高層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

1、概概 述述 1 一、高層建筑和高層建筑結(jié)構(gòu)一、高層建筑和高層建筑結(jié)構(gòu) 1 1、定義依據(jù)、定義依據(jù) 層數(shù)層數(shù) 建筑高度（房屋高度）建筑高度（房屋高度） 2 2、分類(lèi)、分類(lèi) 1972 1972年年 世界高層建筑委員會(huì)：世界高層建筑委員會(huì)： 第一類(lèi)：第一類(lèi)： 9 16層、高度不超過(guò)層、高度不超過(guò) 50 m 第二類(lèi)：第二類(lèi)： 17 25層、高度不超過(guò)層、高度不超過(guò) 75 m 第三類(lèi)：第三類(lèi)： 26 40層、高度不超過(guò)層、高度不超過(guò) 100 m 第四類(lèi)：第四類(lèi)： 40 層以上、高度層以上、高度100 m以上以上 2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 （JGJ3JGJ32002 J18

2、62002 ：）： 1010層層及及1010層以上層以上或總高度或總高度超過(guò)超過(guò)28m28m的民用建筑的民用建筑 我國(guó)對(duì)高層建筑的定義：我國(guó)對(duì)高層建筑的定義： 高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 GB5004595 GB5004595（20052005版）：版）： 住宅住宅建筑建筑1010層及層及1010層以上層以上為高層建筑；為高層建筑； 除住宅建筑之外的除住宅建筑之外的民用民用建筑高度建筑高度超過(guò)超過(guò)24m24m為為 高層建筑高層建筑( (不包括不包括建筑高度超過(guò)建筑高度超過(guò)24m24m的的單層單層 公共建筑公共建筑) ) 3 3 3、建筑高度建筑高

3、度 室外地面室外地面至至主要屋面主要屋面（檐口或屋面面層）高度（檐口或屋面面層）高度 屋頂上的水箱間、電梯機(jī)房、排煙機(jī)房和樓梯屋頂上的水箱間、電梯機(jī)房、排煙機(jī)房和樓梯 出口間等設(shè)備用房不計(jì)入建筑高度出口間等設(shè)備用房不計(jì)入建筑高度 注：注： 若建筑的若建筑的結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系，在側(cè)向力作用下表，在側(cè)向力作用下表 現(xiàn)出了高層建筑的現(xiàn)出了高層建筑的受力特點(diǎn)受力特點(diǎn)，不論其高，不論其高 度如何，應(yīng)視為高層建筑度如何，應(yīng)視為高層建筑 4 二、高層建筑結(jié)構(gòu)的功能、特點(diǎn)二、高層建筑結(jié)構(gòu)的功能、特點(diǎn) 部分解決城市用地緊張及地價(jià)高漲問(wèn)題；部分解決城市用地緊張及地價(jià)高漲問(wèn)題； 在建筑面積與建設(shè)場(chǎng)地面積相同比值的情況

4、下，能在建筑面積與建設(shè)場(chǎng)地面積相同比值的情況下，能 夠提供更多空閑地面，具有較好的美化環(huán)境、日照、夠提供更多空閑地面，具有較好的美化環(huán)境、日照、 采光和通風(fēng)效果；采光和通風(fēng)效果； 1 1、高層建筑的特點(diǎn)、高層建筑的特點(diǎn) 從城市建設(shè)與管理角度看，可縮小城市的平面規(guī)模，從城市建設(shè)與管理角度看，可縮小城市的平面規(guī)模， 縮短城市道路及各種公共管線長(zhǎng)度，從而節(jié)省城市縮短城市道路及各種公共管線長(zhǎng)度，從而節(jié)省城市 建設(shè)與管理資金；建設(shè)與管理資金； 材料用量、工程造價(jià)、運(yùn)行成本增長(zhǎng)；材料用量、工程造價(jià)、運(yùn)行成本增長(zhǎng)； 5 2 2、高層建筑結(jié)構(gòu)的功能、高層建筑結(jié)構(gòu)的功能 承重骨架承重骨架 安全性安全性 適用性適

5、用性 耐久性耐久性 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 3 3、高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)、高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn) 水平荷載和地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起控制作用水平荷載和地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起控制作用; ; 6 荷載效應(yīng)最大值荷載效應(yīng)最大值 ( (軸力軸力N、彎矩、彎矩M、位移、位移 ) )： N = wH f(H) M = qH2/2 f(H2) = qH4/8EI f(H4) 7 H 荷載效應(yīng)荷載效應(yīng) =f(H4) M = f(H2) N = f(H) 承載力承載力 剛剛 度度 動(dòng)力反應(yīng)不可低估動(dòng)力反應(yīng)不可低估; ; 結(jié)構(gòu)軸向變形、剪切變形及溫度、沉降的結(jié)構(gòu)軸向變形、剪切變形及溫度、沉降的 影響加劇影響加劇; ; 8 三、

6、高層建筑的結(jié)構(gòu)型式三、高層建筑的結(jié)構(gòu)型式 1 1、按材料分、按材料分 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 可澆注復(fù)雜斷面形狀，可組成多種結(jié)構(gòu)體系；可澆注復(fù)雜斷面形狀，可組成多種結(jié)構(gòu)體系； 造價(jià)較低，材料來(lái)源豐富，可節(jié)省鋼材；造價(jià)較低，材料來(lái)源豐富，可節(jié)省鋼材； 剛度大，承載能力較高；剛度大，承載能力較高； 經(jīng)合理設(shè)計(jì)，可獲得較好的抗震性能；經(jīng)合理設(shè)計(jì)，可獲得較好的抗震性能； 防火性較好；防火性較好； 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：構(gòu)件斷面大，占據(jù)空間大，自重大構(gòu)件斷面大，占據(jù)空間大，自重大 9 鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 自重輕、強(qiáng)度高、抗震性好；自重輕、強(qiáng)度高、抗震性好； 可縮短現(xiàn)場(chǎng)施工工期；可縮短現(xiàn)場(chǎng)施工工期；

7、優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 用鋼量大、造價(jià)高；用鋼量大、造價(jià)高； 耐腐蝕、耐火性能差；耐腐蝕、耐火性能差； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 10 11 12 組合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu) 充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點(diǎn)；充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點(diǎn)； 進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)重量，提高結(jié)構(gòu)延性；進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)重量，提高結(jié)構(gòu)延性； 鋼骨鋼筋混凝土構(gòu)件：鋼骨鋼筋混凝土構(gòu)件： 鋼管鋼筋混凝土構(gòu)件：鋼管鋼筋混凝土構(gòu)件： 13 直徑直徑3.05m，管壁厚管壁厚30mm 砼抗壓強(qiáng)度砼抗壓強(qiáng)度133Mpa，承受承受60%豎向荷載豎向荷載 美國(guó)美國(guó) 西雅圖西雅圖 雙聯(lián)廣場(chǎng)大廈雙聯(lián)廣場(chǎng)大廈 14 2 2、按結(jié)構(gòu)體系分、按結(jié)構(gòu)體系分 基本抗側(cè)力單元基本抗側(cè)力單元 框架框架 剪力墻

8、剪力墻 筒體筒體 結(jié)構(gòu)體系：結(jié)構(gòu)體系： 結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的構(gòu)件、單元的組成方式結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的構(gòu)件、單元的組成方式 15 框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu) 16 17 一般用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中；一般用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中； 由由梁、柱梁、柱構(gòu)件通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接組成；構(gòu)件通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接組成； 框架柱網(wǎng)可大可小，建筑平面布置靈活；框架柱網(wǎng)可大可小，建筑平面布置靈活； 延性大、耗能能力強(qiáng)的延性框架結(jié)構(gòu)具有延性大、耗能能力強(qiáng)的延性框架結(jié)構(gòu)具有 較好抗震性能；較好抗震性能； 剛度小，側(cè)移大，使用高度最低；剛度小，側(cè)移大，使用高度最低； 18 剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu) 19 一般用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，用鋼量較小；一

9、般用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，用鋼量較小； 鋼砼墻體鋼砼墻體為主要構(gòu)件；為主要構(gòu)件； 比比框架結(jié)構(gòu)剛度大，空間整體性好；框架結(jié)構(gòu)剛度大，空間整體性好； 結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)水平位移和層間位移通常較?。唤Y(jié)構(gòu)頂點(diǎn)水平位移和層間位移通常較??； 剪力墻間距一般剪力墻間距一般38m，自重大、剛度大，自重大、剛度大 使其結(jié)構(gòu)基本周期短、地震作用大使其結(jié)構(gòu)基本周期短、地震作用大; ; 20 北京國(guó)際飯店北京國(guó)際飯店 主體主體85m 總高總高104.4m 地下地下3層層 主體主體27層層 屋頂屋頂4層層 墻厚墻厚200mm600mm 21 22 框架框架剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu) 23 豎向荷載由框架和剪力墻共同承擔(dān)，而水平豎向荷載

10、由框架和剪力墻共同承擔(dān)，而水平 作用主要由抗側(cè)剛度較大的剪力墻承擔(dān)；作用主要由抗側(cè)剛度較大的剪力墻承擔(dān)； 結(jié)構(gòu)中同時(shí)布置結(jié)構(gòu)中同時(shí)布置框架及剪力墻框架及剪力墻； 兼有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、延性好和剪力墻結(jié)兼有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、延性好和剪力墻結(jié) 構(gòu)剛度大、承載力大的特點(diǎn)；構(gòu)剛度大、承載力大的特點(diǎn)； 層間變形沿建筑高度比較均勻；層間變形沿建筑高度比較均勻； 24 筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu) 豎向筒體豎向筒體承受荷載作用；承受荷載作用； 框架筒體結(jié)構(gòu) 內(nèi)筒剪力墻為抵抗水平作用的主要構(gòu)件內(nèi)筒剪力墻為抵抗水平作用的主要構(gòu)件 外框架柱間距可達(dá)外框架柱間距可達(dá)8m9m，建筑立面靈活，建筑立面靈活 外框架與核心筒間距可達(dá)外

11、框架與核心筒間距可達(dá)10m以上以上 25 筒中筒結(jié)構(gòu) 內(nèi)筒：剪力墻圍成的實(shí)腹核心筒內(nèi)筒：剪力墻圍成的實(shí)腹核心筒 外筒外筒: : 為密柱深梁框架組成的空間結(jié)構(gòu)為密柱深梁框架組成的空間結(jié)構(gòu)( (框筒框筒) ) 內(nèi)外筒間一般不設(shè)柱內(nèi)外筒間一般不設(shè)柱( (也可設(shè)柱也可設(shè)柱) ) 樓板：水平剛性隔板，使內(nèi)外筒協(xié)同工作樓板：水平剛性隔板，使內(nèi)外筒協(xié)同工作 26 成束筒（組合筒）結(jié)構(gòu) 平面內(nèi)設(shè)置多個(gè)筒體組合在一起平面內(nèi)設(shè)置多個(gè)筒體組合在一起 整體剛度很大，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間較大整體剛度很大，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間較大, ,平面劃分靈活平面劃分靈活 承載力大，適于多功能、多用途的超高層建筑承載力大，適于多功能、多用途

12、的超高層建筑 27 28 巨型框架結(jié)構(gòu) 巨型柱：巨型柱： 樓梯、電梯井組成大尺寸箱形樓梯、電梯井組成大尺寸箱形 截面（也可為大截面實(shí)體柱）截面（也可為大截面實(shí)體柱） 巨型梁：巨型梁： 隔若干層設(shè)一道（隔若干層設(shè)一道（12層樓高層樓高) ) 巨型框架是承受主要水平作用巨型框架是承受主要水平作用 和豎向荷載的一級(jí)結(jié)構(gòu)，剛度和豎向荷載的一級(jí)結(jié)構(gòu)，剛度 極大；極大； 樓層梁柱組成二級(jí)結(jié)構(gòu)，構(gòu)件樓層梁柱組成二級(jí)結(jié)構(gòu)，構(gòu)件 截面較小，增加了建筑布置的截面較小，增加了建筑布置的 靈活性和有效使用面積；靈活性和有效使用面積； 29 巨型桁架結(jié)構(gòu) 懸臂桁架：懸臂桁架： 大截面巨型的豎桿和斜桿組成大截面巨型的豎桿

13、和斜桿組成 懸臂桁架承為受主要水平作用懸臂桁架承為受主要水平作用 和豎向荷載的一級(jí)結(jié)構(gòu)；和豎向荷載的一級(jí)結(jié)構(gòu)； 樓層豎向荷載通過(guò)樓蓋、梁和樓層豎向荷載通過(guò)樓蓋、梁和 柱傳遞到桁架的主要桿件上；柱傳遞到桁架的主要桿件上； 高雄市銀行大廈高雄市銀行大廈 30 體系體系 名稱(chēng)名稱(chēng) 框框 架架 框架框架 剪剪 力墻力墻 剪剪 力力 墻墻 框架框架 核核 心筒心筒 框架框架 核心核心 筒筒- - 伸臂伸臂 筒筒 中中 筒筒 束筒束筒 巨型巨型 框架框架 適宜適宜 范圍范圍 2020 層層 6060m m 8 8 2020層層 8080m m 1010 4040層層 120120m m 3030 5050

14、層層 200200m m 5050 100100層層 400400m m 5050 100100層層 400400m m 5050 110110層層 450450m m 3030 150150層層 500500m m 適宜適宜 高寬高寬 比比 445566668877881010 3 3、結(jié)構(gòu)體系適用高度、結(jié)構(gòu)體系適用高度 31 四、高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展與展望四、高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展與展望 1 1、我國(guó)高層建筑的發(fā)展、我國(guó)高層建筑的發(fā)展 公元公元524524年年 河南河南 嵩岳寺塔嵩岳寺塔(15(15層筒結(jié)構(gòu)，高層筒結(jié)構(gòu)，高50m50m） 公元公元704704年年 西安西安 大雁塔大雁塔 (7(7

15、層磚木結(jié)構(gòu)，總高層磚木結(jié)構(gòu)，總高64m)64m) 公元公元10551055年年 河北定縣河北定縣 料敵塔料敵塔(11(11層筒體結(jié)構(gòu)，高層筒體結(jié)構(gòu)，高82m)82m) 公元公元10561056年年 山西山西 應(yīng)縣木塔應(yīng)縣木塔(9(9層，高層，高67m)67m) 我國(guó)古代高層建筑的發(fā)展：我國(guó)古代高層建筑的發(fā)展： 32 建國(guó)建國(guó)6060年代末年代末 初步發(fā)展初步發(fā)展(20(20層以下框架）層以下框架） 7070年代年代 20203030層住宅、旅館、辦公樓層住宅、旅館、辦公樓 8080年代年代 加速發(fā)展加速發(fā)展 （19801980 19831983年相當(dāng)于建國(guó)以來(lái)年相當(dāng)于建國(guó)以來(lái)3030多年中所建

16、高層總和）多年中所建高層總和） 9090年代起年代起 高層建筑興建高速發(fā)展高層建筑興建高速發(fā)展 （1990199019941994年間，每年建成年間，每年建成1010層以上建筑在層以上建筑在10001000萬(wàn)萬(wàn) 平方米以上，占全國(guó)已建成高層建筑的平方米以上，占全國(guó)已建成高層建筑的40%40%） 超高層建筑的發(fā)展超高層建筑的發(fā)展 我國(guó)現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展：我國(guó)現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展： 33 2 2、國(guó)外高層建筑的發(fā)展、國(guó)外高層建筑的發(fā)展 1919世紀(jì)中期前：世紀(jì)中期前： 磚石、木材，設(shè)計(jì)手段和施工技術(shù)磚石、木材，設(shè)計(jì)手段和施工技術(shù) 限制，歐美國(guó)家一般只能建造限制，歐美國(guó)家一般只能建造6 6層及以下建筑

17、層及以下建筑 1919世紀(jì)中期世紀(jì)中期2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代初：年代初： 設(shè)計(jì)理論和建筑材料的限制，結(jié)構(gòu)材料用量較多、自設(shè)計(jì)理論和建筑材料的限制，結(jié)構(gòu)材料用量較多、自 重較大，且僅限于框架結(jié)構(gòu)，建于非抗震區(qū)重較大，且僅限于框架結(jié)構(gòu)，建于非抗震區(qū) 2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代起：年代起： 在輕質(zhì)高強(qiáng)材料、抗風(fēng)抗震結(jié)構(gòu)體系、施工技術(shù)及施在輕質(zhì)高強(qiáng)材料、抗風(fēng)抗震結(jié)構(gòu)體系、施工技術(shù)及施 工機(jī)械等方面取得了很大進(jìn)步、計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)工機(jī)械等方面取得了很大進(jìn)步、計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)中的應(yīng) 用，使得高層建筑飛速發(fā)展用，使得高層建筑飛速發(fā)展 34 9090年代起：年代起： 亞洲陸續(xù)建成了超過(guò)亞洲陸續(xù)建成了超過(guò)200m、300m的超高層建筑的超高層建筑 3 3、高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展啟示、高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展啟示 抗側(cè)力體系由單一到雙（多）重抗側(cè)力體系由單一到雙（多）重 由平面到空間由平面到空間 桁架應(yīng)用桁架應(yīng)用 趨向周邊布置結(jié)構(gòu)趨向周邊布置結(jié)構(gòu) 用巨型結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)不規(guī)則挑戰(zhàn)用巨型結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)不規(guī)則挑戰(zhàn) 35 巨型框架巨型框架- -核心筒核心筒 主體高主體高448m 總高總高508m 高寬比高寬比7.2 地下地下5層層 主體主體91層層 屋頂屋頂10層層 臺(tái)北臺(tái)北101大廈大廈 36 16.4m 16.4m 6m 6m 10.5m 55.3m 68.968.9MPaMPa砼砼