A01 概述(設(shè)計(jì)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型)

第十章多高層房屋結(jié)構(gòu)本節(jié)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容1.1概述1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)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(gè)指標(biāo)來判定，但世界范圍內(nèi)目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)。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(shè)計(jì)規(guī)范》GB50045-95和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》

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

（2）《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)問題：與多層建筑相比有哪些的設(shè)計(jì)特點(diǎn)？1、水平荷載成為設(shè)計(jì)的決定性因素

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；

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)問題：與多層建筑相比有哪些的設(shè)計(jì)特點(diǎn)？1、水平荷載成為設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)2、側(cè)移成為設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)

1）結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的側(cè)移

ut與結(jié)構(gòu)高度

H的四次方成正比；

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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(huì)使人產(chǎn)生不安全感；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)生的附加內(nèi)力，甚至破壞。

3）必須選擇可靠的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，使結(jié)構(gòu)不僅具有較大的承載力，而且還應(yīng)具有較大的側(cè)向剛度。內(nèi)力或位移

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

結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度H的關(guān)系

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3、軸向變形的影響在設(shè)計(jì)中不容忽視

1）豎向荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)軸向變形對(duì)其內(nèi)力及變形的影響;2)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長度和樓面標(biāo)高會(huì)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(fù)荷面積大，其底層鋼柱壓縮變形比墻多260mm。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3）水平荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)軸向變形對(duì)其內(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。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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。表中為某剪力墻的計(jì)算結(jié)果。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)4、延性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)

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）延性系數(shù)μ：用來衡量延性的大小。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3）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。

4）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?？赏ㄟ^加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)，采取恰當(dāng)?shù)目拐饦?gòu)造措施來保證。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)5、結(jié)構(gòu)材料用量顯著增加

1）對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)，隨高度增大，材料用量增大較多。

2）特別是水平荷載對(duì)材料用量影響較大。

3）結(jié)構(gòu)方案對(duì)材料用量影響很大，水平力作用下對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)如筒體結(jié)構(gòu)可使結(jié)構(gòu)用鋼量大幅度減小，高381m的帝國大廈，采用平面框架結(jié)構(gòu)體系，用鋼量為206kg/m2，采用筒體結(jié)構(gòu),高344m的約翰.漢考克大廈用鋼量?jī)H為146kg/m2，高443m的西爾斯大廈用鋼量?jī)H為161kg/m2。

六、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)愈顯重要七、結(jié)構(gòu)自重對(duì)結(jié)構(gòu)受力愈顯重要小結(jié)1）高層建筑同時(shí)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(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍有著重要的影響，但水平荷載已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(cè)移與高度的四次方成正比。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)2）對(duì)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(jié)構(gòu)應(yīng)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(shè)計(jì)減小材料用量。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)的類型問題：按使用的材料，高層建筑結(jié)構(gòu)的類型？1、砌體結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：取材容易、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉；缺點(diǎn)：脆性材料，其抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)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(jiǎn)筒結(jié)構(gòu)，高50m)公元704年的西安大雁塔(7層磚木結(jié)構(gòu)，總高64m)

公元1055年的河北定縣料敵塔(11層筒體結(jié)構(gòu)，高82m)

按使用的材料，高層建筑可采用砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)等類型。1.3高層建筑結(jié)構(gòu)的類型

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)的類型2、混凝土結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：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(jià)、可模性好；缺點(diǎn)：自重大、構(gòu)件截面較大、施工工序復(fù)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(jié)構(gòu)的類型應(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。

最早混凝土框架結(jié)構(gòu)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(chǎng)達(dá)78層374m、其次是平壤柳京飯店達(dá)105層300m

平壤市的柳京飯店

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)的類型3、鋼結(jié)構(gòu)

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

芝加哥西爾斯大廈(SearsTower)，110層，高443m，鋼結(jié)構(gòu)

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)的類型應(yīng)用情況：采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑不斷的增多；美國、日本等從鋼結(jié)構(gòu)起步建造高層建筑的國家已轉(zhuǎn)向發(fā)展混凝土結(jié)構(gòu)。目前世界上最高的鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)的類型

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)的類型4、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)

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

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)的類型

定義：鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)

（1）組合結(jié)構(gòu)：將鋼骨放在構(gòu)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(gòu)件）

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

RC核心筒+外框型鋼混凝土柱及鋼柱，88層，高420m，7度抗震設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系)，101層，高492m，7度抗震設(shè)防核芯筒底部剪力墻

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)的類型臺(tái)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(jié)構(gòu)。

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)的類型大樓歷時(shí)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(chǎng)、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(jié)構(gòu)的類型

1998年在馬來西亞吉隆坡建成的彼得