A01 概述(設計特點和結構類型)

第十章多高層房屋結構本節(jié)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容1.1概述1.2高層建筑結構的設計特點

1.3高層建筑結構的類型1.4高層建筑的發(fā)展概況1.1概述問題：高層建筑的定義？通常以建筑的高度和層數(shù)兩個指標來判定，但世界范圍內(nèi)目前還沒有一個統(tǒng)一的劃分標準。1）國外：

（1）美國規(guī)定：高度為22~25m以上或7層以上建筑為高層建筑；

（2）英國規(guī)定：高度為24.3m以上的建筑為高層建筑；

（3）日本規(guī)定：8層以上或高度超過31m的建筑為高層建筑。1.1概述1.1概述2）我國：

（1）《高層民用建筑設計規(guī)范》GB50045-95和《高層民用建筑設計防火規(guī)范》

GBJ50045-2002和規(guī)定：≥10層的居住建筑（包括首層設置商業(yè)服務網(wǎng)點的住宅）或≥24m的公共建筑。

（2）《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2002）規(guī)定：≥10層或≥28m；（本課程內(nèi)容的依據(jù)）

1.1概述

1.2高層建筑結構的設計特點問題：與多層建筑相比有哪些的設計特點？1、水平荷載成為設計的決定性因素

1）豎向荷載產(chǎn)生軸向壓力與結構高度的一次方成正比；

1.2高層建筑結構的設計特點

1.2高層建筑結構的設計特點問題：與多層建筑相比有哪些的設計特點？1、水平荷載成為設計的決定性因素

2）水平荷載產(chǎn)生的傾覆力矩與高度的二次方成正比。

1.2高層建筑結構的設計特點2、側移成為設計的控制指標

1）結構頂點的側移

ut與結構高度

H的四次方成正比；

1.2高層建筑結構的設計特點

2）結構的側移與結構的使用功能和安全有著密切的關系；過大側移會使人產(chǎn)生不安全感；使填充墻和主體結構出現(xiàn)裂縫或損壞，影響正常使用；因P-△效應而使結構產(chǎn)生的附加內(nèi)力，甚至破壞。

3）必須選擇可靠的抗側力結構體系，使結構不僅具有較大的承載力，而且還應具有較大的側向剛度。內(nèi)力或位移

=f(H4)M=f(H2)N=f(H)H

結構內(nèi)力、位移與高度H的關系

1.2高層建筑結構的設計特點

3、軸向變形的影響在設計中不容忽視

1）豎向荷載產(chǎn)生的結構軸向變形對其內(nèi)力及變形的影響;2)對預制構件的下料長度和樓面標高會產(chǎn)生較大的影響；Houston75層的某商業(yè)大廈，采用剪力墻和鋼柱混合體系，由于鋼柱負荷面積大，其底層鋼柱壓縮變形比墻多260mm。

1.2高層建筑結構的設計特點

3）水平荷載產(chǎn)生的結構軸向變形對其內(nèi)力及側移的影響

水平荷載作用下，使豎向結構體系一側構件產(chǎn)生軸向壓縮，另一側構件產(chǎn)生軸向拉伸，從而產(chǎn)生整體水平側移。

1.2高層建筑結構的設計特點

由表可知，結構層數(shù)越高，軸向變形所產(chǎn)生的影響越大。表中為某剪力墻的計算結果。

1.2高層建筑結構的設計特點4、延性成為結構設計的重要指標

1）延性表示構件和結構屈服后，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）延性系數(shù)μ：用來衡量延性的大小。

1.2高層建筑結構的設計特點

3）結構的抗震性能決于其“能量吸收與耗散”能力的大小，即決于結構延性的大小。

4）為了保證結構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。可通過加強結構抗震概念設計，采取恰當?shù)目拐饦嬙齑胧﹣肀ＷC。

1.2高層建筑結構的設計特點5、結構材料用量顯著增加

1）對于高層建筑結構，隨高度增大，材料用量增大較多。

2）特別是水平荷載對材料用量影響較大。

3）結構方案對材料用量影響很大，水平力作用下對結構進行優(yōu)化設計至關重要。

1.2高層建筑結構的設計特點如筒體結構可使結構用鋼量大幅度減小，高381m的帝國大廈，采用平面框架結構體系，用鋼量為206kg/m2，采用筒體結構,高344m的約翰.漢考克大廈用鋼量僅為146kg/m2，高443m的西爾斯大廈用鋼量僅為161kg/m2。

六、基礎設計愈顯重要七、結構自重對結構受力愈顯重要小結1）高層建筑同時承受豎向荷載和水平荷載，隨著房屋層數(shù)的增加，雖然豎向荷載對結構設計仍有著重要的影響，但水平荷載已成為結構設計的控制因素。水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力與高度的二次方成正比，側移與高度的四次方成正比。

1.2高層建筑結構的設計特點2）對高層建筑，水平荷載和豎向荷載產(chǎn)生的軸力均很大，不容忽略。3）為了保證高層建筑的抗震性能，結構應具有較大的延性。4）高層建筑的材料用量隨高度增加而加大，可通過優(yōu)化設計減小材料用量。

1.2高層建筑結構的設計特點

1.3高層建筑結構的類型問題：按使用的材料，高層建筑結構的類型？1、砌體結構

優(yōu)點：取材容易、施工簡便、造價低廉；缺點：脆性材料，其抗拉、抗彎、抗剪強度均較低，抗震性能較差；

配筋砌體可改善砌體的受力性能，但較少用于高層。公元524年的河南嵩岳寺塔(15層簡筒結構，高50m)公元704年的西安大雁塔(7層磚木結構，總高64m)

公元1055年的河北定縣料敵塔(11層筒體結構，高82m)

按使用的材料，高層建筑可采用砌體結構、混凝土結構、鋼結構和鋼-混凝土混合結構等類型。1.3高層建筑結構的類型

1.3高層建筑結構的類型2、混凝土結構

優(yōu)點：取材容易、良好耐久性和耐火性、承載能力大，剛度好、節(jié)約鋼材、降低造價、可模性好；缺點：自重大、構件截面較大、施工工序復雜、建造周期較長且受季節(jié)的影響；

平壤市的柳京飯店

1.3高層建筑結構的類型應用情況：我國絕大多數(shù)高層建筑都是采用混凝土結構，今后仍將是高層建筑發(fā)展的主流。

最早混凝土框架結構高層建筑，是1903年在美國辛辛那提建造的因格爾斯大樓，16層，高64m。目前世界上最高的混凝土建筑為香港中環(huán)廣場達78層374m、其次是平壤柳京飯店達105層300m

平壤市的柳京飯店

1.3高層建筑結構的類型3、鋼結構

優(yōu)點：材料強度高、截面小、自重輕、塑性和韌性好、制造簡便、施工周期短、抗震性能好；缺點：用鋼量大、造價高、防火性能差、剛度差；

芝加哥西爾斯大廈(SearsTower)，110層，高443m，鋼結構

1.3高層建筑結構的類型應用情況：采用鋼結構的高層建筑不斷的增多；美國、日本等從鋼結構起步建造高層建筑的國家已轉向發(fā)展混凝土結構。目前世界上最高的鋼結構建筑為美國芝加哥西爾斯大廈，110層、高443m。芝加哥西爾斯大廈(SearsTower)，110層，高443m，鋼結構

1.3高層建筑結構的類型

1.3高層建筑結構的類型4、鋼-混凝土組合結構或混合結構

不僅具有鋼結構自重輕、截面尺寸小、施工進度快、抗震性能好等特點，同時還兼有混凝土結構剛度大、防火性能好、造價低的優(yōu)點。近年來，這種結構形式逐漸增多，而且發(fā)展前景非常好。

1.3高層建筑結構的類型

定義：鋼-混凝土組合結構、鋼-混凝土混合結構

（1）組合結構：將鋼骨放在構件內(nèi)部，外部，采用外包或內(nèi)填混凝土，稱為鋼骨混凝土或鋼管混凝土。（形成組合構件）

（2）混合結構：指由鋼構件、鋼筋混凝土構件或鋼骨混凝土組合構件一起組成的空間結構。（形成混合結構）

RC核心筒+外框型鋼混凝土柱及鋼柱，88層，高420m，7度抗震設防上海金茂大廈辦公層平面客房平面第88層平面剖面

1.3高層建筑結構的類型上海環(huán)球金融中心

RC核心筒+外伸桁架和巨型（型鋼）柱(三重結構體系)，101層，高492m，7度抗震設防核芯筒底部剪力墻

1.3高層建筑結構的類型臺北101金融大樓高508米，超過美國芝加哥的西爾斯大樓，馬來西亞雙塔等大樓，成為新的全球第一高樓。

采用方鋼管混凝土柱，混凝土核心筒混合結構。

1.3高層建筑結構的類型大樓歷時5年多，耗資600億幣。總面積7萬多平方米，共容納了160多家商店。(包括地下5層、其中B2到B5為地下停車場、地上101層，其中有78層是辦公大樓，裙樓部分則是購物中心。

1.3高層建筑結構的類型

1998年在馬來西亞吉隆坡建成的彼得