同濟大學高層建筑第一章1.3-1.5

1、1.1.3 3 高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展展望高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展展望目前我國高層建筑的發(fā)展特點：目前我國高層建筑的發(fā)展特點：u層數(shù)不斷增多，高度不斷加大層數(shù)不斷增多，高度不斷加大u高層建筑向多用途、多功能方向發(fā)展高層建筑向多用途、多功能方向發(fā)展u平面布置和立面體型日益復雜化平面布置和立面體型日益復雜化u結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化u高強材料和新技術(shù)的應(yīng)用高強材料和新技術(shù)的應(yīng)用u玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用u計算機應(yīng)用水平迅速提高計算機應(yīng)用水平迅速提高u設(shè)計規(guī)程的不斷完善設(shè)計規(guī)程的不斷完善1.3 1.3 高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展展望高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展展望2121世紀高層建筑的高新技術(shù)預測世紀高

2、層建筑的高新技術(shù)預測1 1高層建筑復雜大系統(tǒng)高層建筑復雜大系統(tǒng)2 2高性能建筑材料高性能建筑材料3 3計算機仿真計算機仿真4 4專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)5 5參數(shù)控制與決策準則參數(shù)控制與決策準則 軟設(shè)計理論軟設(shè)計理論 6 6結(jié)構(gòu)控制與控制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)控制與控制結(jié)構(gòu)7 7結(jié)構(gòu)可靠性識辯和檢測治理結(jié)構(gòu)可靠性識辯和檢測治理8 8超高層建筑的先進消防系統(tǒng)超高層建筑的先進消防系統(tǒng)9 9智能性服務(wù)系統(tǒng)智能性服務(wù)系統(tǒng)1010節(jié)能環(huán)保技術(shù)與太陽能利用節(jié)能環(huán)保技術(shù)與太陽能利用1.3 1.3 高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展展望高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展展望未來未來1010年高層建筑的若干研究領(lǐng)回年高層建筑的若干研究領(lǐng)回1 1、高層建筑技術(shù)研究、

3、高層建筑技術(shù)研究2 2、超高層建筑結(jié)構(gòu)新體系研究、超高層建筑結(jié)構(gòu)新體系研究3 3巨型結(jié)構(gòu)體系研究與應(yīng)用巨型結(jié)構(gòu)體系研究與應(yīng)用4 4超高層建筑地震與反應(yīng)控制超高層建筑地震與反應(yīng)控制5 5深基礎(chǔ)設(shè)計與施工技術(shù)深基礎(chǔ)設(shè)計與施工技術(shù)6 6高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)7 7超高層建筑成套設(shè)備開發(fā)超高層建筑成套設(shè)備開發(fā)8 8 . . 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)1.3 1.3 高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展展望高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展展望1.1.4 4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點v1 1、水平力是設(shè)計主要因素、水平力是設(shè)計主要因素v2 2、豎向構(gòu)件的軸向變形不容忽視豎向構(gòu)件的軸

4、向變形不容忽視v3 3、側(cè)移成為設(shè)計的關(guān)鍵、側(cè)移成為設(shè)計的關(guān)鍵v 過大的位移對結(jié)構(gòu)的影響過大的位移對結(jié)構(gòu)的影響v4 4、抗震設(shè)計要求更高、抗震設(shè)計要求更高v5 5、概念設(shè)計與理論計算同等重要、概念設(shè)計與理論計算同等重要v6 6、減輕高層建筑自重比多層建筑更重、減輕高層建筑自重比多層建筑更重要要v7 7、軸向變形不容忽略、軸向變形不容忽略1.4 1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點1 1、水平荷載成為設(shè)計的主要因素、水平荷載成為設(shè)計的主要因素 1 1）豎向荷載產(chǎn)生軸向壓力與結(jié)構(gòu)高度的一次方成正比；）豎向荷載產(chǎn)生軸向壓力與結(jié)構(gòu)高度的一次方成正比； 2 2）水平荷載產(chǎn)生的傾覆力矩以及

5、軸力與高度的二次方成正比。）水平荷載產(chǎn)生的傾覆力矩以及軸力與高度的二次方成正比。1.4 1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點v說明：說明：v(1)(1)、豎向荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的、豎向荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力與軸力與H H的二次方成正比，側(cè)移更大，為四次方。的二次方成正比，側(cè)移更大，為四次方。v(2)(2)、豎向荷載一般為定值（除了需考慮豎向地震作、豎向荷載一般為定

6、值（除了需考慮豎向地震作用外），水平荷載（風、地震）均為不確定的因素，用外），水平荷載（風、地震）均為不確定的因素，且隨很多因素（時間、地點、結(jié)構(gòu)動力特性、周邊環(huán)且隨很多因素（時間、地點、結(jié)構(gòu)動力特性、周邊環(huán)境等）變化有較大幅度的變化。境等）變化有較大幅度的變化。 22qH48qHEI2max3qH4max11120qHEIv軸力軸力 N=f(H) N=f(H) v彎矩彎矩M=f(HM=f(H2 2) )v變形（側(cè)移）變形（側(cè)移）vf(Hf(H4 4) ) 公式公式水平荷載水平荷載1.4 1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點M M均布荷載均布荷載倒三角荷載倒三角荷載 2 2、

7、軸向變形的影響在設(shè)計中不容忽視軸向變形的影響在設(shè)計中不容忽視 1 1）對連續(xù)梁彎矩的影響對連續(xù)梁彎矩的影響中柱、邊柱軸向應(yīng)力不同引起壓縮變形的差異中柱、邊柱軸向應(yīng)力不同引起壓縮變形的差異2 2 ) ) 對預制構(gòu)件的下料長度和樓面標高會產(chǎn)生較大的影響；對預制構(gòu)件的下料長度和樓面標高會產(chǎn)生較大的影響；美國休斯頓美國休斯頓7575層漢克薩斯商業(yè)大廈，采用型鋼混凝土墻和層漢克薩斯商業(yè)大廈，采用型鋼混凝土墻和鋼柱組成的混合體系。根據(jù)計算，中心鋼柱由于受荷面積鋼柱組成的混合體系。根據(jù)計算，中心鋼柱由于受荷面積大，重力荷載下軸向壓縮變形要比型鋼混凝土墻多大，重力荷載下軸向壓縮變形要比型鋼混凝土墻多260mm

8、260mm，總下料多總下料多260mm260mm，并且要逐層調(diào)整，并且要逐層調(diào)整1.4 1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點3 3）水平荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)軸向變形對其）水平荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)軸向變形對其內(nèi)力及側(cè)移的影響內(nèi)力及側(cè)移的影響 水平荷載作用下，使豎向結(jié)構(gòu)體系一水平荷載作用下，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。向拉伸，從而產(chǎn)生整體水平側(cè)移。一般情況下不考慮豎向構(gòu)件的軸向變形，一般情況下不考慮豎向構(gòu)件的軸向變形，在高層中，考慮軸向變形計算的剪力與不在高層中，考慮軸向變形計算的剪力與不考慮結(jié)果相差考慮

9、結(jié)果相差3030以上，結(jié)構(gòu)頂點側(cè)移減以上，結(jié)構(gòu)頂點側(cè)移減小一半以上（考慮軸向變形計算的側(cè)移大）小一半以上（考慮軸向變形計算的側(cè)移大） 表中為某剪力墻的計算結(jié)果。表中為某剪力墻的計算結(jié)果。由表可知，結(jié)構(gòu)層數(shù)越高，軸向變形所產(chǎn)生的影響越大。由表可知，結(jié)構(gòu)層數(shù)越高，軸向變形所產(chǎn)生的影響越大。1.4 1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點3 3、側(cè)移成為設(shè)計的關(guān)鍵、側(cè)移成為設(shè)計的關(guān)鍵 要求：強度滿足要求，足夠的抗推剛度，控制水平荷載作要求：強度滿足要求，足夠的抗推剛度，控制水平荷載作用下產(chǎn)生的側(cè)移用下產(chǎn)生的側(cè)移. . 高規(guī)高規(guī)P30 4.6.3P30 4.6.3條規(guī)定限值（鋼筋混條規(guī)定限

10、值（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）層間位移凝土結(jié)構(gòu)）層間位移 樓層層間最大位移與層高之比的限值樓層層間最大位移與層高之比的限值U/hU/h：1.4 1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點3 3、側(cè)移成為設(shè)計的關(guān)鍵、側(cè)移成為設(shè)計的關(guān)鍵 1 1）結(jié)構(gòu)頂點的側(cè)移）結(jié)構(gòu)頂點的側(cè)移 u ut t與結(jié)構(gòu)高度與結(jié)構(gòu)高度 H H 的四次方成正比；的四次方成正比； 2 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；）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；會使隔墻、圍護結(jié)構(gòu)以及過大側(cè)移會使人產(chǎn)生不安全感；會使隔墻、圍護結(jié)構(gòu)以及 修損壞，使電梯軌道變形使填充墻和主體結(jié)構(gòu)

11、出現(xiàn)裂縫或修損壞，使電梯軌道變形使填充墻和主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或 損壞，影響正常使用；損壞，影響正常使用；高樓重心位置較高，過大側(cè)移使結(jié)高樓重心位置較高，過大側(cè)移使結(jié) 構(gòu)因構(gòu)因P P效應(yīng)而產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，甚至導致惡性循環(huán)效應(yīng)而產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，甚至導致惡性循環(huán) 直至倒塌。直至倒塌。 3 3）必須選擇可靠的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，使結(jié)構(gòu)不僅具有較大的）必須選擇可靠的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，使結(jié)構(gòu)不僅具有較大的 承載力，而且還應(yīng)具有較大的側(cè)向剛度。承載力，而且還應(yīng)具有較大的側(cè)向剛度。4t41 qH8EIu11 qH120EI 水平均布荷載水平均布荷載水平倒三角荷載水平倒三角荷載1.4 1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本

12、特點高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點4 4、延性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標、延性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標 1 1）延性表示構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，）延性表示構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，具有承載能力不降低、具有足夠塑具有承載能力不降低、具有足夠塑性變形能力的一種性能。性變形能力的一種性能。 2 2）延性系數(shù)）延性系數(shù)：用來衡量延性的大小。：用來衡量延性的大小。 3 3）結(jié)構(gòu)的抗震性能決于其）結(jié)構(gòu)的抗震性能決于其“能量吸收與耗散能量吸收與耗散”能力的大能力的大小，即決于結(jié)構(gòu)延性的大小。小，即決于結(jié)構(gòu)延性的大小。 4 4）為了保證結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，除承載力、剛度）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

13、的延性。可通過加強結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計，外，還需要有較好的延性。可通過加強結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計，采取恰當?shù)目拐饦?gòu)造措施來保證。采取恰當?shù)目拐饦?gòu)造措施來保證。 uy 1.4 1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點5 5、構(gòu)件的基本形式構(gòu)件的基本形式 線形構(gòu)件線形構(gòu)件具有較大的長細比的細長構(gòu)件具有較大的長細比的細長構(gòu)件 梁、柱、桁架支撐弦桿、腹桿梁、柱、桁架支撐弦桿、腹桿 線性構(gòu)件是組成框架體系、框撐體系、框墻體系或板柱線性構(gòu)件是組成框架體系、框撐體系、框墻體系或板柱 體系的基本構(gòu)件體系的基本構(gòu)件 平面構(gòu)件平面構(gòu)件具有較大橫截面邊長比（寬厚比）的片狀構(gòu)件具有較大橫截面邊長比（寬厚比）的片狀構(gòu)

14、件 樓板、墻體：構(gòu)件平面外剛度和承載力很小，樓板、墻體：構(gòu)件平面外剛度和承載力很小， 結(jié)構(gòu)分析中常常忽略結(jié)構(gòu)分析中常常忽略 面構(gòu)件是組成全墻體系、框墻體系、框托墻體系面構(gòu)件是組成全墻體系、框墻體系、框托墻體系 和疊和體系的基本構(gòu)件和疊和體系的基本構(gòu)件 1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點 立體結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)由線構(gòu)件或面構(gòu)件組成具有較大橫截面尺寸和較小由線構(gòu)件或面構(gòu)件組成具有較大橫截面尺寸和較小壁厚的整體筒狀構(gòu)件壁厚的整體筒狀構(gòu)件框筒梁柱構(gòu)成的立體構(gòu)件；具有較大的抗推剛度、抗扭剛度框筒梁柱構(gòu)成的立體構(gòu)件；具有較大的抗推剛度、抗扭剛度 立體構(gòu)件是框筒體系、筒中筒體系、筒體體系、框筒束體系、立體構(gòu)件是框筒體

15、系、筒中筒體系、筒體體系、框筒束體系、 支撐框筒體系、大型支撐筒體系和巨型框架體系中的基本構(gòu)件支撐框筒體系、大型支撐筒體系和巨型框架體系中的基本構(gòu)件 1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點6 6、概念設(shè)計與理論計算同等重要、概念設(shè)計與理論計算同等重要概念設(shè)計概念設(shè)計: :以功能優(yōu)越、造型美觀、技術(shù)先進的總體方案以功能優(yōu)越、造型美觀、技術(shù)先進的總體方案為目標的設(shè)計階段為目標的設(shè)計階段是指一些難以作出精確力學分析或在規(guī)范中難以具體規(guī)定是指一些難以作出精確力學分析或在規(guī)范中難以具體規(guī)定的問題，必須由工程師運用的問題，必須由工程師運用“概念概念”進行分析，作出判斷，進行分析，作出判斷，以便采取相應(yīng)措施。以便采

16、取相應(yīng)措施。例如結(jié)構(gòu)破壞機理的概念、力學概念以及由震害和試驗現(xiàn)例如結(jié)構(gòu)破壞機理的概念、力學概念以及由震害和試驗現(xiàn)象等總結(jié)提供的各種宏觀的和具體的經(jīng)驗，也包括一些教訓，象等總結(jié)提供的各種宏觀的和具體的經(jīng)驗，也包括一些教訓，以及建筑要求和造價、施工要求等以及建筑要求和造價、施工要求等1.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的基本特點1.51.5高層建筑的結(jié)構(gòu)形式高層建筑的結(jié)構(gòu)形式v結(jié)構(gòu)方案選擇：在滿足建筑使用要求的前提下，選擇結(jié)構(gòu)形結(jié)構(gòu)方案選擇：在滿足建筑使用要求的前提下，選擇結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置式、結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置v1 1、磚石結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)l優(yōu)點優(yōu)點：取材容易、施工簡便、造價低廉；：取材容易、施工簡便、

17、造價低廉；l缺點缺點：脆性材料，其抗拉、：脆性材料，其抗拉、 抗彎、抗剪強度均較低抗彎、抗剪強度均較低，自重自重大，強度低，抗震性能差，施工難以機械化，工人勞動強度高，大，強度低，抗震性能差，施工難以機械化，工人勞動強度高，工期長和結(jié)構(gòu)面積大，難以用于高層房屋，國內(nèi)目前磚石結(jié)構(gòu)工期長和結(jié)構(gòu)面積大，難以用于高層房屋，國內(nèi)目前磚石結(jié)構(gòu)房屋只建到房屋只建到1919層左右層左右l新型砌體結(jié)構(gòu)新型砌體結(jié)構(gòu)配筋砌體配筋砌體 10 10層層以上采用，以上采用， 北京（八度區(qū)）北京（八度區(qū)）擬建擬建3030層層 1 . 5 高 層 建 筑 的 結(jié) 構(gòu) 形 式v 2 2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)l 優(yōu)點：

18、取材容易、良好耐久性和耐火性、承載能力大，剛度優(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；好、節(jié)約鋼材、降低造價、可模性好；l 缺點：自重大、構(gòu)件截面較大、施工工序復雜、建造周期較缺點：自重大、構(gòu)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；長且受季節(jié)的影響；l 應(yīng)用情況：我國絕大多數(shù)高層建筑都是采用混凝土結(jié)構(gòu)，今應(yīng)用情況：我國絕大多數(shù)高層建筑都是采用混凝土結(jié)構(gòu)，今后仍將是高層建筑發(fā)展的主流。后仍將是高層建筑發(fā)展的主流。 最早混凝土框架結(jié)構(gòu)高層建筑，是最早混凝土框架結(jié)構(gòu)高層建筑，是19031903年在美國辛辛那提年在美國辛辛那提建造的因格爾斯大

19、樓，建造的因格爾斯大樓，1616層，高層，高64m64m。 目前世界上最高的混凝土建筑為香港中環(huán)廣場達目前世界上最高的混凝土建筑為香港中環(huán)廣場達7878層層374m374m、其次是平壤柳京飯店達其次是平壤柳京飯店達105105層層300m 300m 1 . 5 高 層 建 筑 的 結(jié) 構(gòu) 形 式v 3 3、鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)l 鋼結(jié)構(gòu)強度高、自重輕，具有良好的延性和抗震性能，能夠鋼結(jié)構(gòu)強度高、自重輕，具有良好的延性和抗震性能，能夠滿足建筑上對大跨度、大空間的要求滿足建筑上對大跨度、大空間的要求l 抗震性能優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：混凝土的抗拉和抗剪強度均抗震性能優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：混凝土的抗拉和抗剪強度均較低，延性也差，混凝土構(gòu)件開裂后的承載力和變形能力迅較低，延性也差，混凝土構(gòu)件開裂后的承載力和變形能力迅速降低，鋼材基本上屬于各向同性的材料，抗壓、抗拉和抗速降低，鋼材基本上屬于各向同性的材料，抗壓、抗拉和抗剪強度均很高，重要的是具有良好的延性。地震作用下，鋼剪強度均很高，重要的是具有良好的延性。地震作用下，鋼結(jié)構(gòu)因良好的延性，不僅能夠減弱地震反應(yīng)，而且屬于較理結(jié)構(gòu)因良好的延性，不僅能夠減弱地震反應(yīng)，而且屬于較理想的彈塑性結(jié)構(gòu)，具有抵抗強烈地震的變形能力想的彈塑性結(jié)構(gòu)，具有抵抗強烈地震的變形能力l 減輕結(jié)構(gòu)自重，降低基礎(chǔ)工程造價：兩類結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)自重的減輕結(jié)構(gòu)自重，降低基礎(chǔ)工程造價：兩類