第第 一一 章章 高层建筑结构概述 高层建筑的范畴高层建筑的范畴 通常以通常以建筑的高度和层数建筑的高度和层数两个指标来判定，但两个指标来判定，但 全世界范围内目前还没有一个统一的划分标准全世界范围内目前还没有一个统一的划分标准。 国际高层建筑会议（国际高层建筑会议（1972，伯利恒）划分标准，伯利恒）划分标准 多层建筑多层建筑 8层层 高层建筑高层建筑 第一类第一类 9 16层层 高度高度50m 第二类第二类 1725层层 高度高度75m 第三类第三类 2540层高度层高度100m 第四类第四类(超高层超高层) 40层层 高度高度100m问题问题: :高层建筑的定义高层建筑的定义 ？民用建筑设计通则民用建筑设计通则 (JGJ37 ) (JGJ37 )、高层民用建筑高层民用建筑 筑设计防火规范筑设计防火规范(GB 50045)(GB 50045)中规定：中规定：住宅建筑住宅建筑1010层及层及1010层以上为高层建筑；层以上为高层建筑；除住宅建筑之外的民用建筑高度超过除住宅建筑之外的民用建筑高度超过24m24m者者 为高层建筑为高层建筑( (不包括建筑高度超过不包括建筑高度超过24m24m的单层的单层 公共建筑公共建筑) )。高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)(JGJ3-2010)规定规定：1010层层及及1010层层以以上上或或高高度度超超过过28m28m的的住住宅宅以以及及房房屋屋高高度度大大于于24m24m的的其其他他民民用用建建筑筑为为高高层层建建筑筑。（本课程内容的依据）（本课程内容的依据） 我国对高层建筑的定义我国对高层建筑的定义 高层建筑设计特点小结高层建筑设计特点小结高层建筑同时承受竖向荷载和水平荷载，随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，但计仍有着重要的影响，但水平荷载已成为结水平荷载已成为结构设计的控制因素，侧移成为控制指标。构设计的控制因素，侧移成为控制指标。对高层建筑，水平荷载和竖向荷载产生的对高层建筑，水平荷载和竖向荷载产生的轴轴力力均很大，不容忽略。均很大，不容忽略。为了保证高层建筑的为了保证高层建筑的抗震抗震性能，结构应具有性能，结构应具有较大的延性。较大的延性。高层建筑的高层建筑的材料材料用量随高度增加而加大，可用量随高度增加而加大，可通过优化设计减小材料用量。通过优化设计减小材料用量。 高层建筑结构的主要材料：钢、钢筋、混凝土高层建筑结构的主要材料：钢、钢筋、混凝土高层建筑结构的主要材料：钢、钢筋、混凝土高层建筑结构的主要材料：钢、钢筋、混凝土 相应的结构构件（以材料分类）可分为：相应的结构构件（以材料分类）可分为：相应的结构构件（以材料分类）可分为：相应的结构构件（以材料分类）可分为： 钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件（包括钢骨混凝土构钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件（包括钢骨混凝土构钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件（包括钢骨混凝土构钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件（包括钢骨混凝土构件和钢管混凝土构件）。件和钢管混凝土构件）。件和钢管混凝土构件）。件和钢管混凝土构件）。 相应的结构分类（以材料分类）：相应的结构分类（以材料分类）：相应的结构分类（以材料分类）：相应的结构分类（以材料分类）：钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构（两种或两种以上材料的钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构（两种或两种以上材料的钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构（两种或两种以上材料的钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构（两种或两种以上材料的构件组成的结构，如钢构件构件组成的结构，如钢构件构件组成的结构，如钢构件构件组成的结构，如钢构件+ +钢筋混凝土构件等）钢筋混凝土构件等）钢筋混凝土构件等）钢筋混凝土构件等）1 1）钢结构钢结构钢结构钢结构具有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变具有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变具有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变具有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变形能力大，有利于抗震，可以工厂预制，现场拼装，交叉作业形能力大，有利于抗震，可以工厂预制，现场拼装，交叉作业形能力大，有利于抗震，可以工厂预制，现场拼装，交叉作业形能力大，有利于抗震，可以工厂预制，现场拼装，交叉作业但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。高层建筑结构的主要材料高层建筑结构的主要材料小结小结 2 2）钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土是应用最广的建筑材料。具有价格低，可浇筑是应用最广的建筑材料。具有价格低，可浇筑是应用最广的建筑材料。具有价格低，可浇筑是应用最广的建筑材料。具有价格低，可浇筑成任成任成任成任 何形状，不需要防火，刚度大。但强度低，构件截面大何形状，不需要防火，刚度大。但强度低，构件截面大何形状，不需要防火，刚度大。但强度低，构件截面大何形状，不需要防火，刚度大。但强度低，构件截面大占用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。占用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。占用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。占用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。 高强混凝土是近高强混凝土是近高强混凝土是近高强混凝土是近4040年来建筑材料最重要的发明创造年来建筑材料最重要的发明创造年来建筑材料最重要的发明创造年来建筑材料最重要的发明创造。高强。高强。高强。高强 可减小柱、墙截面尺寸，早强可加快施工进度，密实可提高可减小柱、墙截面尺寸，早强可加快施工进度，密实可提高可减小柱、墙截面尺寸，早强可加快施工进度，密实可提高可减小柱、墙截面尺寸，早强可加快施工进度，密实可提高 耐久性、弹性模量高，徐变小可减小压缩变形。但高强混凝耐久性、弹性模量高，徐变小可减小压缩变形。但高强混凝耐久性、弹性模量高，徐变小可减小压缩变形。但高强混凝耐久性、弹性模量高，徐变小可减小压缩变形。但高强混凝 土变形能力小，脆性大，易开裂，耐火不如普通混凝土等。土变形能力小，脆性大，易开裂，耐火不如普通混凝土等。土变形能力小，脆性大，易开裂，耐火不如普通混凝土等。土变形能力小，脆性大，易开裂，耐火不如普通混凝土等。3 3）混合结构混合结构混合结构混合结构是梁板柱墙等基本构件或结构的一部分采用不同是梁板柱墙等基本构件或结构的一部分采用不同是梁板柱墙等基本构件或结构的一部分采用不同是梁板柱墙等基本构件或结构的一部分采用不同材料混合而成。包括材料混合而成。包括材料混合而成。包括材料混合而成。包括组合结构构件组合结构构件组合结构构件组合结构构件如钢骨为骨架，外包钢筋混如钢骨为骨架，外包钢筋混如钢骨为骨架，外包钢筋混如钢骨为骨架，外包钢筋混凝土，钢骨、混凝土，钢骨、混凝土，钢骨、混凝土，钢骨、混 凝土为整体、共同受力，钢骨可以做施工平台，凝土为整体、共同受力，钢骨可以做施工平台，凝土为整体、共同受力，钢骨可以做施工平台，凝土为整体、共同受力，钢骨可以做施工平台，与钢构件比：与钢构件比：与钢构件比：与钢构件比： 用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件比：重量轻，比：重量轻，比：重量轻，比：重量轻， 承载力大，抗震性能好。承载力大，抗震性能好。承载力大，抗震性能好。承载力大，抗震性能好。高层建筑结构的主要材料高层建筑结构的主要材料小结小结 第一章第一章 小结小结高层建筑是相对于多层建筑而言的，通常以建筑的高高层建筑是相对于多层建筑而言的，通常以建筑的高度和层数作为两个主要指标，全世界至今没有一个统度和层数作为两个主要指标，全世界至今没有一个统一的划分标准。一的划分标准。我国规定，我国规定，1010层及层及1010层以上或房屋高层以上或房屋高度超过度超过28m28m的混凝土结构民用建筑物为高层建筑；超的混凝土结构民用建筑物为高层建筑；超高层建筑也没有统一和确切的定义，一般泛指某个国高层建筑也没有统一和确切的定义，一般泛指某个国家或地区内较高的一些建筑。家或地区内较高的一些建筑。与多层建筑结构相比，与多层建筑结构相比，高层建筑结构的最主要特点是高层建筑结构的最主要特点是水平荷载成为设计的决定性因素水平荷载成为设计的决定性因素，侧移限值为确定各，侧移限值为确定各抗侧力构件数量或截面尺寸的控制指标抗侧力构件数量或截面尺寸的控制指标，有些构件除，有些构件除必须考虑弯曲变形外尚须考虑轴向变形和剪切变形，必须考虑弯曲变形外尚须考虑轴向变形和剪切变形，地震区的高层建筑结构还需控制结构构件的延性指标。地震区的高层建筑结构还需控制结构构件的延性指标。混凝土结构、钢结构和钢与混凝土混合结构混凝土结构、钢结构和钢与混凝土混合结构，是当前，是当前广泛应用于高层建筑的结构类型广泛应用于高层建筑的结构类型。其中钢与混凝土混。其中钢与混凝土混合结构是近年来发展较快、具有广阔前景的新型结构合结构是近年来发展较快、具有广阔前景的新型结构它融合了钢结构和混凝土结构的优点，承载力高、延它融合了钢结构和混凝土结构的优点，承载力高、延性好、变形能力强，从而具有较强的抗风和抗震能力。性好、变形能力强，从而具有较强的抗风和抗震能力。 第二章第二章 高层建筑的结构体系 与结构布置 本章重点本章重点高层建筑结构体系的构件受力特性高层建筑结构体系的构件受力特性高层建筑结构体系的种类及应用范围高层建筑结构体系的种类及应用范围高层建筑结构体系的总体布置原则高层建筑结构体系的总体布置原则抗侧力结构的选型和布置抗侧力结构的选型和布置 （难点难点）高层建筑结构的结构体系高层建筑结构的结构体系抗侧力构件的基本形式与受力特性抗侧力构件的基本形式与受力特性结构的承重单体与抗侧力结构单元结构的承重单体与抗侧力结构单元高层结构体系的发展过程高层结构体系的发展过程常用高层结构体系的类型常用高层结构体系的类型竖向结构体系及选择原则竖向结构体系及选择原则水平承重体系及选择原则水平承重体系及选择原则 结构的整体性结构的整体性 分体系的功能分体系的功能 水平结构由竖向结构水平结构由竖向结构支撑支撑 竖向结构靠水平结构保持竖向结构靠水平结构保持稳定稳定 水平体系和竖向体系共同作用形成空间结构水平体系和竖向体系共同作用形成空间结构 两个分体系必须综合考虑，共同设计两个分体系必须综合考虑，共同设计水平体系承受楼盖和水平体系承受楼盖和屋盖等竖向荷载，并屋盖等竖向荷载，并传递到竖向体系传递到竖向体系水平体系通过横隔板水平体系通过横隔板作用，将水平荷载分作用，将水平荷载分配到竖向抗侧体系配到竖向抗侧体系竖向体系承受竖向荷载，竖向体系承受竖向荷载，将荷载传递到基础将荷载传递到基础竖向体系承受水平剪力，竖向体系承受水平剪力，并将总剪力传递到基础并将总剪力传递到基础竖向体系抵抗由倾覆力竖向体系抵抗由倾覆力 矩产生的弯曲内力矩产生的弯曲内力 结构的承重单体与抗侧力结构单元结构的承重单体与抗侧力结构单元基本构件或其组合基本构件或其组合如柱、墙、框架、桁架、实如柱、墙、框架、桁架、实腹筒、框筒等腹筒、框筒等是联系杆件和分体系的是联系杆件和分体系的“桥梁桥梁”，是建筑结构的基本受力单元，是建筑结构的基本受力单元，也称作，也称作承重单承重单体体或或抗侧力单元抗侧力单元。尽管单个的杆件可以作为基本的受力单元，如尽管单个的杆件可以作为基本的受力单元，如柱、墙等，但柱、墙等，但构件只有作为构件只有作为单独单独的一个基本的的一个基本的受力单元时受力单元时才可称其为承重单体或抗侧力单元才可称其为承重单体或抗侧力单元。高层建筑结构体系通常高层建筑结构体系通常按照其承重单体与抗侧按照其承重单体与抗侧力单元的特性来力单元的特性来命名命名。问题：问题：高层建筑主要有几种结构体系？高层建筑主要有几种结构体系？ 高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、框高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、框剪、筒体等，由它们可组成多种结构体系。剪、筒体等，由它们可组成多种结构体系。整个结构整个结构体系的命名常取自竖向结构体系。体系的命名常取自竖向结构体系。框架结构框架结构剪力墙结构剪力墙结构筒体结构筒体结构带加强层高层建筑结构带加强层高层建筑结构 框架框架- -核心筒结构核心筒结构 框架框架- -剪力墙结构剪力墙结构 小结小结 高层建筑的结构体系高层建筑的结构体系概念概念：所谓高层建筑建筑的结构体系是指：所谓高层建筑建筑的结构体系是指结构结构抵抗外部作用的构件类型及组成方式。抵抗外部作用的构件类型及组成方式。组成组成：结构总体系由竖向结构体系、水平承重：结构总体系由竖向结构体系、水平承重体系及基础体系三个基本分体系组成。体系及基础体系三个基本分体系组成。抗侧力体系的合理选择和布置是高层建筑结构抗侧力体系的合理选择和布置是高层建筑结构设计的关键设计的关键。 高层建筑结构体系选择高层建筑结构体系选择高层建筑结构的高层建筑结构的选型原则选型原则常用常用的高层建筑结构体系的高层建筑结构体系竖向结构体系（抗侧力体系）的选择竖向结构体系（抗侧力体系）的选择水平承重体系（楼盖体系）及其选择水平承重体系（楼盖体系）及其选择 高层建筑结构的选型原则高层建筑结构的选型原则要根据建筑高度、抗震设防类别、设防烈要根据建筑高度、抗震设防类别、设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术确定度、场地类别、结构材料和施工技术确定与其匹配的、经济的结构体系，与其匹配的、经济的结构体系，使结构效使结构效能得到充分发挥，建筑材料得到充分利用能得到充分发挥，建筑材料得到充分利用满足建筑满足建筑使用使用要求要求尽可能与建筑型式相一致尽可能与建筑型式相一致平面和立面型式规则，受力好，有足够的平面和立面型式规则，受力好，有足够的承载力、刚度和延性（承载力、刚度和延性（安全安全）施工简便，经济合理（施工简便，经济合理（可行可行） 高层结构体系类型高层结构体系类型 框架结构体系框架结构体系 剪力墙结构体系剪力墙结构体系 框架框架剪力墙结构体系剪力墙结构体系 筒中筒结构体系筒中筒结构体系 多筒体系多筒体系 巨型结构体系巨型结构体系 随着建筑功能及形式的不断发展，随着建筑功能及形式的不断发展，相信会有更多更新的结构体系出现。相信会有更多更新的结构体系出现。 高层建筑结构体系类型高层建筑结构体系类型 一一.框架结构框架结构 框架结构体系框架结构体系 1、定义：、定义：由横梁、立柱组成的结构（由横梁、立柱组成的结构（杆件体系杆件体系）称为框架。）称为框架。 节点节点全部或大部分为全部或大部分为刚性连接刚性连接。横向框梁柱纵向框梁 2、分类：、分类： 按施工方法不同，框架结构可分为按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式现浇式、装配式和装配整体式三三 种。在地震区，多采用梁、柱、板种。在地震区，多采用梁、柱、板全现浇全现浇或梁柱现浇、板预制或梁柱现浇、板预制半现浇半现浇的的 方案；在非地震区，有时可采用梁、柱、板均方案；在非地震区，有时可采用梁、柱、板均预制预制的方案。的方案。 3、受力变形特点：、受力变形特点： 框架结构的框架结构的侧移侧移一般由两部分组成：一般由两部分组成： 1）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的框架结构的整体剪切变形整体剪切变形Us； 2）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩）形成框架结构的拉伸，另一侧柱压缩）形成框架结构的整体弯曲变形整体弯曲变形Ub； 3）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。变形，整体弯曲变形的影响很小。 注：框架结构属于注：框架结构属于柔性结构柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。，侧移主要表现为整体剪切变形。 框架结构体系应用框架结构体系应用框架是由梁和柱刚结而成的平面结构体系。如果整幢框架是由梁和柱刚结而成的平面结构体系。如果整幢结构都由框架作为抗侧向力单元就称为框架结构体系。结构都由框架作为抗侧向力单元就称为框架结构体系。在水平荷载作用下，框架可视为一根空腹的悬臂柱在水平荷载作用下，框架可视为一根空腹的悬臂柱，该悬臂柱的截面高度即为框架的跨度。该悬臂柱的截面高度即为框架的跨度。优点：优点：建筑平面布置灵活，分隔方便；建筑平面布置灵活，分隔方便；整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有 较好的塑性变形能力；较好的塑性变形能力； 外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。缺点：缺点：侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差。正是这一。正是这一点，限制了框架结构的建造高度。点，限制了框架结构的建造高度。高规高规规定规定，在，在非地震区，现浇钢筋混凝土框架结构房屋的最大适用非地震区，现浇钢筋混凝土框架结构房屋的最大适用高度为高度为70m，最大高宽比为，最大高宽比为5。 异形柱异形柱框架结构框架结构：由形、形、形或十字形截面柱构成。由形、形、形或十字形截面柱构成。 截面各肢的截面各肢的肢高肢厚比不大于肢高肢厚比不大于4（试行规范）（试行规范）。 二剪力墙结构二剪力墙结构 广州白天鹅宾馆广州白天鹅宾馆 剪力墙结构体系剪力墙结构体系 1、定义：、定义：由钢筋混凝土剪力墙（用于抗震结构时也称由钢筋混凝土剪力墙（用于抗震结构时也称抗震墙抗震墙） 承受全部水平作用和竖向荷载的结构体系。承受全部水平作用和竖向荷载的结构体系。 剪力墙结构平面图剪力墙结构平面图 剪力墙结构是在框架结构的剪力墙结构是在框架结构的基础上发展起来的（抗弯刚度基础上发展起来的（抗弯刚度)。 实例实例 剪力墙结构体系应用剪力墙结构体系应用一般是在钢筋混凝土结构中，用实心的钢筋混凝土一般是在钢筋混凝土结构中，用实心的钢筋混凝土墙片作为抗侧力单元，同时由墙片承担竖向荷载。墙片作为抗侧力单元，同时由墙片承担竖向荷载。优点：优点：整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强 抗震性能较好，设计合理时结构具有较好抗震性能较好，设计合理时结构具有较好塑性变形能力，因而剪力墙结构适宜的建造高度比塑性变形能力，因而剪力墙结构适宜的建造高度比框架结构要高。房间墙面及天花板平整，层高较小，框架结构要高。房间墙面及天花板平整，层高较小，特别适用于特别适用于住宅、宾馆住宅、宾馆等建筑。等建筑。 （结构高度：几十（结构高度：几十米米 100多米，多米，十几层到三十多层十几层到三十多层）缺点：结构自重较大；受楼板跨度的限制（一般为缺点：结构自重较大；受楼板跨度的限制（一般为38m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活。灵活。2、受力变形特点、受力变形特点： 在水平荷载作用下，剪力墙可视为竖向悬臂在水平荷载作用下，剪力墙可视为竖向悬臂构件构件。在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱薄壁柱；在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端 自由的悬臂柱（自由的悬臂柱（深梁深梁）。）。注：注： 1）剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧）剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小。向变形较小。 2）剪力墙结构属于）剪力墙结构属于刚性结构刚性结构，对于高宽比较大的，对于高宽比较大的剪力墙，侧向变形呈剪力墙，侧向变形呈弯曲型弯曲型。 1）定义：定义：特殊情况下，为了在建筑底部做成较大空间，将剪力墙结特殊情况下，为了在建筑底部做成较大空间，将剪力墙结构房屋的底层或底部几层做成框架，这种结构即为构房屋的底层或底部几层做成框架，这种结构即为框支剪力墙框支剪力墙结构亦结构亦属于属于带转换层高层建筑结构带转换层高层建筑结构。2）破坏特点破坏特点：带转换层高层建筑结构在其转换层：带转换层高层建筑结构在其转换层上、下层间侧向刚上、下层间侧向刚度发生突变，形成柔性底层或底部，度发生突变，形成柔性底层或底部，在地震作用下易遭破坏甚至倒塌。在地震作用下易遭破坏甚至倒塌。 3）布置原则布置原则：在底部大空间剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布：在底部大空间剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布置在两端或中部，并置在两端或中部，并将纵、横向墙围成筒体将纵、横向墙围成筒体；另外，还应采取增大墙；另外，还应采取增大墙体厚度、提高混凝土强度等措施体厚度、提高混凝土强度等措施加大落地墙体的侧向刚度加大落地墙体的侧向刚度，使上、下，使上、下部侧向刚度差别尽量小应加强过渡层楼板的整体性和刚度。（上部可部侧向刚度差别尽量小应加强过渡层楼板的整体性和刚度。（上部可采用短肢剪力墙）采用短肢剪力墙） 框架和剪力墙竖向复合框架和剪力墙竖向复合 框支剪力墙结构框支剪力墙结构部分框支剪力墙立面布置示意图部分框支剪力墙立面布置示意图 短肢剪力墙结构短肢剪力墙结构 厚度不大的剪力墙开大洞口厚度不大的剪力墙开大洞口 一般是在电梯、楼梯部位布置剪力墙，形成筒体，其他一般是在电梯、楼梯部位布置剪力墙，形成筒体，其他部位则根据需要，在纵横墙交接处设置截面高度为左右部位则根据需要，在纵横墙交接处设置截面高度为左右的、十、形截面的、十、形截面短肢剪力墙短肢剪力墙（墙肢截面高度与厚度之比墙肢截面高度与厚度之比为为58） ，墙肢之间在楼面处用连梁连接，并用轻质材料填，墙肢之间在楼面处用连梁连接，并用轻质材料填充，形成使用功能合理及可减轻结构自重的短肢剪力墙结构充，形成使用功能合理及可减轻结构自重的短肢剪力墙结构体系。（一般出现在非抗震区及体系。（一般出现在非抗震区及6、7度设防区多高层住宅中）度设防区多高层住宅中）高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构，高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构，即即应设置一定数量的一般剪力墙和井筒。应设置一定数量的一般剪力墙和井筒。 三、框架三、框架- -剪力墙结构剪力墙结构上海交大包兆龙图书馆上海交大包兆龙图书馆1、定义：、定义：为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度 大的特点，当建筑物需要有较大空间，且超过了框架结构的合理高度时，大的特点，当建筑物需要有较大空间，且超过了框架结构的合理高度时， 可采用可采用框架和剪力墙共同工作框架和剪力墙共同工作的结构体系。的结构体系。 剪力墙剪力墙剪力墙剪力墙框架梁框架梁框架梁框架梁框架梁框架梁剪力墙剪力墙剪力墙剪力墙 框架框架-剪力墙结构体系剪力墙结构体系 基本结构水平复合基本结构水平复合 框架剪力墙结构体系应用框架剪力墙结构体系应用将框架、剪力墙将框架、剪力墙两种抗侧力单元结合两种抗侧力单元结合在一起在一起使用，就形成了框架剪力墙结构体系。使用，就形成了框架剪力墙结构体系。这种结构形式扬长避短，具备了纯框架结构这种结构形式扬长避短，具备了纯框架结构和纯剪力墙结构的优点，同时克服了纯框架和纯剪力墙结构的优点，同时克服了纯框架结构抗侧移刚度小和纯剪力墙结构平面布置结构抗侧移刚度小和纯剪力墙结构平面布置不够灵活的缺点。不够灵活的缺点。框架框架-剪力墙结构体系的适用范围和适用高度剪力墙结构体系的适用范围和适用高度较宽（较宽（1040层层），是一种较好的结构体系。），是一种较好的结构体系。 2、受力变形特点：、受力变形特点： 框架框架-剪力墙结构体系剪力墙结构体系以框架为主以框架为主，并布置一定数量的剪力墙并布置一定数量的剪力墙，通过，通过 水平刚度很大的楼盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载。其中水平刚度很大的楼盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载。其中剪力墙剪力墙 承担大部分水平荷载，框架只承担较小的一部分。承担大部分水平荷载，框架只承担较小的一部分。 注：注：在水平荷载作用下，框架的侧向变形属剪切型，层间侧移自上而在水平荷载作用下，框架的侧向变形属剪切型，层间侧移自上而 下逐层增大；剪力墙的侧向变形一般是弯曲型，其层间侧移自上而下逐下逐层增大；剪力墙的侧向变形一般是弯曲型，其层间侧移自上而下逐 层减小。当框架与剪力墙通过楼盖形成框架层减小。当框架与剪力墙通过楼盖形成框架-剪力墙结构时，各层楼盖因剪力墙结构时，各层楼盖因 其巨大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致，其巨大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致，其侧向变形介于剪其侧向变形介于剪 切型与弯曲型之间，一般属于弯剪型。切型与弯曲型之间，一般属于弯剪型。剪力墙结构属于中刚性结构剪力墙结构属于中刚性结构 兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于侧向刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于1040 层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。4、框架、框架-剪力墙结构中剪力墙结构中剪力墙的数量和布置：剪力墙的数量和布置： 1）剪力墙的数量：不宜过多，以满足位移限值为宜。）剪力墙的数量：不宜过多，以满足位移限值为宜。 2）剪力墙的布置：不宜过长；不宜少于）剪力墙的布置：不宜过长；不宜少于3道，最好作成道，最好作成筒体；对称布置；在纵横向数量接近；应贯通全高，上下刚筒体；对称布置；在纵横向数量接近；应贯通全高，上下刚度连贯而均匀。度连贯而均匀。3、框架、框架 剪力墙结构剪力墙结构优点：优点： 框剪力体系中剪力墙的布置框剪力体系中剪力墙的布置 框架剪力墙结构体系中剪力墙的布置应注意以下几点：框架剪力墙结构体系中剪力墙的布置应注意以下几点：剪力墙以剪力墙以对称布置对称布置为好，可减少结构的扭转。这一点为好，可减少结构的扭转。这一点 在地震区尤为重要；在地震区尤为重要；剪力墙应剪力墙应上下贯通上下贯通使结构刚度连续而且变化均匀；使结构刚度连续而且变化均匀；剪力墙宜双向剪力墙宜双向布置成筒体布置成筒体，层数较少时也应将剪力墙布，层数较少时也应将剪力墙布置成置成T型、型、L型、型、I型等型等，便于剪力墙更好地发挥作用；，便于剪力墙更好地发挥作用；剪力墙应布置在剪力墙应布置在结构的外围结构的外围，可加强结构的整体抗扭作用。，可加强结构的整体抗扭作用。 剪力墙剪力墙宜拉通宜拉通对直以取得加大的抗侧刚度。但当两榀纵向对直以取得加大的抗侧刚度。但当两榀纵向剪力墙布置在同一轴线上而又相距甚远时应注意温度及混剪力墙布置在同一轴线上而又相距甚远时应注意温度及混凝土收缩等的影响。凝土收缩等的影响。剪力墙的间距不应过大，且避免在楼面内开过大的洞口。剪力墙的间距不应过大，且避免在楼面内开过大的洞口。 剪力墙间距剪力墙间距应符合要求。应符合要求。 横向剪力墙的最大间距横向剪力墙的最大间距 楼楼盖盖形形式式非抗非抗震震设计设计抗震设计设防抗震设计设防烈度烈度6-76-7度度8 8度度9度现现浇浇5B5B6060m m4B4B5050m m3B3B4040m m2B30m装装配配整整体体3.3.5B5B5050m m3B3B4040m m2.2.5 5B B3030m m * B为楼板宽度为楼板宽度 框架剪力墙布置实例框架剪力墙布置实例 四四 筒体结构筒体结构筒体筒体是由美国工程师是由美国工程师 Fazlar Khan 创造的高效结创造的高效结构形式，构形式，由多片平面构件或多根线形构件围成筒由多片平面构件或多根线形构件围成筒状结构状结构。筒体结构具有造型美观、使用灵活、受。筒体结构具有造型美观、使用灵活、受力合理及整体性强等优点，适用于较高高层建筑。力合理及整体性强等优点，适用于较高高层建筑。筒体最主要的特点是它的空间受力性能筒体最主要的特点是它的空间受力性能。筒体是。筒体是空间整截面工作的，无论那一种筒体，空间整截面工作的，无论那一种筒体，在水平力在水平力的作用下都可以看成是固定于基础上的悬臂结构的作用下都可以看成是固定于基础上的悬臂结构（箱型悬臂梁箱型悬臂梁），），比单片平面结构比单片平面结构具有更大的抗具有更大的抗侧移刚度和承载能力，侧移刚度和承载能力，因而适宜建造高度更高的因而适宜建造高度更高的超高层建筑，超高层建筑，特别适用于特别适用于30层以上或层以上或 100m 以上以上的超高层办公楼的超高层办公楼。同时，由于筒体的对称性，筒。同时，由于筒体的对称性，筒体结构具有体结构具有很好的抗扭刚度很好的抗扭刚度。 筒体结构的筒体筒体结构的筒体筒体结构是由竖向筒体为主组成的承受竖向和筒体结构是由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的建筑结构。水平作用的建筑结构。筒体结构的筒体分剪力墙围成的薄壁筒和由密筒体结构的筒体分剪力墙围成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的框筒等。柱框架或壁式框架围成的框筒等。筒体结构体系由筒体结构体系由核心筒结构核心筒结构、框筒结构框筒结构、桁架桁架（支撑）筒结构（支撑）筒结构所组成。所组成。核心筒核心筒一般由布置在楼梯间、电梯间以及设备一般由布置在楼梯间、电梯间以及设备管线井道四周的管线井道四周的钢筋混凝土墙钢筋混凝土墙围成。高层建筑围成。高层建筑平面布置中，电梯等服务性设施用房常常位于平面布置中，电梯等服务性设施用房常常位于房屋中部房屋中部，核心筒因此得名。因筒壁上仅开有，核心筒因此得名。因筒壁上仅开有少量洞口，故亦称少量洞口，故亦称实腹筒。实腹筒。核心筒核心筒（亦称实腹筒）（亦称实腹筒）筒壁上仅少量洞口筒壁上仅少量洞口框筒结构框筒结构（空腹筒体）（空腹筒体）由密柱深梁组成由密柱深梁组成框筒是由布置在框筒是由布置在房屋四周房屋四周的的密集立柱与高跨比密集立柱与高跨比很大的窗间梁很大的窗间梁所组成的一个所组成的一个多孔筒体多孔筒体。从形式上看，犹如四榀平面框架在房屋的四角从形式上看，犹如四榀平面框架在房屋的四角组合而成，故称为框筒结构。因立面上组合而成，故称为框筒结构。因立面上开有很开有很多窗洞多窗洞，故有时也称为，故有时也称为空腹筒空腹筒。框筒结构在侧向力作用下，不但与侧向力平行框筒结构在侧向力作用下，不但与侧向力平行的两榀平面框架（常称为的两榀平面框架（常称为腹板框架腹板框架）受力，而）受力，而且与侧向力垂直的两榀框架（称为且与侧向力垂直的两榀框架（称为翼缘框架翼缘框架）也参与工作，通过也参与工作，通过角柱的连接角柱的连接（传递侧向荷载（传递侧向荷载产生三维应力，形成框筒结构的重要构件），产生三维应力，形成框筒结构的重要构件），形成一个空间受力体系。形成一个空间受力体系。筒体结构筒体结构 框筒框筒 筒体的水平截面为筒体的水平截面为单孔或多孔的箱形截面单孔或多孔的箱形截面。 筒体最筒体最主要的受力特点是它的空间性能，主要的受力特点是它的空间性能，在水平荷载作用下在水平荷载作用下筒体可视为下端固定、顶端自由的（筒状）悬臂构件。筒体可视为下端固定、顶端自由的（筒状）悬臂构件。注注 1）空间性能：按材料力学计算其应力分布特点。）空间性能：按材料力学计算其应力分布特点。 2) 剪力滞后现象：剪力滞后现象： 对于框筒结构，在对于框筒结构，在翼缘框架翼缘框架中，远离腹板框架的各柱轴力愈来愈小；在中，远离腹板框架的各柱轴力愈来愈小；在腹板框架腹板框架中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律比按直线规律递减的要快递减的要快。上述现象称之为。上述现象称之为剪力滞后剪力滞后（详教材（详教材P222） 框筒结构框筒结构受力变形特点受力变形特点实际应力分布实际应力分布翼缘框架翼缘框架腹腹板板框框架架腹腹板板框框架架翼缘框架翼缘框架荷载作用方向荷载作用方向材料力学解答材料力学解答实际应力分布实际应力分布材料力学解答材料力学解答角柱应力较大角柱应力较大 中部应力较小中部应力较小（曲线分布曲线分布）（直线分布直线分布）3）产生剪力滞后现象的原因产生剪力滞后现象的原因 框筒中各柱之间存在剪力，框筒中各柱之间存在剪力， 剪力使联系柱子的窗裙梁产生剪切变形，加之梁、柱的弯剪力使联系柱子的窗裙梁产生剪切变形，加之梁、柱的弯 曲变形，使柱之间的轴力传递减弱。曲变形，使柱之间的轴力传递减弱。 4）框筒剪力滞后现象愈严重，参与受力翼缘框架柱愈少，框筒剪力滞后现象愈严重，参与受力翼缘框架柱愈少， 愈不能充分发挥材料的作用，也减小了结构的整体抗侧刚度，愈不能充分发挥材料的作用，也减小了结构的整体抗侧刚度，空间受力性能愈弱。空间受力性能愈弱。 5）框筒结构布置的关键是）框筒结构布置的关键是如何减少剪力（切）滞后如何减少剪力（切）滞后： （1）要求设计密柱深梁；）要求设计密柱深梁； （2）建筑平面应接近方形；）建筑平面应接近方形； （3）结构高宽比宜大于）结构高宽比宜大于3，高度不小于，高度不小于60m； （4）楼板的整体性好。）楼板的整体性好。 4、优缺点：、优缺点： 筒体结构具有很大的侧向刚度及水平承载力，筒体结构具有很大的侧向刚度及水平承载力， 并具有很好的抗扭刚度。并具有很好的抗扭刚度。剪力滞后使结构计算变得更复杂剪力滞后使结构计算变得更复杂 筒中筒结构体系筒中筒结构体系筒中筒结构体系是由筒中筒结构体系是由内筒和外筒内筒和外筒两个筒体组两个筒体组 成的结构体系。成的结构体系。内筒通常是由剪力墙围成的实腹筒（开洞很内筒通常是由剪力墙围成的实腹筒（开洞很少），而外筒一般采用框筒或桁架筒。少），而外筒一般采用框筒或桁架筒。其中其中 框筒框筒是由密柱深梁框架围成的筒体（可视为是由密柱深梁框架围成的筒体（可视为多孔竖向箱型梁多孔竖向箱型梁），桁架筒桁架筒则是筒体的四壁则是筒体的四壁采用桁架做成采用桁架做成（与框筒相比，桁架筒具有更（与框筒相比，桁架筒具有更大的抗侧移刚度）。大的抗侧移刚度）。研究表明，筒中筒结构的空间受力性能与其研究表明，筒中筒结构的空间受力性能与其高度和高宽比有关。高度和高宽比有关。 一一 般用核心筒（实腹筒）做内筒，框筒或桁架筒般用核心筒（实腹筒）做内筒，框筒或桁架筒做外筒。做外筒。框筒的侧向变形以剪切变形为主，内筒框筒的侧向变形以剪切变形为主，内筒 一一 般般以弯曲变形为主，以弯曲变形为主，二者通过楼板联系，共同抵抗水平二者通过楼板联系，共同抵抗水平荷载，其协同工作原理与框架荷载，其协同工作原理与框架-剪力墙结构类似。剪力墙结构类似。 筒中筒结构受力变形特点筒中筒结构受力变形特点 设计恰当时，框架设计恰当时，框架核心筒核心筒结构可以形成外周框架与核心筒结构可以形成外周框架与核心筒共同工作的共同工作的双重抗侧力结构体系双重抗侧力结构体系 。 框筒结构或筒中筒结构在侧向力框筒结构或筒中筒结构在侧向力作用下的作用下的侧移曲线呈弯剪型侧移曲线呈弯剪型 。 框筒也可作为抗侧力结构框筒也可作为抗侧力结构单独使用单独使用即成为框筒结构即成为框筒结构（较少采用）（较少采用）。为了减小楼板和梁的跨度，在框筒中部可。为了减小楼板和梁的跨度，在框筒中部可设置一些柱子。这些柱子仅用来承受竖向荷载，不考虑其设置一些柱子。这些柱子仅用来承受竖向荷载，不考虑其承受水平荷载。承受水平荷载。框筒结构应用框筒结构应用注意注意： 框架框架-筒体结构与框筒筒体结构与框筒不是同一个概念不是同一个概念。后者指的是。后者指的是由密柱深梁组成的空腹筒（空由密柱深梁组成的空腹筒（空间），一般作为结构单元；而间），一般作为结构单元；而前者是由框架和筒体（核心筒）前者是由框架和筒体（核心筒）结构单元组成的结构，其中的结构单元组成的结构，其中的框架与筒体是框架与筒体是平行的受力单元平行的受力单元 框架框架核心筒结构体系核心筒结构体系 1、定义：、定义：由核心筒与由核心筒与外围的稀柱框架外围的稀柱框架组成的高层建筑结构。组成的高层建筑结构。 2、受力变形特点：、受力变形特点： 筒体主要承担水平荷载，框架主要承担竖向荷载。筒体主要承担水平荷载，框架主要承担竖向荷载。结构兼有框架结构结构兼有框架结构 与筒体结构两者的优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又具有较与筒体结构两者的优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又具有较 大侧向刚度和水平承载力，大侧向刚度和水平承载力， 其受力和变形特点与框架其受力和变形特点与框架-剪力墙结构类似。剪力墙结构类似。3、与筒中筒结构的区别：、与筒中筒结构的区别： 1）筒中筒结构具有良好的空间性能筒中筒结构具有良好的空间性能；框架框架-核心筒结构特别是外围框架核心筒结构特别是外围框架一般按平面结构进行分析。一般按平面结构进行分析。 2）框架一核心筒结构的抗侧刚度远小于筒中筒结构框架一核心筒结构的抗侧刚度远小于筒中筒结构。 3）筒中筒结构中抵抗剪力以实腹筒为主，抵抗倾覆力矩则以外框筒为）筒中筒结构中抵抗剪力以实腹筒为主，抵抗倾覆力矩则以外框筒为主；框架一核心筒结构中主；框架一核心筒结构中核心筒（实腹筒）成为主要抗侧力部分核心筒（实腹筒）成为主要抗侧力部分。 注注： 1）对由密柱深梁形成的框筒结构，由于空间作用，在水平荷载作用下）对由密柱深梁形成的框筒结构，由于空间作用，在水平荷载作用下 其翼缘框架柱承受很大的轴力。其翼缘框架柱承受很大的轴力。 2）当）当框筒框筒柱距加大，裙梁的跨高比加大时，剪力滞后加重，柱轴力将柱距加大，裙梁的跨高比加大时，剪力滞后加重，柱轴力将随着框架柱距的加大而减小，即随着框架柱距的加大而减小，即对柱距较大的对柱距较大的“稀柱筒体稀柱筒体”，翼缘框架，翼缘框架柱仍然会产生一些轴力，存在一定的空间作用。柱仍然会产生一些轴力，存在一定的空间作用。 3）当柱距增大到与普通框架相似时，除角柱外，其它柱的轴力将很小）当柱距增大到与普通框架相似时，除角柱外，其它柱的轴力将很小由量变到质变，通常就可忽略沿翼缘框架传递轴力的作用，按平面结构由量变到质变，通常就可忽略沿翼缘框架传递轴力的作用，按平面结构进行分析。进行分析。4）为使周边框架柱参与抗倾覆，可在核心筒与框架柱之间）为使周边框架柱参与抗倾覆，可在核心筒与框架柱之间设置水平伸臂构件（加强层）。设置水平伸臂构件（加强层）。 建筑结构选型建筑结构选型 综合的系统决策综合的系统决策 结构方案选取（结构选型和结构布置）是否合理，结构方案选取（结构选型和结构布置）是否合理，对安全和经济性起着决定性作用。对安全和经济性起着决定性作用。结构选型包括结构材料和结构形式结构选型包括结构材料和结构形式(体系）选择。体系）选择。结构材料的选择主要依据建筑的使用功能。结构材料的选择主要依据建筑的使用功能。结构体系是结构设计应考虑的最关健问题。结构体系是结构设计应考虑的最关健问题。结构体系的选择要考虑结构受力的合理性，施结构体系的选择要考虑结构受力的合理性，施 工的便利性，造价的经济性。工的便利性，造价的经济性。 竖向结构竖向结构（抗侧力）（抗侧力）体系的选择体系的选择使用功能使用功能建筑平面建筑平面建筑高度建筑高度抗震等级抗震等级地质条件地质条件施工技术施工技术用用途途 50m 50m住住宅宅剪力墙、框架剪力墙、框架-剪剪力墙力墙剪力墙、框架剪力墙、框架-剪力墙剪力墙旅旅馆馆剪力墙、框架剪力墙、框架-剪剪力墙、框架力墙、框架剪力墙、框架剪力墙、框架-剪力墙、筒体剪力墙、筒体办办公公框架框架-剪力墙、框剪力墙、框架架框架框架-剪力墙、剪力墙、筒体筒体 结构的刚度是选择结构体系要考虑的重要因素。抗侧结构的刚度是选择结构体系要考虑的重要因素。抗侧力结构设计是高层建筑结构设计的力结构设计是高层建筑结构设计的关键关键和主要工作。和主要工作。 高层建筑结构总体布置原则高层建筑结构总体布置原则 抗侧力结构体系的适用高度抗侧力结构体系的适用高度 高层建筑高宽比限值高层建筑高宽比限值 抗震结构体系要求与抗震等级抗震结构体系要求与抗震等级 建筑平面和结构平面布置建筑平面和结构平面布置 建筑立面和结构竖向布置建筑立面和结构竖向布置 关于不规则结构关于不规则结构 变形缝的设置变形缝的设置 高层建筑楼盖高层建筑楼盖 基础选型及基础埋深基础选型及基础埋深 房屋最大适用高度房屋最大适用高度结构体系结构体系非抗震非抗震6度度7度度8度度9度度框架框架 70 60 55 45 25框架框架-剪力墙剪力墙 140130 120 100 50剪力墙剪力墙全部落地剪力墙全部落地剪力墙 150140140 120 120 100 100 60 60部分框支剪力墙部分框支剪力墙 130120120 100 100 80 80 不应采用不应采用不应采用不应采用筒体筒体框架框架框架框架- -核心筒核心筒核心筒核心筒 160150150 130 130 100 100 70 70筒中筒筒中筒 200180180 150 150 120 120 80 80板柱板柱板柱板柱- -抗震墙抗震墙抗震墙抗震墙 704040 35 35 30 30不应采用不应采用不应采用不应采用1 房屋高度指室外地面至主要屋面高度（不包括局部突出屋面的机房等）房屋高度指室外地面至主要屋面高度（不包括局部突出屋面的机房等）2 框架框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；3 部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构；部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构；4 9度抗震设防、超过表内高度的房屋应进行专门研究采取必要的加强措施。度抗震设防、超过表内高度的房屋应进行专门研究采取必要的加强措施。表表2-1 A级高度级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度(m)结构体系结构体系非抗震非抗震抗震设防烈度抗震设防烈度6度度7度度8度度 框架框架-剪力墙剪力墙 170 160 140 120剪力墙剪力墙全部落地剪力墙全部落地剪力墙 180 170 150 130部分框支剪力墙部分框支剪力墙 150 140 120 100筒体筒体框架核心筒框架核心筒 220 210 180 140 筒中筒筒中筒 300 280 230 170表表2-2 B级高度级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度(m) 钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（接）钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（接） 房屋高度指室外地面至主要屋面高度房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。 部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构。墙的剪力墙结构。 平面和竖向均不规则的建筑或位于平面和竖向均不规则的建筑或位于类场地的建类场地的建筑，表中数值应适当降低。筑，表中数值应适当降低。 甲类建筑，甲类建筑，6、7度时宜按本地区设防烈度提高一度度时宜按本地区设防烈度提高一度后符合本表的要求，后符合本表的要求，8度时应专门研究。度时应专门研究。 当房屋高度超过表中数值时，结构设计应有可靠当房屋高度超过表中数值时，结构设计应有可靠数据，并采取有效措施。数据，并采取有效措施。高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ 32010) （以下简称（以下简称高规高规 ）划分了）划分了A级高度级高度的高层建筑和的高层建筑和B级级高度高度的高层建筑。的高层建筑。A级高度的高层建筑是指常规的、级高度的高层建筑是指常规的、一般的建筑一般的建筑。B级高度的高层建筑是指较高的级高度的高层建筑是指较高的，因而，因而设计有更严格要求的建筑。设计有更严格要求的建筑。 A级高度钢筋混凝土高层建筑指符合表级高度钢筋混凝土高层建筑指符合表 2-1 高度限值高度限值的建筑，也是目前数量最多，应用最广泛的建筑的建筑，也是目前数量最多，应用最广泛的建筑. 当当框架框架剪力墙、剪力墙及筒体结构超出表剪力墙、剪力墙及筒体结构超出表 2-1的高度的高度时，列入时，列入B级高度高层建筑。级高度高层建筑。 B级高度级高度高层建筑的最大适用高度不应超过表高层建筑的最大适用高度不应超过表 2-2 的的规定，并应遵守高规规定的更严格的计算和构造措施规定，并应遵守高规规定的更严格的计算和构造措施 ;抗震设计抗震设计的的B级高度的高层建筑按规定应进行级高度的高层建筑按规定应进行超限高超限高层建筑的抗震设防专项审查复核。层建筑的抗震设防专项审查复核。 钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度 高层建筑高宽比限值高层建筑高宽比限值在高层建筑的设计中，控制侧向位移是结构设计的主在高层建筑的设计中，控制侧向位移是结构设计的主要问题。随着高宽比的增大，倾覆力矩也越大，要问题。随着高宽比的增大，倾覆力矩也越大，建造建造宽度很小的高层建筑是宽度很小的高层建筑是不合适不合适的的。房屋的高宽比限值，是对结构刚度、整体稳定、承载房屋的高宽比限值，是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的能力和经济合理性的宏观控制宏观控制。可帮助设计者在初步可帮助设计者在初步设计阶段根据结构高度和结构体系确定比较合理的平设计阶段根据结构高度和结构体系确定比较合理的平面尺寸。面尺寸。在结构设计满足承载力、稳定、抗倾覆、变形和舒适在结构设计满足承载力、稳定、抗倾覆、变形和舒适度等基本要求后，仅从结构安全角度讲高宽比限值不度等基本要求后，仅从结构安全角度讲高宽比限值不是必须满足的，主要影响结构设计的是必须满足的，主要影响结构设计的经济性经济性。 表表2-32-3 A A级高度级高度高层建筑结构适用的最大高宽比高层建筑结构适用的最大高宽比结构体系结构体系非抗震非抗震抗震设防烈度抗震设防烈度6度、度、7度度8度度9度度框架、板柱剪力墙框架、板柱剪力墙框架剪力墙框架剪力墙剪力墙剪力墙筒中筒框架核心筒筒中筒框架核心筒 5 5 6 6 4 5 6 634552344非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度 8 7 6表表2-4 B B级高度级高度高层建筑结构适用的最大高宽比高层建筑结构适用的最大高宽比 抗震结构体系要求与结构抗震等级抗震结构体系要求与结构抗震等级应具有必要的承载力、刚度和变形能力应具有必要的承载力、刚度和变形能力应避免因局部破坏而导致整个结构破坏应避免因局部破坏而导致整个结构破坏对可能的薄弱部位要采取加强措施对可能的薄弱部位要采取加强措施结构选型与布置合理，避免局部突变和扭转结构选型与布置合理，避免局部突变和扭转宜有多道抗震防线宜有多道抗震防线抗震等级抗震等级：抗震设计的钢筋混凝土高层建筑：抗震设计的钢筋混凝土高层建筑 结构，结构，根据设防烈度、结构类型、房屋高度根据设防烈度、结构类型、房屋高度 区分为不同的抗震等级，区分为不同的抗震等级，采用相应的计算和采用相应的计算和 构造措施。构造措施。抗震等级的高低，体现了对结构抗震等级的高低，体现了对结构 抗震性能要求的严格程度。抗震性能要求的严格程度。 结构的抗震等级结构的抗震等级 抗震等级是根据国内外高层建筑震害情况、有关科研成果、抗震等级是根据国内外高层建筑震害情况、有关科研成果、工程设计经验而划分的，共分为四级，工程设计经验而划分的，共分为四级，特殊要求时则提升至特一特殊要求时则提升至特一级，其计算和构造措施比一级更严格。级，其计算和构造措施比一级更严格。结构类型烈度6度7度8度9度筒体筒体框架核心筒框架核心筒框架框架三三二二一一一一核心筒核心筒二二二二一一一一筒中筒筒中筒内筒内筒三三二二一一一一外筒外筒板柱板柱-剪剪力墙力墙板柱的柱板柱的柱三三二二一一不应采不应采用用剪力墙剪力墙二二二二二二注注 接近或等于高度分界时应结合房屋不规则程度及场地、地基条件适当确定抗震等级。接近或等于高度分界时应结合房屋不规则程度及场地、地基条件适当确定抗震等级。 底部带转换层的筒体结构，其框支框架的抗震等级应按表中框支剪力墙结构的规底部带转换层的筒体结构，其框支框架的抗震等级应按表中框支剪力墙结构的规 板柱板柱-剪力墙结构中框架的抗震等级应与表中剪力墙结构中框架的抗震等级应与表中“板柱的柱板柱的柱”相同。相同。 B级高度级高度的高层建筑结构的高层建筑结构抗震等级抗震等级结构类型烈 度6度7度8度9度框架框架高度高度30303030303025框架框架四四三三三三二二二二一一一一框架剪力框架剪力墙墙高度高度60606060606050框架框架四四三三三三二二二二一一一一剪力墙剪力墙三三二二一一一一一一剪力墙剪力墙高度高度80808080808060剪力墙剪力墙四四三三三三二二二二一一一一框支剪框支剪 力力墙墙非底部加强部非底部加强部位剪力墙位剪力墙四四三三三三二二二二不应采不应采用用底部加强部位底部加强部位剪力墙剪力墙三三二二二二一一框支框架框支框架二二二二一一一一 A级高度级高度的高层建筑结构的高层建筑结构抗震等级抗震等级结构平面布置结构平面布置（参考课本）（参考课本） 一、基本要求一、基本要求 高层建筑的结构平面布置，应有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，高层建筑的结构平面布置，应有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，传力直接，传力直接，受力明确，力求均匀对称，减少扭转的影响。受力明确，力求均匀对称，减少扭转的影响。1)在高层建筑的一个独立结构单元内在高层建筑的一个独立结构单元内宜使结构平面形状简单、规则、宜使结构平面形状简单、规则、 对称对称，刚度和承载力分布均匀。，刚度和承载力分布均匀。 不应采用严重不规则的平面布置。不应采用严重不规则的平面布置。结构总体布置包括：结构平面布置和结构竖向布结构总体布置包括：结构平面布置和结构竖向布置置问题：问题：高层建筑平立面和结构总体布置有何要求？高层建筑平立面和结构总体布置有何要求？ 高层建筑结构平面高层建筑结构平面塔式塔式高层建筑其平面长宽比高层建筑其平面长宽比L/B 较小，在塔式结构中较小，在塔式结构中两个方向抗侧移刚度相差不大，两个方向抗侧移刚度相差不大，比较容易实现结构在比较容易实现结构在两个平面方向的动力特性相近，尤其是平面形状对称两个平面方向的动力特性相近，尤其是平面形状对称时，扭转相对要小的多。时，扭转相对要小的多。板式板式高层建筑实际应用相对较少，当长度较大时，在高层建筑实际应用相对较少，当长度较大时，在地震或风荷载作用下，结构会产生扭转、楼板平面翘地震或风荷载作用下，结构会产生扭转、楼板平面翘曲等现象。因此，曲等现象。因此，应对板式结构的长宽比应对板式结构的长宽比 L/B 加以限加以限制，一般情况下制，一般情况下 L/B 不宜超过不宜超过4；当抗震设防烈度等；当抗震设防烈度等于或大于于或大于 8 时，限制应更加严格。同时，板式结构的时，限制应更加严格。同时，板式结构的高宽比也需控制的更严格一些。高宽比也需控制的更严格一些。无论采用那一种平面形状，都应遵循平面无论采用那一种平面形状，都应遵循平面规则、对称、规则、对称、简单简单的原则的原则，尽量减少因平面形状不规则而产生扭转，尽量减少因平面形状不规则而产生扭转的可能性。的可能性。 高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。在建筑体积在建筑体积相同的情况下，合理选择高层建筑体型，将能降低风对结构的相同的情况下，合理选择高层建筑体型，将能降低风对结构的作用，取得经济的效果。对抗风有利的平面形状是作用，取得经济的效果。对抗风有利的平面形状是简单规则的简单规则的凸平面凸平面。例如：圆形、正多边形、椭圆形、鼓形等平面。对抗。例如：圆形、正多边形、椭圆形、鼓形等平面。对抗风不利的平面是有较多凹、凸的复杂平面形状，如形，形、风不利的平面是有较多凹、凸的复杂平面形状，如形，形、形、弧形等平面。（可适当平滑化处理）形、弧形等平面。（可适当平滑化处理） 对抗风有利的平面形状对抗风有利的平面形状 对抗风有利的平面对抗风有利的平面 b l lB Bmax Lb Bmax L (a) B0.3Bmax (b) b l 扭转不规则扭转不规则 凹凸不规则凹凸不规则（示例）（示例） b0.5Bb B 平面的局部不连续平面的局部不连续（大开洞、错层）（大开洞、错层）建筑结构平面的三种不规则类型建筑结构平面的三种不规则类型 变形缝设置是结构方案设计阶段需要考虑的重要内容。变形缝设置是结构方案设计阶段需要考虑的重要内容。1、缝的分类：、缝的分类： 沉降缝、伸缩缝和防震缝。沉降缝、伸缩缝和防震缝。通过设缝将结构分通过设缝将结构分割成若干相对独立的单元割成若干相对独立的单元。三种缝的作用不同，设置要求也各。三种缝的作用不同，设置要求也各 不不相同。相同。对这三种缝，有关规范都作了原则性的规定。对这三种缝，有关规范都作了原则性的规定。 2）设缝的优缺点：）设缝的优缺点：优点：用缝将复杂建筑分为规则部分或减小沉降、温度应力。优点：用缝将复杂建筑分为规则部分或减小沉降、温度应力。缺点：影响建筑使用功能；立面处理不便；基础防水不易等。缺点：影响建筑使用功能；立面处理不便；基础防水不易等。）趋势：）趋势：目前趋势是避免设目前趋势是避免设 缝或尽可能少设缝。缝或尽可能少设缝。 变形缝的设置变形缝的设置 问题问题三缝主要区别？什么情况下设？不设缝应采取什么措施？三缝主要区别？什么情况下设？不设缝应采取什么措施？沉降缝沉降缝伸缩缝伸缩缝防震缝防震缝 划分规则结构单元，避免地震时扭转影响划分规则结构单元，避免地震时扭转影响避免主体与裙房过大的沉降差避免主体与裙房过大的沉降差 减小结构温度应力、混凝土收缩减小结构温度应力、混凝土收缩 高层建筑结构的承载力和刚度高层建筑结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化宜均匀、连续宜自下而上逐渐减小，变化宜均匀、连续, 不应突变。不应突变。竖向布置应符合下列要求：竖向布置应符合下列要求：1）竖向宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收；侧向刚度宜下大上小竖向宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收；侧向刚度宜下大上小 ，逐渐均匀变化；逐渐均匀变化；不应采用竖向布置严重不规则的结构不应采用竖向布置严重不规则的结构。建筑结构竖向布置建筑结构竖向布置均匀均匀 Ki+1 Ki（Qi) Ki=Vi/iKi0.7Ki+1Ki+3Ki+2Ki+1KiKi0.3Bmax (b) b l 扭转不规则扭转不规则 凹凸不规则示例凹凸不规则示例 b30m & H/B1.5，高耸结构高耸结构 T10.25s考虑方法：考虑动力效应放大考虑方法：考虑动力效应放大如大跨桥梁结构如大跨桥梁结构 风振系数综合考虑了结构在风荷载作用下的动力效应，其中包括风振系数综合考虑了结构在风荷载作用下的动力效应，其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等 。基本自振周期基本自振周期T1近似公式近似公式 3.2 3.2 风荷载风荷载 计计算算风风荷荷载载下下结结构构产产生生的的内内力力和和位位移移时时，需需要要计计算算作作用用在在建建筑筑物物上上的的全全部部风风荷荷载载。总总风风荷荷载载系系建建筑筑物物各各个个表表面面上上承承受受风风力力的的合合力力，是是沿沿建建筑筑物物高高度度变变化化的的线线荷荷载载，通通常常按按x、y两两个个互互相相垂垂直直的的方方向向（主主轴轴）分分别别计计算算。各各表表面面风风荷荷载载的的合合力力作作用用点点即即为为总总体体风风荷荷载载的的作作用用点点。设设计计时时将将沿高度分布的总体风荷载的线荷载换算成集中在各楼层位置的集中荷载。沿高度分布的总体风荷载的线荷载换算成集中在各楼层位置的集中荷载。 z高度处的总风荷载高度处的总风荷载标准值标准值按下式计算：（按下式计算：（B为表面宽度为表面宽度）+0.8-0.6-0.6(0.48+0.03H/L)Wz1Wz2Wz3Wz4 总风荷载总风荷载 风荷载是高层建筑结构承受的主要荷载之一风荷载是高层建筑结构承受的主要荷载之一。在非抗震。在非抗震设计或抗震设防烈度较低的地区，它常常是结构设计的控制设计或抗震设防烈度较低的地区，它常常是结构设计的控制条件。实际上，条件。实际上，风荷载是随时间而波动的动力荷载风荷载是随时间而波动的动力荷载，但在设，但在设计中一般把它看成静力荷载。对于高层建筑，一方面风使建计中一般把它看成静力荷载。对于高层建筑，一方面风使建筑物受到一个基本上比较稳定的风压，另一方面脉动风又使筑物受到一个基本上比较稳定的风压，另一方面脉动风又使建筑物产生风力振动。所以说，建筑物产生风力振动。所以说，风荷载具有静力和动力双重风荷载具有静力和动力双重性质。性质。 对于高度较大且较柔的高层建筑，要考虑对于高度较大且较柔的高层建筑，要考虑动力效应动力效应，适当加大风荷载数值。适当加大风荷载数值。确定高层建筑风荷载的方法有两种确定高层建筑风荷载的方法有两种大多数情况大多数情况( (高度高度300m300m以下以下) )可按照可按照荷载规范荷载规范规定的方规定的方法，法，少数建筑少数建筑( (高度大、对风荷载敏感或有特殊情况高度大、对风荷载敏感或有特殊情况) )还要还要通过风洞试验通过风洞试验确定风荷载，以补充规范的不足。确定风荷载，以补充规范的不足。 小结：小结： 风荷载的双重性质风荷载的双重性质 第第 四四 章章 高层建筑结构的设计原则 设计要求及荷载效应组合高层建筑结构设计应当保证结构有足够的承载力和刚高层建筑结构设计应当保证结构有足够的承载力和刚度，以保证结构的安全和正常使用。度，以保证结构的安全和正常使用。结构抗风及抗震设计对承载力及位移有不同的要求，结构抗风及抗震设计对承载力及位移有不同的要求，较高的结构抗风还要考虑舒适度要求，抗震结构还要较高的结构抗风还要考虑舒适度要求，抗震结构还要满足延性要求等。满足延性要求等。 1. 承载力验算承载力验算 高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。载力。建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准规定，构件按极限规定，构件按极限状态设计，状态设计，承载能力极限状态要求采用由荷载效应组承载能力极限状态要求采用由荷载效应组合得到的构件合得到的构件最不利内力最不利内力进行构件截面承载力验算。进行构件截面承载力验算。 高层建筑结构的设计要求高层建筑结构的设计要求 结构构件承载力验算的一般表达式结构构件承载力验算的一般表达式 不考虑地震作用组合时不考虑地震作用组合时 考虑地震作用参与组合时考虑地震作用参与组合时 式中：式中：S不考虑地震作用时的荷载效应组合不考虑地震作用时的荷载效应组合(简称简称无震组合无震组合)得到的构件内力设计值；得到的构件内力设计值；SE考虑地震作用时的荷载效应组合考虑地震作用时的荷载效应组合(简称有震组合简称有震组合)得到的构件内力设计值。得到的构件内力设计值。S 及及SE分别代表轴力、弯矩、剪力或扭矩。分别代表轴力、弯矩、剪力或扭矩。R 及及R E分别为无震组合或有震组合时构件承载力设分别为无震组合或有震组合时构件承载力设 计值，可分别代表轴力、弯矩、剪力或扭矩。计值，可分别代表轴力、弯矩、剪力或扭矩。和和 分别为无震组合时构件的重要性系数，有震分别为无震组合时构件的重要性系数，有震组合时构件承载力抗震调整系数。组合时构件承载力抗震调整系数。关于关于S 及及S E的组合，的组合，R 及及R E的计算及和的计算及和 的取值详上节的取值详上节 2. 侧移限制（控制）侧移限制（控制）(1) 使用阶段层间位移限制使用阶段层间位移限制 结构的刚度可以用限制侧向变形的形式表达结构的刚度可以用限制侧向变形的形式表达，我，我国现行规范主要限制层间位移。国现行规范主要限制层间位移。式中：式中： 荷载效应组合所得结构楼层层间位移；荷载效应组合所得结构楼层层间位移； h 该层层高；该层层高； 层间转角，应取各楼层中最大的层间转层间转角，应取各楼层中最大的层间转角，角， 即验算是否满足要求；即验算是否满足要求； 层间转角限制值。层间转角限制值。在正常状态下，限制侧向变形的主要原因有：防止主在正常状态下，限制侧向变形的主要原因有：防止主体结构及填充墙、装修等非结构构件的开裂与损坏；体结构及填充墙、装修等非结构构件的开裂与损坏；同时过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使同时过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移还会使结构产生较大的附加内力用；过大的侧移还会使结构产生较大的附加内力(P- 效应效应)。注意书中错误注意书中错误 在正常使用状态下在正常使用状态下(风荷载和小震作用风荷载和小震作用) 的限值的限值按下表选用按下表选用(高规高规4.6.3条条)。 材 料结构高度结构类型限 制 值钢筋混钢筋混凝凝土土结结构构不大不大于于150m框架框架1/550框架框架-剪力墙、框剪力墙、框架架- -核心筒、板核心筒、板柱柱- -剪力墙剪力墙1/800剪力墙、筒中筒剪力墙、筒中筒1/1000框支层框支层1/1000不小不小于于250m各种类型结构各种类型结构1/500 钢结钢结构构各种类型结构各种类型结构1/250正常使用情况下正常使用情况下 的限制值的限制值(2) 防止倒塌层间位移限制防止倒塌层间位移限制材材 料料结构构类型型限限 制制 值钢筋混凝土钢筋混凝土 结构结构框架框架1/50框架框架-剪力墙、框架剪力墙、框架-核心筒、核心筒、板柱板柱- -剪力墙剪力墙1/100剪力墙、筒中筒剪力墙、筒中筒1/120框支层框支层1/120 钢结构钢结构各种类型结构各种类型结构1/70 在罕遇地震作用下，为防止结构倒塌，要限制结构在罕遇地震作用下，为防止结构倒塌，要限制结构的最大弹塑性层间位移。罕遇地震作用下的最大弹塑性层间位移。罕遇地震作用下 的限值按的限值按下表选用下表选用( (高规高规4.6.54.6.5条条) )。 罕遇地震作用下的弹塑性层间位移罕遇地震作用下的弹塑性层间位移 的限制值的限制值 3. 舒适度的要求舒适度的要求 高层建筑物在风荷载作用下将产生振动，过大的振动高层建筑物在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将使居住在高楼内的人们感觉不舒适，甚至不能忍加速度将使居住在高楼内的人们感觉不舒适，甚至不能忍受。受。高层民用建筑钢结构技术规程高层民用建筑钢结构技术规程要求：要求：高度超过高度超过150m的高层建筑混凝土结构应满足舒适度的要求的高层建筑混凝土结构应满足舒适度的要求，按现行，按现行国家标准国家标准建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB 50009规定的规定的10年一遇年一遇的风荷载取值计算或由专门风洞试验确定的结构顶点最大的风荷载取值计算或由专门风洞试验确定的结构顶点最大加速度加速度 不应超过表不应超过表1- 4的限值。的限值。 使用功能(m/s2)使用功能(m/s2) 住宅、公寓 0.15 办公、旅馆 0.25结构顶点最大加速度限值结构顶点最大加速度限值 4. 稳定与抗倾覆稳定与抗倾覆任何情况下，应当保证建筑结构的稳定和有足任何情况下，应当保证建筑结构的稳定和有足够抗倾覆的能力。够抗倾覆的能力。无侧移时，一般不会发生整体失稳无侧移时，一般不会发生整体失稳 ( 高层结构高层结构刚度较大，现浇楼板作为横向隔板，整体性较刚度较大，现浇楼板作为横向隔板，整体性较强强)； 水平荷载下出现侧移后，水平荷载下出现侧移后， 重力荷载会产重力荷载会产生附加弯矩，附加弯矩又增大侧移，这是重力生附加弯矩，附加弯矩又增大侧移，这是重力二阶效应二阶效应(P- 效应效应)；P- 效应太大时，不仅会效应太大时，不仅会增加构件内力，严重时会导致结构发生整体失增加构件内力，严重时会导致结构发生整体失稳破坏。稳破坏。 重力作用下的二阶效应重力作用下的二阶效应效应效应 使结构产生的附加内力甚至破坏使结构产生的附加内力甚至破坏效应是指重力荷效应是指重力荷载与由水平荷载产生的载与由水平荷载产生的侧移的相互作用侧移的相互作用 各截面弯矩各截面弯矩 i=Pi yi悬臂梁受附加弯矩作用悬臂梁受附加弯矩作用顶点位移增大，结构承顶点位移增大，结构承载力减小，引起失稳破载力减小，引起失稳破坏，倾覆危险增大。坏，倾覆危险增大。=1 yiPiF 一、高层钢筋混凝土结构高层钢筋混凝土结构 稳定验算稳定验算 刚重比刚重比: 结构的刚度结构的刚度(Di)与重量（与重量（Gi）之比）之比 剪力墙、框架剪力墙、框架-剪力墙、筒体结构应符合式剪力墙、筒体结构应符合式(1)要求，框架结构要求，框架结构应符合式应符合式(2)要求，式中要求，式中n为结构总层数，否则将认为结构不为结构总层数，否则将认为结构不满满足整体稳定性要求足整体稳定性要求。（1） （2）当剪力墙、框架当剪力墙、框架-剪力墙、筒体结构符合式剪力墙、筒体结构符合式(3)所示条件，或者所示条件，或者框架结构符合式框架结构符合式(4)所示条件时，认为所示条件时，认为结构满足稳定性要求，且结构满足稳定性要求，且可不考虑重力二阶效应的影响可不考虑重力二阶效应的影响。 （3） （4）剪力墙、框架剪力墙、框架-剪力墙、筒体结构符合式剪力墙、筒体结构符合式(5)所示条件或框架结所示条件或框架结构符合式构符合式(6)所示条件时，可以认为所示条件时，可以认为结构满足稳定性要求但应考结构满足稳定性要求但应考虑重力二阶效应虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。 （5）（6）(3) 高层钢结构的稳定验算。高层钢结构的稳定验算。 各楼层柱子平均长细比和平均轴压比应满足一定要求。各楼层柱子平均长细比和平均轴压比应满足一定要求。不需进行整体稳定验算的条件是在不考虑不需进行整体稳定验算的条件是在不考虑P- 效应的效应的弹性层间位移小于某个限值弹性层间位移小于某个限值。对钢支撑、剪力墙和筒。对钢支撑、剪力墙和筒体的钢结构构件体的钢结构构件 时可不计时可不计P- 效应。对无效应。对无支撑的纯框架和支撑的纯框架和 的有支撑钢结构应考虑的有支撑钢结构应考虑P- 效应来计算结构的内力和位移。效应来计算结构的内力和位移。实际上大部分钢结实际上大部分钢结构特别是高层钢结构需要计算构特别是高层钢结构需要计算P- 效应。效应。二、高层建筑抗倾覆二、高层建筑抗倾覆 正常设计的高层结构一般不会产生倾覆。正常设计的高层结构一般不会产生倾覆。控制倾覆的控制倾覆的措施为控制高宽比措施为控制高宽比，而且基础设计要求：，而且基础设计要求：H/B4时，时，在地震作用下，基底不允许出现零应力区；在地震作用下，基底不允许出现零应力区；H/B4时，时，在地震作用下，零应力区面积不应超过基底面积的在地震作用下，零应力区面积不应超过基底面积的15%。 高层建筑稳定与抗倾覆高层建筑稳定与抗倾覆 在强烈地震下，允许结构的某些部位进入屈服状态，在强烈地震下，允许结构的某些部位进入屈服状态，形成塑性铰，结构进入弹塑性阶段，通过结构塑性变形成塑性铰，结构进入弹塑性阶段，通过结构塑性变形来耗散地震能量，而保持结构的承载力，确保结构形来耗散地震能量，而保持结构的承载力，确保结构不破坏，这种性能称为延性，即塑性变形能力的大小。不破坏，这种性能称为延性，即塑性变形能力的大小。延性愈好抗震能力愈强。延性愈好抗震能力愈强。 要设计延性结构，要考虑的因素有：要设计延性结构，要考虑的因素有：(1) 选择延性材料。钢结构延性很好，钢筋混凝土结构选择延性材料。钢结构延性很好，钢筋混凝土结构经过合理设计，也可以有较好延性。经过合理设计，也可以有较好延性。(2) 从方案、布置、计算到构件设计、构造措施等每个从方案、布置、计算到构件设计、构造措施等每个步骤进行结构概念设计。步骤进行结构概念设计。(3) 设计延性构件。设计延性构件。(4) 对钢筋混凝土结构采取抗震措施及划分抗震等级。对钢筋混凝土结构采取抗震措施及划分抗震等级。我国抗震规范采用了对钢筋混凝土结构区分抗震等我国抗震规范采用了对钢筋混凝土结构区分抗震等 级的办法以从宏观上区别对结构的不同延性要求。级的办法以从宏观上区别对结构的不同延性要求。 5. 抗震结构延性和抗震等级抗震结构延性和抗震等级 荷载效应组合荷载效应组合荷载效应荷载效应是指结构在某种荷载作用下，结构的内力是指结构在某种荷载作用下，结构的内力（即弯矩、剪力、轴力、扭矩）及结构位移、裂缝（即弯矩、剪力、轴力、扭矩）及结构位移、裂缝等。等。结构设计时，结构设计时，要考虑可能发生的各种荷载的要考虑可能发生的各种荷载的最大值最大值以及它们同时作用在结构上产生的以及它们同时作用在结构上产生的综合效应综合效应。各种。各种荷载性质不同，发生的概率和对结构的作用也不同荷载性质不同，发生的概率和对结构的作用也不同荷载规范规定了必须采用荷载规范规定了必须采用荷载效应组合的方法荷载效应组合的方法：一：一般先将各种不同荷载分别作用在结构上，逐一计算般先将各种不同荷载分别作用在结构上，逐一计算每种荷载下结构内力和位移，然后用分项系数和组每种荷载下结构内力和位移，然后用分项系数和组合系数加以组合。合系数加以组合。 荷载效应组合荷载效应组合内力组合内力组合是要组合构件控制截面处的内力，是要组合构件控制截面处的内力，位移组合位移组合主要是组合水平荷载作用下的结构主要是组合水平荷载作用下的结构层间位移。层间位移。组合工况分为无地震作用组合及组合工况分为无地震作用组合及有地震作用组合两类有地震作用组合两类。在内力组合时，由于承载力验算属极限状态在内力组合时，由于承载力验算属极限状态验算，根据荷载性质不同，荷载效应要乘以验算，根据荷载性质不同，荷载效应要乘以各自的分项系数和组合系数；位移计算时，各自的分项系数和组合系数；位移计算时，为正常使用状态，各分项系数均取为正常使用状态，各分项系数均取1.0。荷载效应组合是满足规范可靠度要求的基本荷载效应组合是满足规范可靠度要求的基本方法，是结构设计的重要环节。方法，是结构设计的重要环节。式中：式中：S 荷载效应组合的设计值；荷载效应组合的设计值；SGk，SQ1k，SWk分别为恒荷载、活荷载和风荷分别为恒荷载、活荷载和风荷载标准值计算的荷载效应；载标准值计算的荷载效应； 、 、 分别为恒荷载、活荷载和风荷载效分别为恒荷载、活荷载和风荷载效应分项系数；应分项系数；、 分别为活荷载和风荷载的组合系数。分别为活荷载和风荷载的组合系数。1. 无地震作用时的效应组合无地震作用时的效应组合对于高层框架对于高层框架(1) 规范对应考虑的各种工况的分项系数和组合系数规范对应考虑的各种工况的分项系数和组合系数 作如下规定。作如下规定。组合系数组合系数 要考虑两种情况。要考虑两种情况。 可变荷载控制的组合可变荷载控制的组合，取，取 =1.0， = 0.6或或 =0.7, =1.0。 永久荷载控制的组合永久荷载控制的组合，取，取 =0.7， =0。风荷载取风荷载取 =1.4。(其组合系数为：高层建筑其组合系数为：高层建筑 取取 =1.0 多层建筑多层建筑 =0.6）。）。位移计算时，为正常使用状态，各分项系数均取位移计算时，为正常使用状态，各分项系数均取1.0。(2) 根据上式表示的组合一般规律，高层建筑的无地震作用组合工况有根据上式表示的组合一般规律，高层建筑的无地震作用组合工况有两种。两种。 永久荷载效应起控制作用永久荷载效应起控制作用：1.35恒载效应恒载效应+1.40.7活载效应活载效应 可变荷载效应起控制作用可变荷载效应起控制作用：当风荷载作为主要可变荷载，楼面活荷载作为次要可变荷载时，当风荷载作为主要可变荷载，楼面活荷载作为次要可变荷载时，1.2恒载效应恒载效应+1.40.7活载效应活载效应+1.41.0风载效应风载效应当楼面活荷载作为主要可变荷载，风荷载作为次要可变荷载时：当楼面活荷载作为主要可变荷载，风荷载作为次要可变荷载时：1.2恒载效应恒载效应+1.41.0活载效应活载效应+1.40.6风载效应风载效应2. 有地震作用时的效应组合有地震作用时的效应组合一般表达式如下：一般表达式如下：式中：式中： SE 有地震作用荷载效应组合的设计值有地震作用荷载效应组合的设计值SGE，SEhk，SEvk，SWk 分别为重力荷载代表值、水分别为重力荷载代表值、水平地震作用标准值和竖向地震作用标准值、风荷载标平地震作用标准值和竖向地震作用标准值、风荷载标准值的荷载效应；准值的荷载效应； ， ， ， 分别为上述各种荷载作用的分项系数分别为上述各种荷载作用的分项系数 风荷载的组合系数，与地震作用组合时取风荷载的组合系数，与地震作用组合时取0.2。 根据上面的一般表达式，对于高层建筑，有地震作用组合根据上面的一般表达式，对于高层建筑，有地震作用组合的基本工况如下：的基本工况如下：(1) 对于所有高层建筑：对于所有高层建筑：1.2重力荷载效应重力荷载效应+1.3水平地震作用水平地震作用 效效应。应。(2) 对于对于60m以上高层建筑以上高层建筑增加增加此项：此项： 1.2重力荷载效应重力荷载效应+1.3水平地震作用效应水平地震作用效应+1.40.2风荷载风荷载 效应。效应。(3) 9度设防高层建筑度设防高层建筑增加增加： 1.2重力荷载效应重力荷载效应+1.3水平地震作用效应水平地震作用效应+0.5竖向地震竖向地震 作用效应。作用效应。(4) 9度设防高层建筑度设防高层建筑增加增加：1.2重力荷载效应重力荷载效应+1.3竖向地震竖向地震 作作用效应。用效应。(5) 9度设防且为度设防且为60m以上高层建筑以上高层建筑增加增加： 1.2重力荷载效应重力荷载效应+1.3水平地震作用效应水平地震作用效应+0.5竖向地震竖向地震 作用作用效应效应 +1.40.2风荷载效应。风荷载效应。荷载分项系数及荷载效应组合系数详见荷载规范。荷载分项系数及荷载效应组合系数详见荷载规范。 有地震作用时的效应组合有地震作用时的效应组合注意书中错误注意书中错误 第四章第四章 小小 结结高层建筑结构应满足高层建筑结构应满足承载力、刚度和舒适度、稳定和承载力、刚度和舒适度、稳定和抗倾覆以及延性抗倾覆以及延性等要求，其刚度通过使弹性层间位移等要求，其刚度通过使弹性层间位移小于规定的限值来保证；必要时，为了保证在强震下小于规定的限值来保证；必要时，为了保证在强震下结构构件不产生严重破坏甚至房屋倒塌，应进行结构结构构件不产生严重破坏甚至房屋倒塌，应进行结构弹塑性位移的计算和验算。刚重比是影响高层建筑结弹塑性位移的计算和验算。刚重比是影响高层建筑结构整体稳定的主要因素，因此构整体稳定的主要因素，因此结构整体稳定验算表现结构整体稳定验算表现为结构刚重比的验算为结构刚重比的验算；延性是结构抗震性能的一个重；延性是结构抗震性能的一个重要指标，为方便设计，对不同的情况根据结构延性要要指标，为方便设计，对不同的情况根据结构延性要求的严格程度，引入了抗震等级的概念，抗震设计时，求的严格程度，引入了抗震等级的概念，抗震设计时，应根据不同的抗震等级对结构和构件采取相应的计算应根据不同的抗震等级对结构和构件采取相应的计算和构造措施。和构造措施。高层建筑结构一般应考虑两种作用效应组合：高层建筑结构一般应考虑两种作用效应组合：无地震无地震作用效应组合和有地震作用效应组合作用效应组合和有地震作用效应组合。前者主要考虑。前者主要考虑恒荷载、楼面活荷载及风荷载的组合，后者考虑重力恒荷载、楼面活荷载及风荷载的组合，后者考虑重力荷载代表值效应、水平地震作用效应、竖向地震作用荷载代表值效应、水平地震作用效应、竖向地震作用效应及风荷载效应的组合。效应及风荷载效应的组合。 第五章（一）第五章（一） 高层建筑结构计算假定与分析方法概述 弹性与弹塑性假定弹性与弹塑性假定弹性假定弹性假定竖向荷载、风荷载及多遇地震作竖向荷载、风荷载及多遇地震作用下的内力和位移计算用下的内力和位移计算弹塑性假定弹塑性假定罕遇地震作用下的位移验算罕遇地震作用下的位移验算 结构基本假定结构基本假定 基本简化假定基本简化假定- -水平力作用方向假定水平力作用方向假定只只考虑两个正交（主轴）方向的水平力，各方考虑两个正交（主轴）方向的水平力，各方向水平力全部由该方向抗侧力构件承担。向水平力全部由该方向抗侧力构件承担。新修订：某些结构须考虑两个正交（主轴）方新修订：某些结构须考虑两个正交（主轴）方向的水平力同时作用。向的水平力同时作用。 实实际际风风荷荷载载及及地地震震作作用用的的方方向向是是任任意意的的，但但是是在在规规范范中中规规定定，结结构构计计算算只只考考虑虑x x、y y两两个个正正交交方方向向作作用用的的水水平平力力，各各方方向向水水平平地地震震力力全全部由该方向抗侧力结构承担，这是一种简化。部由该方向抗侧力结构承担，这是一种简化。 结构基本假定结构基本假定 水平荷载沿水平荷载沿y方向作用方向作用 水平荷载沿水平荷载沿y方向作用方向作用 但对于一些斜向布置的构件，可能作用力沿这个斜方向但对于一些斜向布置的构件，可能作用力沿这个斜方向会使它的内力最大，因而有时也需要用斜方向计算。会使它的内力最大，因而有时也需要用斜方向计算。有斜交有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于抗侧力构件的结构，当相交角度大于15时，应分别计算各抗时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用侧力构件方向的水平地震作用，如上图所示。，如上图所示。 任任何何一一个个建建筑筑物物都都是是空空间间结结构构，都都应应该该能能承承受受来来自自不不同同方方向向的的力力的的作作用用，因因此此每每个个构构件件都都与与不不在在同同一一平平面面内内的的其其它它构构件件相相联联系系，形形成成三三维维传传力力体体系系。但但是是实实际际中中经经常常将将结结构构简简化化为为平平面面结结构构分分析析，平平面面结结构构是是一一种种简简化化假假定定，假假定定结结构构只只在在它它自自身身平平面面内内具具有有有有限限刚刚度度，也也仅仅考考虑虑其其在在平平面面内内的的变变形形和和受受力力。例例如如平平面面框框架架、剪剪力力墙墙、只只能能抵抵抗抗平平面面内内的的作作用用力力，在在平平面面外外刚刚度度为为零零，也也不不产产生生平平面面外外的的内内力力。因因此此杆杆件件每每一一个个结结点点具具有有三三个个自自由由度度( (在在二二维维平平面面中中），以以下下简简称称基基本本简简化化假假定定(1)(1)。多多数数结结构构符符合合这这些些条条件件，但但是是有有一一些些结结构构必必需需考考虑虑与与平平面面外外有有相相互互传传力力关关系系，例例如如框框筒筒的的角角柱柱、空空间间框框架架、空空间间桁桁架架等等，则则必必须须按按空空间间杆杆件件计计算算，计计算算时时每每个个结结点点具具有有六六个自由度个自由度( (在三维平面中在三维平面中) )。基本简化假定基本简化假定1平面抗侧力结构假定平面抗侧力结构假定 基本简化假定基本简化假定2 2 刚性楼盖假定刚性楼盖假定 在在大大多多数数情情况况下下，为为简简化化计计算算都都可可假假定定楼楼板板在在其其自自身身平平面面内内无无限限刚刚性性，不不能能变变形形，而而在在平平面面外外则则刚刚度度为为零零( (以以下下简简称称基基本本简简化化假假定定(2)(2) )。因因而而楼楼板板经经常常作作为为若若干干个个平平面面结结构构之之间间的的联联系系，使使这这些些平平面面结结构构在在水水平平荷荷载载作作用用下下同同一一楼楼层层处处的的侧侧移移都都相相等等( (无无扭扭转转时时) )，或或侧侧移移分分布布成成直直线线关关系系( (有有扭扭转转时时) ) 。楼楼板板的的这这种种作作用用称称为为“水水平平位位移移协协调调”( (注注意意这这些些平平面面结结构构的的竖竖向向变变形形是是独独立立的的，互互不不相相关关的的) )。采采用用基基本本简简化化假假定定(1)(1)及及(2)(2)，不不考考虑虑结结构构扭扭转转时时，称称为为平平面面协协同同计计算算( (此此时时，正正交交方方向向的的抗抗侧侧单单元元不不参参加加工工作作，该该法法在在工工程程设设计计中中已已基基本本不不用用) )。考考虑虑扭扭转转时时称称为为空空间间协协同同计计算算( (此此时时，正正交交方方向向的的抗抗侧侧力力结构结构参加抵抗扭矩结构结构参加抵抗扭矩) )。 构件的刚度及构件变形影响因素构件的刚度及构件变形影响因素 我我国国规规范范规规定定在在风风荷荷载载及及多多遇遇地地震震作作用用下下结结构构处处于于弹弹性性状状态态，因因而而除除少少量量情情况况外外，构构件件均均采采用用弹弹性性刚刚度度，不不必必折折减减。考考虑虑到到剪剪力力墙墙的的连连梁梁由由于于跨跨高高比比小小，按按弹弹性性计计算算的的弯弯矩矩与与剪剪力力太太大大，配配筋筋困困难难，所所以以在在必必要时可适当折减其刚度，要时可适当折减其刚度，折减系数不宜小于折减系数不宜小于0.50.5。 构构件件变变形形包包括括三三种种，相相应应有有三三种种刚刚度度（轴轴向向、弯弯曲曲及及剪剪切切）；结结构构分分析析时时计计入入哪哪些些刚刚度度，涉涉及及对对构构件件变形所做的计算假定。变形所做的计算假定。 常用计算方法所考虑的常用计算方法所考虑的变形因素变形因素高层建筑结构分析当采用简化的手算方法时，高层建筑结构分析当采用简化的手算方法时，除考虑除考虑各杆件的弯曲变形外，对于各杆件的弯曲变形外，对于高度超过高度超过50m50m及高宽比大及高宽比大于于4 4的结构宜考虑柱和墙的轴向变形影响，剪力墙宜的结构宜考虑柱和墙的轴向变形影响，剪力墙宜考虑剪切变形。考虑剪切变形。当采用计算机计算时，如用空间协同工作分析方法应当采用计算机计算时，如用空间协同工作分析方法应考虑梁的弯曲与剪切变形，对柱、墙应考虑弯曲、剪考虑梁的弯曲与剪切变形，对柱、墙应考虑弯曲、剪切和轴向变形；采用杆件系统切和轴向变形；采用杆件系统三维空间分析三维空间分析时，除上时，除上述变形外，梁、柱、墙均应考虑扭转变形，述变形外，梁、柱、墙均应考虑扭转变形，墙肢（薄墙肢（薄壁杆件）还应考虑截面翘曲。壁杆件）还应考虑截面翘曲。考虑变形因素的多少代表计算方法的精确度考虑变形因素的多少代表计算方法的精确度，考虑的，考虑的因素较多，计算的结果也较为符合实际情况。因素较多，计算的结果也较为符合实际情况。 构件刚度与变形构件刚度与变形 构件刚度构件刚度 弹性刚度弹性刚度 构件变形构件变形 构件的变形与刚度构件的变形与刚度 轴向轴向EA 弯曲弯曲EI 剪切剪切GA 构件变形的考虑构件变形的考虑忽略梁的轴向变形忽略梁的轴向变形高度高度50m及及H/B4：考虑柱、墙的轴向变形考虑柱、墙的轴向变形长细比长细比4：忽略剪切变形：忽略剪切变形 空间分析时：考虑扭转变形，墙肢（薄壁空间分析时：考虑扭转变形，墙肢（薄壁 杆件）还应考虑截面翘曲杆件）还应考虑截面翘曲 第四章第四章 小结小结高层建筑结构可采用线弹性分析方法高层建筑结构可采用线弹性分析方法、考虑塑性内力、考虑塑性内力重分布的分析方法、非线性分析方法等进行分析，必重分布的分析方法、非线性分析方法等进行分析，必要时也可采用模型试验分析方法。目前，要时也可采用模型试验分析方法。目前，一般采用线一般采用线弹性分析方法计算高层建筑结构的内力和位移弹性分析方法计算高层建筑结构的内力和位移，作为，作为构件截面承载力计算和弹性变形验算的依据。构件截面承载力计算和弹性变形验算的依据。高层建筑结构可选取平面或空间协同工作、空间杆系、高层建筑结构可选取平面或空间协同工作、空间杆系、空间杆空间杆-薄壁杆系、空间杆薄壁杆系、空间杆-墙板元及其他组合有限元墙板元及其他组合有限元等计算模型。高层建筑结构是复杂的空间结构，比较等计算模型。高层建筑结构是复杂的空间结构，比较合理的分析方法是采用三维空间结构计算模型，楼板合理的分析方法是采用三维空间结构计算模型，楼板按弹性考虑。但这样会增加计算工作量和设计费用，按弹性考虑。但这样会增加计算工作量和设计费用，所以所以一般情况下可采用楼板在自身平面内为无限刚性一般情况下可采用楼板在自身平面内为无限刚性的假定的假定,对于楼板开大洞或平面布置复杂的结构，可采对于楼板开大洞或平面布置复杂的结构，可采用楼板分块平面内无限刚性或弹性楼板假定。用楼板分块平面内无限刚性或弹性楼板假定。对程序计算结果应进行分析和判别对程序计算结果应进行分析和判别，不能盲目地使用，不能盲目地使用程序计算结果。程序计算结果。 高层建筑结构在风力和地震作用下楼层的总水平力是已知的，高层建筑结构在风力和地震作用下楼层的总水平力是已知的，但这水平力如何分配到各片框架和剪力墙却是未知的。由于各但这水平力如何分配到各片框架和剪力墙却是未知的。由于各片抗侧力结构的刚度、型式不相同，变形特征也不一样，所以片抗侧力结构的刚度、型式不相同，变形特征也不一样，所以不能简单地按照荷载面积、按间距分配不能简单地按照荷载面积、按间距分配，否则会使刚度大、起，否则会使刚度大、起主要作用的结构分配的水平力过小，偏于不安全。主要作用的结构分配的水平力过小，偏于不安全。由于由于楼板在其自身平面内刚度很大，几乎不产生变形在不考虑楼板在其自身平面内刚度很大，几乎不产生变形在不考虑扭转时同层各构件水平位移相同，扭转时同层各构件水平位移相同，剪力墙各片墙的水平力大致剪力墙各片墙的水平力大致按其等效刚度分配按其等效刚度分配；框架结构中；框架结构中各片框架的水平力大致按其抗各片框架的水平力大致按其抗推刚度（即剪切刚度）分配推刚度（即剪切刚度）分配；框架框架- -剪力墙和筒体结构受力复剪力墙和筒体结构受力复杂，要进行专门的计算杂，要进行专门的计算，如平面不规则不对称，要考虑扭转影，如平面不规则不对称，要考虑扭转影响，则计算更为细致。响，则计算更为细致。 问题问题高层建筑结构的水平力能否按荷载面积、按间距分配？高层建筑结构的水平力能否按荷载面积、按间距分配？ 高层建筑应考虑整体工作高层建筑应考虑整体工作L/3L/3L/3 4EI EI EI 4EIP0yxuv按受荷面积分配按受荷面积分配16.6% 33%33% 16.6%按协同工作分配按协同工作分配40% 10% 10% 40% 楼面的位移楼面的位移水平力分配水平力分配 高层建筑进深大，剪力墙、框架等抗侧力结构的间距远小于进深，高层建筑进深大，剪力墙、框架等抗侧力结构的间距远小于进深，楼面的整体性较好，楼面的整体性较好，楼板如同水平放置的深梁，在平面内的刚度非楼板如同水平放置的深梁，在平面内的刚度非常大常大，所以在内力与位移计算中，楼板可视为刚性隔板，在平面内，所以在内力与位移计算中，楼板可视为刚性隔板，在平面内只有刚体位移只有刚体位移-平移和转动，不改变形状。平移和转动，不改变形状。 采用了刚性楼盖的假定后，楼面上任一点的位移就可以用坐标原采用了刚性楼盖的假定后，楼面上任一点的位移就可以用坐标原点的三个位移点的三个位移u、v、 来表示，一旦来表示，一旦u、v、 决定之后，楼面上任一决定之后，楼面上任一剪力墙、柱的位移便可确定（剪力墙、柱的位移便可确定（同一平面内的杆件没有相对位移同一平面内的杆件没有相对位移），），从而从而未知数大大减少未知数大大减少，简化计算。，简化计算。