淺談高層建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和應(yīng)用

淺談高層建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和應(yīng)用淺談高層建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和應(yīng)用PAGEI題目：淺談高層建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和應(yīng)用內(nèi)容摘要隨著科學(xué)技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計理論，高強(qiáng)材料的迅速發(fā)展，為建筑師們提供了豐富的想象空間，同時也為新穎結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件．本文主要介紹近年來應(yīng)用越來越多的幾種新型建筑結(jié)構(gòu)體系：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)等。關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)體系；框架結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)目錄內(nèi)容摘要 I引言 11緒論 21.1高層建筑發(fā)展情況 21.2高層建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和應(yīng)用情況 32高層建筑中常用結(jié)構(gòu)體系及特點 62.1框架結(jié)構(gòu) 62.1.1特點 62.1.2應(yīng)用實例 72.2剪力墻結(jié)構(gòu) 72.2.1特點 82.2.2應(yīng)用實例 82.3框架-剪力墻結(jié)構(gòu) 92.3.1特點 92.3.2應(yīng)用實例 112.4筒體結(jié)構(gòu) 112.4.1特點 112.4.2應(yīng)用實例 132.5巨型結(jié)構(gòu) 142.5.1特點 142.5.2應(yīng)用實例 153高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點 163.1水平荷載成為設(shè)計的決定性因素 163.2側(cè)移成為設(shè)計的控制指標(biāo) 163.3軸向變形的影響在設(shè)計中不容忽視 173.4延性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標(biāo) 173.5動力效應(yīng)大 173.6扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大 173.7結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和抗傾覆 173.8溫差過大產(chǎn)生的溫度應(yīng)力及變形大 184高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時選定結(jié)構(gòu)體系需要注意的問題 194.1結(jié)構(gòu)的平面形狀及立面型式 194.2結(jié)構(gòu)剛度 194.3高寬比限制 194.4側(cè)向位移限制 20附錄 24PAGE24引言近年來隨著世界人口的增加，住房緊張的問題越來越嚴(yán)重，傳統(tǒng)意義的住房已滿足不了人們的需求。在這種情況下，高層建筑因運(yùn)而生。所以高層建筑是社會生產(chǎn)的需要和人類生活需求的產(chǎn)物，是現(xiàn)代工業(yè)化、商業(yè)化和城市化的必然結(jié)果。而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)輕質(zhì)材料的出現(xiàn)以及機(jī)械化、電氣化在建筑中的實現(xiàn)等，為高層建筑的發(fā)展提供了技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。雖然高層現(xiàn)在也有很多缺點，但是隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，高層建筑的缺點會逐步改正并成為未來大多人們的居住房。1緒論1.1高層建筑發(fā)展情況19世紀(jì)末，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋼筋混領(lǐng)土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)在土木工程領(lǐng)域中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磚、石、木結(jié)構(gòu)得到了推廣和應(yīng)用，建筑高度的增加、層數(shù)的增多、跨度的增大，現(xiàn)代意義上的高層建筑開始出現(xiàn)?；仡櫢邔咏ㄖ陌l(fā)展歷史，我們可以看到其中代表建筑是美國1931年建成的紐約帝國大廈（高381m，102層）、1972年建成的紐約世界貿(mào)易中心的姊妹樓（417m和415m，100層，“9.11”事件中被毀）和1974年建成的芝加哥西爾斯大廈（441.9m，110層），前蘇聯(lián)和波蘭與1953年和1955年分別漸層的莫斯科國立大學(xué)（239m，26層）和華沙科學(xué)文化宮（231m，42層），1978年澳大利亞悉尼建成的MLC中心（229m65層）。1985年以來，亞洲的日本、韓國、馬來西亞、朝鮮及中國等國家迅速發(fā)展了高層及超高層建筑，其中有1996年建成的深圳的帝王大廈（高325m，69層）、廣州中信廣場（321.9，80層），1998年建成的吉隆坡石油大廈（400m，88層）上海金茂大廈（395m世界高的100幢高層建筑的建筑年代及分布表建成年代北美洲亞洲歐洲大洋洲合計1931~197928—21311980~1989197—1271990~199816223142合計632953100將較熟悉的世界上10幢最高的建筑物數(shù)據(jù)加以列表，（見表2）世界10幢最高的建筑物數(shù)據(jù)表序號名稱城市建成年代層數(shù)高度材料用途1西爾斯大廈芝加哥1974110441.9M辦公2石油大廈吉隆坡199888400.0S多功能3金茂大廈上海199888395.0M多功能4帝國大廈紐約1931102381.0S辦公5T&C大廈高雄199785374.5M多功能6標(biāo)準(zhǔn)石油公司大廈芝加哥197383346.0S辦公7約翰漢考克中心芝加哥1969100343.5S多功能8地王大廈深圳199669325.0M辦公9中信廣場廣州199680321.9C辦公10芝加哥湖濱酒店迪拜200055311.0M辦公(M—SRC組合材料，S—鋼結(jié)構(gòu)，C—混凝土結(jié)構(gòu))則會看到在這10幢建筑中，美國占4幢建于1931~1974年，且均為鋼結(jié)構(gòu)建筑;亞洲占6幢（其中中國四幢）建于1996~2000年。進(jìn)一步亞洲已經(jīng)成為世界建筑高層及超高層建筑的中心。而且這6幢超高層建筑有5幢采用了SRC組合結(jié)構(gòu)，說明SRC組合結(jié)構(gòu)在超高層中的運(yùn)用，以達(dá)到相當(dāng)?shù)膹V度和深度，并逐步成為超高層叫做建造中首選類型。1.2高層建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和應(yīng)用情況隨著工業(yè)化、商業(yè)化、城市化的進(jìn)程，城市人口劇增，造成城市生產(chǎn)和生活用房緊張，地價昂貴，迫使建筑物向高空發(fā)展，由多層發(fā)展為高層。19世紀(jì)末期，開始出現(xiàn)了現(xiàn)代形式的鋼框架和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的高層建筑。1898年修建的secodRandMeNa119層大樓（美國，芝加哥），是世界上第一幢具有現(xiàn)代形式的鋼框架結(jié)構(gòu)高層建筑。而最早的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)高層建筑，為世界上第一幢具有現(xiàn)代形式的鋼框架結(jié)構(gòu)高層建筑。而最早的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)高層建筑，為1903年修建的位于美國Cincinnati的InallaBuildin和法國巴黎Franklin公寓。所以，現(xiàn)代形式的高層建筑，只有117年的歷史。到了20世紀(jì)50年代以后，由于輕質(zhì)高強(qiáng)材料研制成功，抗風(fēng)、抗震結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展，新的設(shè)計計算理論的創(chuàng)立，電子計算機(jī)在設(shè)計中的應(yīng)用，以及新的施工技術(shù)和機(jī)械不斷涌現(xiàn)，為大規(guī)模地、較經(jīng)濟(jì)地建造高層建筑提供了充分的條件，使高層建筑得到迅速發(fā)展。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方面，其結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展歷程也類似于鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系，由最初的框架結(jié)構(gòu)（1903年，glnallsBuildin）逐漸發(fā)展出框架剪力墻結(jié)構(gòu)或框架簡體結(jié)構(gòu)和巨型結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系，使得混凝土結(jié)構(gòu)的建造高度越來越高。鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好等優(yōu)點，鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件可在工廠加工和制作，施工速度快，工期短。鋼是建造高層建筑結(jié)構(gòu)比較理想的材料，但是全鋼結(jié)構(gòu)用鋼量大，造價高，耐火性能差，需用昂貴的防火涂料。而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有節(jié)省鋼材、造價低、材料來源豐富、可模性好等優(yōu)點，且承載力也不低，經(jīng)過合理設(shè)計也可獲得較好的抗震性能。因此，只有在發(fā)達(dá)國家，大多數(shù)的高層建筑才采用鋼結(jié)構(gòu)形式，而在發(fā)展中國家，絕大部分的高層建筑采用鋼筋混凝土材料建造，且由于高性能混凝土的發(fā)展和施工技術(shù)的進(jìn)步，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仍是今后高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。特別是近年來，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，發(fā)達(dá)國家采用鋼筋混凝土材料建造的高層建筑的數(shù)量也在日益增多。當(dāng)然，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)件斷面尺寸大，減少了建筑使用面積；自重大，致使基礎(chǔ)造價增高，抗震性能也不如鋼結(jié)構(gòu)。因此為充分發(fā)揮鋼材和混凝土這兩種材料的特點，更為合理的結(jié)構(gòu)形式是同時采用鋼和鋼筋混凝土材料的混合結(jié)構(gòu)或組合結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)形式經(jīng)合理設(shè)計，可取得經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)性能優(yōu)良的效果，近年來已成為研究的熱點和發(fā)展的方向。

高層建筑的發(fā)展，充分顯示了科學(xué)技術(shù)的力量，使建筑師從過去強(qiáng)調(diào)藝術(shù)效果轉(zhuǎn)向重視建筑特有功能與技術(shù)因素。未來的高層建筑將朝著技術(shù)功能先進(jìn)和藝術(shù)完美相結(jié)合的方向發(fā)展。1新材料、超強(qiáng)材料的開發(fā)和應(yīng)用在高層建筑結(jié)構(gòu)的技術(shù)問題中，首先要解決的是材料問題?，F(xiàn)在混凝土的強(qiáng)度等級已經(jīng)達(dá)到Ｃ100以上。高強(qiáng)度和良好韌性的混凝土有利于減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸，減輕結(jié)構(gòu)的自重，改善結(jié)構(gòu)抗震性能。同時，為了達(dá)到輕質(zhì)高強(qiáng)的目的，必須在高層建筑結(jié)構(gòu)中，發(fā)展輕骨料混凝土、輕混凝土、纖維混凝土、聚合物混凝土、側(cè)限（約束）混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土。高性能混凝土的開發(fā)和應(yīng)用，將繼續(xù)受到人們的重視，也必將給高層建筑結(jié)構(gòu)帶來重大和深遠(yuǎn)的影響。從強(qiáng)度和塑性方面考慮，鋼是高層建筑結(jié)構(gòu)的理想材料，增進(jìn)或改善鋼材的強(qiáng)度、塑性和可焊性性能的工作人們從未停止過。特別是對新型耐火耐候鋼的研發(fā)，具有重要意義，可使鋼材減小或拋棄對防火材料的依賴，提高建筑用鋼的競爭力。復(fù)合材料用于制作高層建筑部分構(gòu)件正在開發(fā)和實踐中。2混合結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用如前所述，經(jīng)合理設(shè)計的混合結(jié)構(gòu)可取得經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)性能（如抗震性能）優(yōu)良的效果，且易滿足高層建筑的側(cè)向剛度的需求，可建造比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更高的建筑，因此在較高的建筑中，混合結(jié)構(gòu)往往仍是合理、可行的結(jié)構(gòu)方案，今后建造混合結(jié)構(gòu)的比率將會越來越大。3新的設(shè)計概念、新的結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用現(xiàn)代建筑功能趨于多樣性，建筑的體形和結(jié)構(gòu)體系趨向復(fù)雜多變，趨向立體化，應(yīng)運(yùn)而生新的設(shè)計概念和結(jié)構(gòu)技術(shù)的深化，采用新的結(jié)構(gòu)體系，如巨型結(jié)構(gòu)體系，蒙皮結(jié)構(gòu)，帶加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)，建筑立面設(shè)置大洞口以減小風(fēng)力，采用結(jié)構(gòu)控制技術(shù)設(shè)置抗震機(jī)構(gòu)等。4高層建筑結(jié)構(gòu)的高度出現(xiàn)新的突破進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，高層建筑迅猛發(fā)展，在數(shù)量、質(zhì)量及高度上都有了大飛躍，高層建筑中的科技含量越來越高。2高層建筑中常用結(jié)構(gòu)體系及特點高層建筑發(fā)展到今天，其結(jié)構(gòu)體系形式繁多，劃分標(biāo)準(zhǔn)也多種多樣。高層建筑結(jié)構(gòu)體系的分類標(biāo)準(zhǔn)通常依據(jù)其豎向承重單體和抗側(cè)力單元的類型來劃分，通常分為以下幾種類型。2.1框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)是由梁、柱等線型構(gòu)件通過節(jié)點連接在一起構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，其基本的豎向承重單體和抗側(cè)力單元為梁、柱通過節(jié)點連接形成的框架。框架結(jié)構(gòu)最理想的施工材料是鋼筋混凝土，這是因為鋼筋混凝土節(jié)點具有天然的剛性?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系也可以用于鋼結(jié)構(gòu)建筑中，但鋼筋結(jié)構(gòu)的抗彎節(jié)點處理費(fèi)用相對較高。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)按施工方法的不同，可以分為以下四種。（1）梁、板、柱全部現(xiàn)場澆注的現(xiàn)澆框架。（2）樓板預(yù)制，梁、柱現(xiàn)場澆注的現(xiàn)澆框架。（3）梁、板預(yù)制，柱現(xiàn)場澆注的半裝配式框架。（4）梁、板、柱全部預(yù)制的全裝配式框架。2.1.1特點1、框架結(jié)構(gòu)的位移特點在水平荷載的作用下，框架結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生較大的側(cè)向位移，側(cè)移一般由以下兩部分組成：（1）由水平力所引起的傾覆力矩，使得框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的整體彎曲變形，即柱子的軸向拉伸和壓縮所引起的側(cè)移；（2）由水平力所引起的樓層剪力，使得框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生剪切變形，即框架整體受剪，層間梁、柱桿件發(fā)生彎曲而引起的水平位移?？蚣芙Y(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。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。2、框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部比較空曠而且建筑平面布置靈活，可以做成具有較大空間的會議室、餐廳、辦公室、實驗室等，同時便于門窗的靈活布置，立面也可以處理得富于變化，可以滿足各種不同用途的建筑的需求。3、框架結(jié)構(gòu)的缺點框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面較小，抗側(cè)剛度較小，在強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)的整體位移和層間位移都比較大，這對結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件都是不利的，容易加重震害?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的節(jié)點內(nèi)力集中，受力非常復(fù)雜，是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵部位。另外，由于框架結(jié)構(gòu)的受力特性和抗震性能的限制，使得他的適用高度受到限制，一般不宜超過60m。2.1.2應(yīng)用實例

宜興城東新區(qū)最近出現(xiàn)兩個巨大的弧形拱塔，有十八層樓那么高。宜興建設(shè)局辦公室證實，這是宜興迄今為止投資最大的橋梁工程的主體骨架，宜興首座鋼結(jié)構(gòu)斜拉橋荊邑大橋主體工程日前完工。這兩個巨大的弧形拱塔位于宜興體育中心穹頂建筑群的附近，兩個拱塔相互傾斜，形成了一個巨大的X形，遠(yuǎn)看起來具有鮮明的現(xiàn)代感。荊邑大橋工程于08年6月中旬動工，總投資1.78億元。橋梁全長544.5米，跨越城南河、大溪河及溪隱小島。兩個巨大的鋼結(jié)構(gòu)弧形拱塔構(gòu)成了橋梁的主體部分，主拱塔高73.6米，相當(dāng)于18層樓的高度，副拱塔高61.7米，相當(dāng)于15層樓的高度。荊邑大橋是宜興目前已知的造價最高、橋面最寬的橋梁，也是國內(nèi)第一座采用X形結(jié)構(gòu)布置的斜拉橋。2.2剪力墻結(jié)構(gòu)由墻體承受全部水平作用和豎向荷載的結(jié)構(gòu)體系成為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。一般情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)均做成落地形式，但是由于建筑功能及其他方面的要求，部分剪力墻可能不能落地，如下圖2.1所示，即為此類部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。圖2.1部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)立面布置示意圖剪力墻結(jié)構(gòu)按照施工方法的不同，可以分為以下三種：（1）剪力墻全部現(xiàn)澆的結(jié)構(gòu)；（2）全部用預(yù)制墻板裝配而成的剪力墻結(jié)構(gòu)；（3）部分現(xiàn)澆、部分為預(yù)制裝配的剪力墻結(jié)構(gòu)。2.2.1特點1、剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移特點在承受水平力作用時，剪力墻相當(dāng)于一根懸臂深梁，其水平位移由彎曲變形和剪切變形兩部分組成，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，框架柱的變形以剪切變形為主，剪力墻的變形以彎曲變形為主，其位移曲線呈彎曲性，特點是結(jié)構(gòu)層間位移隨樓層的增高而增加。2、剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點相比框架結(jié)構(gòu)來說，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大，整體性好，結(jié)構(gòu)頂點水平位移和層間位移通常較小，經(jīng)過恰當(dāng)設(shè)計的剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，結(jié)構(gòu)的用鋼量也較省。3、剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點由于剪力墻結(jié)構(gòu)中采用了一定數(shù)量的墻體用以承擔(dān)全部水平作用和豎向荷載，因此結(jié)構(gòu)的平面布置相對不靈活，結(jié)構(gòu)自重較大。2.2.2應(yīng)用實例南昌銘雅歐洲城位于南昌市日趨繁榮的新區(qū)紅谷灘內(nèi)，距離市政府僅2.5公里。整個項目占地5400畝，項目完工后將有350，000多平方米的歐洲式公寓和別墅。全部采用剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震指標(biāo)符合國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。2.3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系是把框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)共同組合在一起形成的結(jié)構(gòu)體系，豎向荷載由框架和剪力墻等豎向承重單體共同承擔(dān)，水平荷載則主要由剪力墻這一具有較大剛度的抗側(cè)力單元來承擔(dān)。2.3.1特點1、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移框架-剪力墻結(jié)構(gòu)很好的綜合了框架的剪切變形和剪力墻的彎曲變形的受力性能，它們的協(xié)同工作使各層層間變形趨于均勻，改善了純框架或者純剪力墻結(jié)構(gòu)中上部和下部樓層層間變形相差較大的缺點?？傮w說來，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)彎-剪型變形：（1）下部樓層：剪力墻位移較小，框架位移較大，剪力墻拉著框架，彎曲型變形。（2）上部樓層：剪力墻位移較大，框架位移較小，框架拉著剪力墻，剪切型變形。2、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系綜合了框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，并在一定程度上規(guī)避了兩者的缺點，達(dá)到了揚(yáng)長避短的目的，使得建筑功能要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計協(xié)調(diào)得比較好。它既具有框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活、使用方便的特點，又具有較大的剛度和較好的抗震能力。因此，在高層建筑用應(yīng)用非常廣泛，它與框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)一起構(gòu)成了目前最常用的三大常規(guī)結(jié)構(gòu)。3、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)布置要點框架—剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成雙向抗側(cè)力體系。關(guān)鍵應(yīng)該注意剪力墻的數(shù)量和位置。如果剪力墻布置數(shù)量多，則結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大，側(cè)向變形小，布置難度大；如果剪力墻布置的數(shù)量少，則結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度小，側(cè)向變形大，對框架的抗震要求高。因此在進(jìn)行框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對于剪力墻的布置，應(yīng)注意以下一些要求：（1）抗震設(shè)計時使各主軸方向側(cè)向剛度接近；（2）對稱布置；（3）貫穿建筑全高；（4）布在周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化處、豎向荷載變化處；（5）平面形狀凸凹較大時在突出部位的端部設(shè)置；（6）形成翼墻；（7）布置3片以上；（8）間距不宜過大；（9）不宜布置在長框架的兩端。2.3.2應(yīng)用實例非盟會議中心座落于埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴市，總建筑面積48400平方米。該工程由辦公樓和會議廳兩部分組成，辦公樓共20層，高90米，采用框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，有少量勁性鋼骨柱。鋼結(jié)構(gòu)主要分布在會議廳，會議廳又分中庭部分和大會議廳部分，其中中庭部分屋頂為框架結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)件為H型鋼梁以及鋼梁之間的圓管支撐；大會議廳部分由側(cè)向鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和屋面鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成，側(cè)向鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由H型周邊環(huán)梁、桁架支撐環(huán)梁、H型弧形豎向肋梁、鋼管支撐與底部樹狀支撐組成；屋面鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為橢圓形，由橢圓長軸方向的一榀管桁架和橢圓短軸方向的三榀管桁架以及其間的網(wǎng)殼圓管桿件組成。2.4筒體結(jié)構(gòu)由密柱高梁空間框架或空間剪力墻所組成，在水平荷載作用下起整體空間作用的抗側(cè)力構(gòu)件稱為筒體（由密柱框架組成的筒體稱為框筒；由剪力墻組成的筒體稱為薄壁筒）。由一個或數(shù)個筒體作為主要抗側(cè)力構(gòu)件而形成的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)，它適用于平面或豎向布置繁雜、水平荷載大的高層建筑。2.4.1特點筒體結(jié)構(gòu)的類型很多，根據(jù)筒體的布置、組成和數(shù)量等，可以再分為：（1）框筒結(jié)構(gòu)：框筒結(jié)構(gòu)，如下圖2.2所示。筒體通常放在建筑外圍，由間距很密的柱子與截面很高的梁組成，筒體內(nèi)設(shè)置了一些柱子以減小樓板和梁的跨度，這些柱子僅用來承受豎向荷載，不考慮其承受水平荷載。圖2.2框筒結(jié)構(gòu)示意圖密柱深梁：實際是一個開了很多很多窗洞的筒體，靠空間受力特性來抵抗水平力。整體像一個懸臂筒體一樣，剛度和承載力很大。水平荷載下樓板只是一個剛性隔板，保證框筒的側(cè)向穩(wěn)定和剛度，有如竹子中的竹節(jié)，樓板中的板、梁按承受垂直荷載要求單體設(shè)計。（2）筒中筒結(jié)構(gòu):筒中筒結(jié)構(gòu)，如下圖2.3所示。一般用實腹筒做內(nèi)筒，框筒或桁架筒做外筒。內(nèi)筒可集中布置電梯、樓梯、豎向管道等?？蛲驳膫?cè)向變形以剪切變形為主，內(nèi)筒一般以彎曲變形為主，二者通過樓板聯(lián)系，共同抵抗水平荷載，其協(xié)同工作原理與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)類似。圖2.3筒中筒結(jié)構(gòu)示意圖（3）桁架筒結(jié)構(gòu)：用稀柱、淺梁和支撐斜桿組成桁架，布置在建筑物周邊，形成桁架筒結(jié)構(gòu)。桁架筒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點是柱距大，支撐斜桿橫跨建筑的一個面的邊長，豎向跨越幾個樓層，形成巨型桁架，4片桁架圍成桁架筒，形成整體懸臂結(jié)構(gòu)。剛度大，比框筒結(jié)構(gòu)更能充分利用材料。（4）多筒結(jié)構(gòu)—成束筒結(jié)構(gòu):成束筒是由若干單筒集成一體成束狀，形成空間剛度極大的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。自下而上逐漸減少筒體數(shù)量的處理手法，使高層建筑結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)合理。但這些逐漸減少的筒體結(jié)構(gòu)，應(yīng)對稱于建筑物的平面中心。2.4.2應(yīng)用實例北京銀泰中心（BeijingYintaiCentre）位于建國門外大街2號，地處北京中央商務(wù)區(qū)(CBD)核心地帶，北臨長安街，東接三環(huán)路，踞國貿(mào)橋“金十字”西南角。根據(jù)首都規(guī)劃委員會規(guī)劃，長安街兩邊建筑限高250米，北京銀泰中心中央主樓高249.9米、63層，是長安街上的最高建筑。其建設(shè)與規(guī)劃，經(jīng)國務(wù)院總理辦公會審批，曾連續(xù)多年列為北京市重點建設(shè)項目。其結(jié)構(gòu)類型中央主樓純鋼結(jié)構(gòu)，東西兩側(cè)寫字樓鋼、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。建筑高度249.90米，占地面積：31,305平方米北京銀泰中心擁有的凱悅酒店及度假村集團(tuán)在大中華地區(qū)首家精品酒店——北京柏悅酒店，是凱悅集團(tuán)在中國投資并全盤管理的第一個項目，與一般建筑不同，北京銀泰中心把酒店服務(wù)式公寓和酒店統(tǒng)一設(shè)置在整個建筑群的中央主樓，完美詮釋“王者必居天下之中”的居住理念。把三幢塔樓連接在一起，將其變成全新概念的高品位商業(yè)、休閑、健康、美食及娛樂生活目的地，總面積52,199平方米，其中4層(地上3層、地下1層)近25,000平方米的商業(yè)配套設(shè)施薈萃頂級奢華品牌旗艦店、會議宴會設(shè)施、中西餐飲和健身休閑等設(shè)施。銀泰中心東西兩棟智能5A甲級寫字樓，東側(cè)寫字樓已由中國人民財產(chǎn)保險股份有限公司（PICC）整幢購買。西側(cè)的銀泰寫字樓以其顯赫的位置、獨特的空中環(huán)廊大堂、4米的辦公層高、高效快速的雙層轎箱電梯、具有架空地板的綜合布線系統(tǒng)、精心設(shè)計的變頻恒溫恒濕新風(fēng)對流系統(tǒng)，體現(xiàn)著北京銀泰中心寫字樓對最高質(zhì)量的追求。2.5巨型結(jié)構(gòu)巨型結(jié)構(gòu)，如下圖2.4所示。利用筒體作為柱子，在各筒體之間每隔數(shù)層用巨型梁相連，筒體和巨型梁即構(gòu)成巨型框架。圖2.4巨型框架結(jié)構(gòu)示意圖2.5.1特點巨型框架具有很大的承載能力和側(cè)向剛度。由于它可以看作是由兩級框架組成，第一級為巨型框架，是承載的主體；第二級是位于巨型框架單元內(nèi)的輔助框架（只承受豎向荷載），也起承載作用。因此，這種結(jié)構(gòu)是具有兩道抗震防線的抗震結(jié)構(gòu)，具有良好的抗震性能。2.5.2應(yīng)用實例上海環(huán)球金融中心位于中國上海陸家嘴，比鄰金茂大廈，2008年建成。地上10層，地下3層，高492m，是目前中國第一高樓、世界第三高樓。是以辦公為主，集商貿(mào)、賓館、觀光、會議等于一體的綜合型大廈。

該樓為鋼與鋼筋混凝土的混合結(jié)構(gòu)，為筒中筒結(jié)構(gòu)。六層以下的結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土周邊剪力墻、交叉剪力墻和翼墻組成的傳力體系。六層以上的內(nèi)筒為鋼筋混凝土核心筒，外筒為型鋼混凝土巨型柱、鋼管混凝土巨型斜撐和鋼帶狀桁架組成的巨型結(jié)構(gòu)，內(nèi)外筒之間通過伸臂桁架連接。

3高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點由于高層建筑的各片豎向平面結(jié)構(gòu)（或稱抗側(cè)力結(jié)構(gòu)）的剛度、形式并不相同，變形特征也不一樣，導(dǎo)致其不能簡單地像一般房屋那樣由受荷面積和間距對荷載進(jìn)行分配，否則會使抗側(cè)力剛度大的結(jié)構(gòu)分配到的水平力過小。因此，首先需要了解高層建筑結(jié)構(gòu)的特點。3.1水平荷載成為設(shè)計的決定性因素對一般建筑物，其材料用量、造價及結(jié)構(gòu)方案的確定主要由豎向荷載控制，而在高層建筑結(jié)構(gòu)中，高寬比增大，水平荷載(包括風(fēng)力和地震力)產(chǎn)生的側(cè)移和內(nèi)力所占比重增大，成為確定結(jié)構(gòu)方案、材料用量和造價的決定因素。其根本原因就是側(cè)移和內(nèi)力隨高度的增加而迅速增長。例如一豎向懸臂桿件在豎向荷載作用下產(chǎn)生的軸力僅與高度成正比，但在水平荷載作用下的彎矩和側(cè)移卻分別與高度呈二次方和四次方的曲線關(guān)系。圖3.1結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度的關(guān)系因此，當(dāng)建筑物達(dá)到一定高度或?qū)訑?shù)之后，內(nèi)力和位移均急劇增加。如圖3.1所示，除了軸向力N與高度成正比外，彎矩M與位移Δ都呈指數(shù)曲線上升，因此，隨著高度的增加，水平荷載將成為控制結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要因素，結(jié)構(gòu)側(cè)移成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要控制目標(biāo)。3.2側(cè)移成為設(shè)計的控制指標(biāo)在高層建筑結(jié)構(gòu)中，除了像多層和低層房屋一樣進(jìn)行強(qiáng)度計算外，還必須控制其側(cè)移的大小，以保證高層建筑結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，避免側(cè)移過大。（1）結(jié)構(gòu)頂點的側(cè)移與結(jié)構(gòu)高度的四次方成正比（2）結(jié)構(gòu)的側(cè)移與結(jié)構(gòu)的使用功能和安全有著密切的關(guān)系；過大側(cè)移會使人產(chǎn)生不安全感；過大側(cè)移會使填充墻和主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或損壞，影響正常使用；因P-△效應(yīng)而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，甚至破壞。3.3軸向變形的影響在設(shè)計中不容忽視在一般房屋結(jié)構(gòu)分析中，通常只考慮構(gòu)件彎曲變形的影響，而忽略構(gòu)件軸向變形和剪切變形的影響，因為一般來說其構(gòu)件的軸力和剪力產(chǎn)生的影響很小。而對于高層建筑結(jié)構(gòu)，由于層數(shù)多、高度高，軸力很大，從而沿高度逐漸積累的軸向變形很顯著，中部構(gòu)件與邊部、角部構(gòu)件的軸向變形差別大，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配的影響大，因而構(gòu)件中的軸向變形影響必須加以考慮；（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）水平荷載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。3.4延性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標(biāo)相對于低層建筑而言，高層建筑更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取適當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。（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）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。（3）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(qiáng)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。3.5動力效應(yīng)大結(jié)構(gòu)本身的特點不同，如結(jié)構(gòu)的類型與形式，結(jié)構(gòu)的高度與高寬比，自振周期與材料的阻尼比等的不同，結(jié)構(gòu)受到地震作用或風(fēng)荷載作用時，產(chǎn)生的動力效應(yīng)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物的正常使用，甚至造成房屋的破壞。3.6扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布、剛度分布不均勻時，高層建筑結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下容易產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)作用，扭轉(zhuǎn)作用會使抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)移發(fā)生變化，影響各個抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其他構(gòu)件的內(nèi)力與變形。3.7結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和抗傾覆必須重視結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定和抗傾覆問題。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)該重視結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生整體失穩(wěn)的破壞情況。3.8溫差過大產(chǎn)生的溫度應(yīng)力及變形大當(dāng)建筑物高度很大時，結(jié)構(gòu)內(nèi)力與上下的溫差過大而產(chǎn)生的溫度內(nèi)力和溫度位移也是高層建筑結(jié)構(gòu)的一種特點。

4高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時選定結(jié)構(gòu)體系需要注意的問題相對于多層建筑，高層建筑的受力特點：一是柱子、墻體的軸向變形及截面剪切變形對結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形的影響；二是因風(fēng)力或地震的水平荷載作用所產(chǎn)生的內(nèi)力和位移變形常為結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計成為關(guān)鍵。針對高層結(jié)構(gòu)的受力特點，提出在設(shè)計中確定結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該注意的幾點問題。4.1結(jié)構(gòu)的平面形狀及立面型式高層建筑結(jié)構(gòu)要抵抗豎向和水平荷載作用，高層建筑結(jié)構(gòu)中的抗側(cè)力成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要問題，因此，平面形狀宜簡單、規(guī)則、對稱，避免過多的外凸、內(nèi)凹。在抗震結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)體型、布置、構(gòu)造措施的好壞比計算是否精確更直接影響結(jié)構(gòu)的安全。平面和體型的選擇必須在綜合考慮使用要求、建筑美觀、結(jié)構(gòu)合理及便于施工等各種因素后確定。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，保證結(jié)構(gòu)安全和經(jīng)濟(jì)合理等要求比一般多層結(jié)構(gòu)整體性也不同，若上部結(jié)構(gòu)通過合理結(jié)構(gòu)設(shè)計能保證結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度，以使結(jié)構(gòu)在地震作用下和風(fēng)振作用下都不會有過大的動力反應(yīng)，高寬比控制也可以大些。比高層建筑更細(xì)柔的高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計時并不采用H/B來控制，而是通過計算確定附加彎矩等不利因素從而采用相應(yīng)的措施，安全性同樣能得到保證。因此，可以通過合理的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計來考慮結(jié)構(gòu)整體性和抗傾覆性的要求，適當(dāng)突破高寬比的限值4.2結(jié)構(gòu)剛度高層建筑的抗側(cè)剛度對結(jié)構(gòu)的抗震性能有很大影響，應(yīng)設(shè)計得剛些還是柔些，不同的設(shè)計有不同的做法，因此各結(jié)構(gòu)物的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相差較大。產(chǎn)生的變形對構(gòu)件內(nèi)力的影響也是不一樣的。因此，雖然△u/h有限值要求，但不同的算法所得的數(shù)值有時會相差幾倍，所以△u/h實際上失去了指導(dǎo)意義。另外，衡量填充墻、裝飾物等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂的損壞與否，用△u/h來控制也不是最妥當(dāng)，如非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)之間是剛性連接，則應(yīng)主要看其主拉應(yīng)力是否超出材料的開裂強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度；若非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)是柔性連接且連接材料具有較好的變形能力，則△u/h超出限值也并不會破壞。4.3高寬比限制《鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計與施工規(guī)程》(JGJ3-91)中對高層建筑的結(jié)構(gòu)高寬比H/B進(jìn)行限值的目的是為了保證結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和不傾覆。一般而言，隨著建筑物高度的增加，傾覆力矩也將迅速增大，高寬比大的結(jié)構(gòu)其安全性和經(jīng)濟(jì)性較差，所以高寬比限值原則上是需要的。但目前高寬比限值中考慮的《鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計與施工規(guī)程》(JGJ3-91)中對高層建筑的結(jié)構(gòu)高寬比H/B進(jìn)行限值的目的是為了保證結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和不傾覆。一般而言，隨著建筑物高度的增加，傾覆力矩也將迅速增大，高寬比大的結(jié)構(gòu)其安全性和經(jīng)濟(jì)性較差，所以高寬比限值原則上是需要的。但目前高寬比限值中考慮4.4側(cè)向位移限制高層建筑結(jié)構(gòu)