通建筑物全高，避免剛度突變，洞口應(yīng)盡量做到上下對齊；5)抗震設(shè)計時，剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50％；6)較長的墻肢宜開設(shè)洞口將其分成長度均勻的若干墻段，墻段之間用弱連梁連接，每個獨立墻段的總高度與其截面高度之比不應(yīng)小于2，墻肢截面高度不宜大于8m。2.4板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)板柱結(jié)構(gòu)：由鋼筋混凝土無梁樓板和柱組成。

優(yōu)點：施工方便，使用空間大，布置靈活；

缺點：節(jié)點抗震性能差，整體剛度小。通過設(shè)置剪力墻，或?qū)?、電梯間做成鋼筋混凝土筒體，即形成板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)適用于抗震設(shè)防烈度不超過8度且高度有限制的建筑中。2.5框架-支撐（抗震墻板）結(jié)構(gòu)支撐框架：框架中設(shè)置支撐斜桿，多用于鋼結(jié)構(gòu)；框架-支撐結(jié)構(gòu)：框架+支撐框架。

受力特點：支撐框架側(cè)向剛度大，承擔(dān)水平荷載多，其作用類似于剪力墻。支撐框架的類型：中心支撐框架和偏心支撐框架。中心支撐框架：支撐斜桿的軸線交匯于框架梁柱軸線的交點?；拘问接袉涡睏U支撐、人字形支撐、V形支撐、K形支撐和交叉支撐。注意：抗震結(jié)構(gòu)不采用K形支撐；

偏心支撐：支撐連接位置偏離梁柱節(jié)點，每根斜桿應(yīng)至少一端與框架梁相連，在梁端或梁跨中形成消能梁段?；拘问接校簡涡睏U、人字形和V形等。地震作用下，消能梁段腹板剪切屈服，通過腹板塑性變形耗散地震能量，支撐斜桿、框架柱和消能梁段以外的梁均保持彈性，其抗震性能明顯優(yōu)于中心支撐框架。2.6筒體結(jié)構(gòu)由單個或多個筒體承受荷載的結(jié)構(gòu)體系。筒體可分為實腹筒、框筒和桁架筒。前面提到的剪力墻圍成的筒體稱為實腹筒。在實腹筒的墻體上開出許多規(guī)則排列的窗洞所形成的開孔筒體稱為框筒，它實際上是由密排柱和剛度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架圍成的筒體。如果筒體的四壁是由豎桿和斜桿形成的桁架組成，則稱為桁架筒。束筒或多筒體系：兩個以上框筒（或其它筒體）排列在一起形成的束狀結(jié)構(gòu)稱為成束筒。例如美國西爾斯大廈就是9個框筒組成的正方形筒體。成束筒結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力比筒中筒又有提高。2.7巨型框架利用筒體作為柱子，在各筒體之間每隔數(shù)層用巨型框架連接，筒體與巨型梁之間即形成巨型框架。由于巨型框架的梁、柱截面很大，抗彎剛度和承載能力也很大，因此它的抗側(cè)剛度比一般框架大很多。2.8高層建筑結(jié)構(gòu)布置原則最大適應(yīng)高度影響因素：房屋結(jié)構(gòu)類型是否抗震設(shè)訪設(shè)防烈度討論:如超出此高度會怎樣?高寬比限值討論：剛結(jié)構(gòu)長細比，砌體結(jié)構(gòu)的高厚比驗算。為了保證高層建筑的剛度，穩(wěn)定性應(yīng)考慮高寬比限《高規(guī)》一般規(guī)定：高層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)具有必要的承載能力、剛度和變形能力；避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力；對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取有效措施予以加強。宜：結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位；宜具有多道抗震防線。2.8.1結(jié)構(gòu)平面布置1.平面宜簡單、規(guī)則、對稱，減少偏心；2.平面長度不宜過長，突出部分不宜過大。3.不宜采用角部重疊的平面圖形或細腰形平面；4.結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響；在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A級高度不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于平均值的1.5倍。B級高度相應(yīng)值為1.2，1.4。5.當(dāng)樓板平面比較狹長、有較大的凹入和開洞而使樓板有較大削弱時，應(yīng)在設(shè)計中考慮樓板削弱產(chǎn)生的不利影響；2.8.2結(jié)構(gòu)豎向布置1.高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應(yīng)采用豎向嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)；2.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%；3.A級高度高層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級高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的75％。3.抗震設(shè)計時結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下貫通；4.高層建筑宜設(shè)地下室。2.8.3不規(guī)則結(jié)構(gòu)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001中規(guī)定的三種平面不規(guī)則類型和三種豎向不規(guī)則類型，平面不規(guī)則類型包括扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)；1）當(dāng)樓層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倍時，為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；大于1.5倍時，為扭轉(zhuǎn)嚴(yán)重不規(guī)則。2）結(jié)構(gòu)平面凹進的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30％，l/Bmax>0.3時，為樓板凹凸不規(guī)則。3）樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，如樓板有效寬度小于典型寬度的50％，或開洞面積大于該層樓層面積的30％，或較大的樓層錯層，為樓板局部不連續(xù)。豎向不規(guī)則包括側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)和樓層承載力突變。1）側(cè)向剛度不規(guī)則2）豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)柱、剪力墻、支撐在某層中斷，其內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架）向下傳遞。3）樓層承載力突變結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一層的80％。高層建筑中有個別項目超過上述不規(guī)則類型的指標(biāo)，則此結(jié)構(gòu)為不規(guī)則結(jié)構(gòu)；若有多項超過不規(guī)則類型的指標(biāo)，或某一項超過不規(guī)則指標(biāo)過多，此結(jié)構(gòu)為特別不規(guī)則；若有多個項目超過不規(guī)則的指標(biāo)比較多，或某一項超過了嚴(yán)重不規(guī)則的上限，則為嚴(yán)重不規(guī)則。高層建筑允許采用不規(guī)則結(jié)構(gòu)，但需采取計算和構(gòu)造方面的有效措施，要盡可能避免特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)，不允許采用嚴(yán)重不規(guī)則結(jié)構(gòu)。2.9設(shè)縫的規(guī)定2.9.1防震縫1）抗震設(shè)計時高層建筑宜調(diào)整平面形狀和結(jié)構(gòu)布置，避免結(jié)構(gòu)不規(guī)則，不設(shè)防震縫。2）鋼筋混凝土框架房屋防震縫寬度，當(dāng)高度不超過15m時為70mm；超過15m，6、7、8、9度分別每增加5m、4m、3m、2m，加寬20mm；框剪和剪力墻結(jié)構(gòu)房屋的防震縫寬度，可分別采用框架結(jié)構(gòu)防震縫寬度的70％和50％，但都不小于70mm。防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同時，按需要較寬防震縫的結(jié)構(gòu)類型和較低房屋高度確定縫寬。3）防震縫應(yīng)沿房屋全高設(shè)置，地下室、基礎(chǔ)可不設(shè)防震縫，但在防震縫處應(yīng)加強構(gòu)造和連接。2.9.2伸縮縫混凝土在硬化過程中會產(chǎn)生收縮，同時已建成的結(jié)構(gòu)在溫度變化時也會有熱脹冷縮，這種變形受到約束時就在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，甚至造成開裂。溫度應(yīng)力的危害在房屋的底部和頂部最明顯，底部樓層的變形受基礎(chǔ)的約束顯著，而頂部樓層由于日照的直接作用，溫度變化劇烈，溫度應(yīng)力較大。解決辦法常用的有設(shè)置后澆帶，寬度可采用700-1000mm，兩側(cè)留出鋼筋頭，待氣溫較低、收縮變形完成一定程度時采用搭接或焊接的方式連接，再澆注微膨脹混凝土。高層建筑結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距宜符合下表規(guī)定：工程中避免設(shè)伸縮縫的措施1）頂層、底層、山墻和縱墻端開間等溫度變化較大的部位提高配筋率；2）頂層采用隔熱措施，外墻設(shè)置外保溫層；3）高層建筑在頂部設(shè)置雙墻或雙柱，做局部伸縮縫；4）采用收縮小的水泥，減小水泥用量，加入外加劑；5）提高每層樓板的構(gòu)造配筋率或采用部分預(yù)應(yīng)力。后澆帶后澆帶宜設(shè)置在受力和變形較小的部位，間距宜為30～60m，寬度宜為700～1000mm。后澆帶可做成平直縫，主筋不宜在后澆帶中斷開，如必須斷開，則主筋搭接