1、高層建筑講稿第一章 高層建筑第一節(jié) 高層建筑概述一、高層建筑發(fā)展過(guò)程高層建筑是19世紀(jì)中期產(chǎn)業(yè)革命后逐步發(fā)展起來(lái)的。1854年，美國(guó)人奧蒂斯發(fā)明了電梯，使高層建筑成為可能。1883年美國(guó)芝加哥建成的11層家庭保險(xiǎn)大樓為近代高層建筑的開(kāi)端，1931年帝國(guó)大廈（高度381米）在紐約落成，進(jìn)入了超高層領(lǐng)域。一、高層建筑概述(一) 高層建筑按層數(shù)及高度分類(lèi) 聯(lián)合國(guó)教科文組織所屬世界高層建筑委員會(huì)建議按高層建筑的高度分成四類(lèi)： 第一類(lèi)： 916層 (最高到 50m)第二類(lèi)：1725層 (最高到 75m)第三類(lèi)：2640層 (最高到 100m)第四類(lèi)：40層以上 (即超高層建筑)(二)我國(guó)對(duì)高層建筑的定義

2、： 高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GB5004595)中規(guī)定，10層和超過(guò)10層的居住建筑和超過(guò)24m高的其他民用建筑為高層建筑。 民用建筑設(shè)計(jì)通則（GB50352-2005）規(guī)定，建筑高度超過(guò)100 米時(shí)，不論住宅及公共建筑均為超高層建筑。 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ-2002）中定義： 10層及10層以上或房屋高度大于28m的建筑。 建筑高度：指建筑物室外地面至其檐口或屋面面層的高度。不包括局部突出屋面的電梯機(jī)房、水箱、構(gòu)架等高度。(二) 高層建筑按型分類(lèi)： 1. 板式高層建筑又稱條式建筑。指建筑平面外廓基本成矩形，其長(zhǎng)邊與短邊之比大于或等于2的建筑，并且短邊長(zhǎng)度小于或等于16米,板式

3、是長(zhǎng)條型的建筑。 2. 塔式高層建筑(三) 按防火要求分類(lèi) 根據(jù)建筑物使用性質(zhì)、火災(zāi)危險(xiǎn)性、疏散及撲救難度等因素分類(lèi)分為：一類(lèi)高層、二類(lèi)高層、超高層（100m）名稱一類(lèi)二類(lèi)居住建筑十九層及十九層以上的普通住宅 十層至十八層的普通住宅 公共建筑高度超過(guò)50m 高度超過(guò)24m，不超過(guò)50m 國(guó)外較著名的高層建筑有：美國(guó)，帝國(guó)大廈(紐約，381m，102層)、世界貿(mào)易中心(紐約，402m，110層)、西爾斯大廈(芝加哥，443m，110層)、水塔廣場(chǎng)大廈(芝加哥，262m，76層)；馬來(lái)西亞，石油大廈(450m，88層，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu))；朝鮮，柳京飯店(305m，101層,最高的鋼筋混凝土大廈)

4、。1.2 國(guó)外高層建筑簡(jiǎn)介 我國(guó)高層建筑在解放前很少，5060年代陸續(xù)建成一些，如1959年的北京民族飯店，高47.4m，12層；1964年的北京民航大樓，15層，高60.8m；1968年的廣州賓館，27層，高88m，是60年代我國(guó)建成的最高建筑。 70年代開(kāi)始我國(guó)高層建筑有了較大發(fā)展，主要用于住宅、旅館和辦公樓，層數(shù)一般在2030層。1.3 我國(guó)高層建筑的發(fā)展國(guó)內(nèi)主要高層建筑（374-500m）主要高層建筑介紹 臺(tái)北101大廈西爾斯大廈世貿(mào)大廈 平壤 柳京飯店 105層 320米 三千個(gè)房 間 金字塔型建筑 金茂大廈 CCTV大樓 采用ETABS和 ANSYS兩種通 用有限元軟件 進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)

5、算。 高層建筑豐富城市空間，節(jié)約用地，綜合適用，促進(jìn)新型材料，新型結(jié)構(gòu)的發(fā)展，也促進(jìn)建筑技術(shù)迅猛發(fā)展，形成了規(guī)模巨大的城市綜合體。 高層建筑正向人性化、智能化、生態(tài)化方向發(fā)展。沙特阿拉伯國(guó)家銀行，SOM設(shè)計(jì)事務(wù)所。 第二節(jié) 高層建筑發(fā)展趨勢(shì)德國(guó)法蘭克福商業(yè)銀行，Norman Forster設(shè)計(jì)事務(wù)所一、高層建筑受力的特點(diǎn) 水平荷載和地震作用成為高層建筑的控制因素。高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅需要較大的承載能力，還需要較大的剛度控制水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。第二節(jié) 高層建筑結(jié)構(gòu)體系控制側(cè)向位移的原因：1）過(guò)大的側(cè)向變形會(huì)使人不舒服，影響使用；2）過(guò)大的側(cè)向變形會(huì)使填充墻或建筑裝修出現(xiàn)裂縫或損壞，也會(huì)使電

6、梯軌道變形；3）過(guò)大的側(cè)向變形會(huì)使主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫甚至損壞；4）過(guò)大的側(cè)向變形會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力甚至倒塌。 二、高層建筑的結(jié)構(gòu)類(lèi)型（按材料分） 按照承重結(jié)構(gòu)材料類(lèi)型可分為鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼混凝土結(jié)構(gòu)。 鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好、施工方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是造價(jià)高、耐火性能差，大量防火涂料的使用也影響工期與造價(jià)。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有造價(jià)低、耐火性能好、側(cè)向剛度大、截面形式多樣等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是構(gòu)件尺寸較大、自重大、使用空間受限。 混合結(jié)構(gòu)截面小、工期短、使用空間大，充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢(shì)。 目前大多數(shù)高層建筑采用混合結(jié)構(gòu)，即鋼框架或型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土筒體所組成的混合結(jié)構(gòu)

7、體系?？蚣苤嗖捎娩摴芑炷林蛐弯摶炷林?，框架梁多采用型鋼混凝土梁或鋼梁。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載力與抗側(cè)剛度，混合結(jié)構(gòu)中還經(jīng)常采用加強(qiáng)層、巨型支撐、伸臂桁架等結(jié)構(gòu)形式。上海環(huán)球金融中心 結(jié)構(gòu)示意圖高層建筑結(jié)構(gòu)體系： 主要結(jié)構(gòu)體系有：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、束筒及巨型框架。第二節(jié) 高層建筑結(jié)構(gòu)體系與布置原則1、 框架結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件由梁、柱組成的結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：建筑平面布置靈活，能提供較大的室內(nèi)空間，易于滿足多功能的使用要求。在結(jié)構(gòu)受力方面，框架結(jié)構(gòu)自振周期長(zhǎng)，地震反應(yīng)小，經(jīng)合理設(shè)計(jì)后可具有良好的延性。缺點(diǎn)：抗側(cè)移剛度小，地震作用下側(cè)向位移大，易使填充墻開(kāi)裂，并引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的

8、破壞。建筑高度不能過(guò)高，一般在15層以下。 框架梁跨度通常在49m之間，梁高=(1/101/15)，梁寬b取梁高的(1/21/3)h?？蚣芙Y(jié)構(gòu)受力及設(shè)計(jì)要點(diǎn)1.全部荷載由梁柱承擔(dān)；2.框架側(cè)向變形由梁柱彎曲變形與柱軸向變形兩部分組成；3.隔墻應(yīng)采用輕質(zhì)隔墻或輕質(zhì)填充材料。4.宜采用現(xiàn)澆混凝土樓蓋。二、純剪力墻體系1、結(jié)構(gòu)特征： 由一系列橫向和縱向鋼筋混凝土剪力墻所組成，這種體系側(cè)向剛度大、側(cè)移小，為剛性結(jié)構(gòu)體系，適用于小開(kāi)間的高層住宅、旅館、辦公樓等，一般控制在35層，總高110米以內(nèi)。2、剪力墻的結(jié)構(gòu)布置： (1) 橫向布置剪力墻 (2) 縱向布置剪力墻 (3) 縱橫向布置剪力墻優(yōu)點(diǎn)：整體性

9、好、剛度大、承載力高、水平荷載下的側(cè)向變 形小。缺點(diǎn)：墻體間距不能過(guò)大，平面布置不靈活，結(jié)構(gòu)自重大，材料強(qiáng)度無(wú)法充分發(fā)揮，不能滿足公共建筑使用要求。 剪力墻的布置原則1) 剪力墻宜沿主軸方向或其它方向雙向布置，墻肢截面簡(jiǎn) 單規(guī)則；2) 剪力墻應(yīng)盡量布置在結(jié)構(gòu)區(qū)段的樓梯間、電梯間、平面 形狀變化及恒載較大的部位，剪力墻間距不宜過(guò)大；3) 縱、橫剪力墻宜組成L、T、形等型式；4) 剪力墻應(yīng)貫通建筑物全高，避免剛度突變，洞口應(yīng)盡量做到上下對(duì)齊；短肢剪力墻 a0.att.hudong /44/70/01300000086609120553705880702.jpg。但比框架結(jié)構(gòu)的剛度分配、內(nèi)力分配更合

10、理，結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)導(dǎo)致的豎向位移差別，也比框剪結(jié)構(gòu)小，則傳基礎(chǔ)荷載更均勻、合理。 （1）短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為58的剪力墻；（2）高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；（3）短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。(三)筒體體系1. 結(jié)構(gòu)特征：筒體結(jié)構(gòu)由框架或剪力墻圍合成豎向井筒，并以各層樓板將井筒四壁相互連接起來(lái)，形成一個(gè)空間構(gòu)架，比單片框架或剪力墻的空間剛度大得多，不僅能承受豎向荷載，而且能承受很大的水平荷載。筒體結(jié)構(gòu)適用于超高層建筑，尤其在地震區(qū)更能顯示其優(yōu)越性。 2. 筒體結(jié)構(gòu)的類(lèi)型 1）單

11、筒結(jié)構(gòu)：?jiǎn)瓮埠苌賳为?dú)使用，通常和框架組合，根據(jù) 二者位置關(guān)系的不同，有外筒內(nèi)框架和內(nèi)筒外框架兩種布 置方式。 2）筒中筒結(jié)構(gòu)：內(nèi)外套置的幾層筒體，內(nèi)外筒之間 通過(guò)樓 板連成整體，筒中筒比單筒有更好的抗推能力。如世貿(mào)中 心、香港合和中心和深圳國(guó)貿(mào)大廈等均采用該結(jié)構(gòu)體系。 3）束筒結(jié)構(gòu)：若干個(gè)筒體相并列，美國(guó)芝加哥西爾斯大廈 就是采用的束筒結(jié)構(gòu)。 由單個(gè)或多個(gè)筒體承受荷載的結(jié)構(gòu)體系。筒體可分為實(shí)腹筒、框筒和桁架筒。前面提到的剪力墻圍成的筒體稱為實(shí)腹筒。在實(shí)腹筒的墻體上開(kāi)出許多規(guī)則排列的窗洞所形成的開(kāi)孔筒體稱為框筒，它實(shí)際上是由密排柱和剛度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架?chē)傻耐搀w。如果筒體的四壁是由

12、豎桿和斜桿形成的桁架組成，則稱為桁架筒。(四)體系組合 根據(jù)建筑功能的需要和結(jié)構(gòu)受力的特點(diǎn)，可將上述基本體系重新組合，形成框支剪力墻、框架-剪力墻、框架-筒體、筒中筒、束筒等結(jié)構(gòu)體系。組合之一：框架-剪力墻體系1. 結(jié)構(gòu)特征：框架框架體系中適當(dāng)布置能抵抗水平推力的墻體，并使框架柱、樓板有可靠連接而形成的結(jié)構(gòu)體系，豎向荷載由框架柱和剪力墻共同承擔(dān)，而水平荷載則主要由剛度較大的剪力墻來(lái)承受。2. 剪力墻的平面位置：地震區(qū)剪力墻應(yīng)沿房屋縱、橫兩個(gè)方向布置，非地震區(qū)，僅沿橫向布置剪力墻；剪力墻宜對(duì)稱布置，設(shè)在建筑物端部、平面形狀變化及靜載大的部位；剪力墻中心線應(yīng)與框架柱截面重心線重合。3. 剪力墻沿高

13、度方向布置：剪力墻宜貫通房屋的全高；剪力墻盡量不開(kāi)洞。 框架本身在水平荷載作用下呈剪切型變形，而剪力墻則呈彎曲型變形，當(dāng)二者通過(guò)樓蓋協(xié)同工作時(shí)，變形必須協(xié)調(diào)，側(cè)向變形將呈彎剪型。根據(jù)以上分析的受力特點(diǎn)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)無(wú)論是承載力還是側(cè)向變形都較純框架有較大的提高。組合之二 ：框支剪力墻結(jié)構(gòu) (墻底部大空間剪力墻)組合之三 ：框架-筒體體系結(jié)構(gòu)特征：筒體作為該體系主要抗側(cè)力構(gòu)件，承擔(dān)絕大部分水平荷載?？蚣苤饕袚?dān)重力荷載。根據(jù)筒體位置和數(shù)量分為： 核心筒框架體系多筒框架體系核心筒框架體系將筒體布置在建筑的核心部位，在外圍布置框架多筒框架體系端框框架核心筒端框框架核心筒角筒框架組合之四 ：束筒或

14、多筒體系：兩個(gè)以上框筒（或其它筒體）排列在一起形成的束狀結(jié)構(gòu)稱為成束筒。例如美國(guó)西爾斯大廈就是9個(gè)框筒組成的正方形筒體。成束筒結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力比筒中筒又有提高。（五）巨型結(jié)構(gòu) 利用筒體作為柱子，在各筒體之間每隔數(shù)層用巨型框架連接，筒體與巨型梁之間即形成巨型框架。由于巨型框架的梁、柱截面很大，抗彎剛度和承載能力也很大，因此它的抗側(cè)剛度比一般框架大很多。環(huán)球金融中心（六） ： 框架-支撐（抗震墻板）結(jié)構(gòu)支撐框架：框架中設(shè)置支撐斜桿，多用于鋼結(jié)構(gòu)；框架-支撐結(jié)構(gòu)：框架+支撐框架。 受力特點(diǎn)：支撐框架側(cè)向剛度大，承擔(dān)水平荷載多，其作用 類(lèi)似于剪力墻。支撐框架的類(lèi)型：中心支撐框架和偏心支撐框架。 中

15、心支撐框架：支撐斜桿的軸線交匯于框架梁柱軸線的交點(diǎn)?；拘问接袉涡睏U支撐、人字形 支撐、V形支撐、K形支撐和交叉支撐。偏心支撐：支撐連接位置偏離梁柱節(jié)點(diǎn)，每根斜桿應(yīng)至少一 端與框架梁相連，在梁端或梁跨中形成消能梁段。 基本形式有：?jiǎn)涡睏U、人字形和V形等。 地震作用下，消能梁段腹板剪切屈服，通過(guò)腹板 塑性變形耗散地震能量，支撐斜桿、框架柱 和消能梁段以外的梁均保持彈性，其抗震性能明 顯優(yōu)于中心支撐框架。2.8 高層建筑結(jié)構(gòu)布置原則 A級(jí)高度是根據(jù)抗震設(shè)防烈度以及建筑的結(jié)構(gòu)形式給出的一個(gè)高度限制。比如說(shuō)對(duì)于7度抗震設(shè)防烈度區(qū)，采用混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，建筑的最大高度不得超過(guò)120m。只要低于這

16、個(gè)高度，都屬于A級(jí)高度。 相對(duì)應(yīng)還有B級(jí)高度。對(duì)于上面的建筑，最大高度不得超過(guò)140m。實(shí)際上就是高度在120m140m之間為B級(jí)高度。鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度及高寬比限值 高規(guī)一般規(guī)定：高層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)具有必要的承載能力、剛度和變形能力；避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力；對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取有效措施予以加強(qiáng)。宜：結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位；宜具有多道抗震防線。結(jié)構(gòu)平面布置1.平面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，減少偏心；2.平面長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，突出部分不

17、宜過(guò)大。3.不宜采用角部重疊的平面圖形或細(xì)腰形平面；4.結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響；在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A級(jí)高度不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于平均值的1.5倍。B級(jí)高度相應(yīng)值為1.2，1.4。5.當(dāng)樓板平面比較狹長(zhǎng)、有較大的凹入和開(kāi)洞而使樓板有較大削弱時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)中考慮樓板削弱產(chǎn)生的不利影響；高層結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)豎向抗推體系支撐化、周邊化、空間化。輕質(zhì)高強(qiáng)材料的運(yùn)用消能減震技術(shù)的運(yùn)用第四節(jié) 高層建筑樓板構(gòu)造 一、高層建筑樓板形式 常用形式有鋼筋混凝土平板、無(wú)梁樓板、肋梁樓板、壓型鋼板組合樓板等。建筑物高度大于50米時(shí)應(yīng)采用現(xiàn)澆樓板，小

18、于50米時(shí)可采用預(yù)制樓板。 二、壓型鋼板組合式樓板壓型鋼板組合式樓板的優(yōu)點(diǎn):1.壓型鋼板可作為澆灌混凝土的模板，節(jié)省了大量木模板及支撐；2.壓型鋼板非常輕便，堆放、運(yùn)輸及安裝都非常方便；3.使用階段，壓型鋼板可代替受拉鋼筋，減少鋼筋的制作與安裝工作。4.剛度較大，省去許多受拉區(qū)混凝土，節(jié)省混凝土用量，減輕結(jié)構(gòu)自重；5.有利于各種管線的布置、裝修方便；6.與木模板相比，施工時(shí)減小了火災(zāi)發(fā)生的可能性；7.壓型鋼板也可以起到支撐鋼梁側(cè)向穩(wěn)定的作用。(一)壓型鋼板組合樓板的類(lèi)型（一）以壓型鋼板作為組合板的主要承重構(gòu)件，混凝土只是作為樓板的面層以形成平整的表面及起到分布荷載的作用；（二）壓型鋼板作為澆筑混凝土的永久性模板，并作為施工時(shí)的操作平臺(tái)；（三）考慮組合作用的壓型鋼板組合樓板，這種結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工程中最為廣泛應(yīng)用。在施工階段壓型鋼板作為模版及澆筑混凝土的作業(yè)平臺(tái)，在使用階段，壓型鋼板相當(dāng)于鋼筋混凝土板中的受拉鋼筋 。 壓型鋼板組合樓板只能夠用