1、高層建筑結(jié)構(gòu),長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,2009-2010(1),第一節(jié) 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點及結(jié)構(gòu)類型,1 概 述,通常以建筑的高度和層數(shù)兩個指標(biāo)來判定，但世界范圍內(nèi)目前還沒有一個統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)。 1）國外： （1）美國規(guī)定：高度為2225m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。 2）我國： （1）高層民用建筑設(shè)計規(guī)范GB50045-95 和高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范 GBJ50045-2002和 規(guī)定： 10層的居住建筑（包括首層設(shè)

2、置商業(yè)服務(wù)網(wǎng)點的住宅）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)）,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,1 概述,3）國際上 1972年國際高層建筑會議將高層建筑分為4類： 第一類為916層（最高50米） 第二類為1725層（最高75米) 第三類為2640層（最高100米） 第四類為40層以上(高于100米） 注：高層建筑的高度般是指從室外地面至檐口或主要屋面的距離，不包括局部突出屋面 的樓電梯間、水箱間、構(gòu)架等高度。 4）超高層建筑 最初來源于日本，1995年出現(xiàn)英文詞

3、條Super-tall building ； 沒有明確的分界線和規(guī)定，一般泛指某個國家和地區(qū)內(nèi)較高的高層建筑； 通常將高度超過 100m 或?qū)訑?shù)在 30 層以上的高層建筑稱為超高層建筑。,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,1 概 述,小結(jié)： 1）多少層數(shù)或多少高度以上的建筑為高層建筑，全世界至今沒有一個統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)，不同的國家、不同的年代，其規(guī)定也不一樣 2）高層建筑的規(guī)定與一個國家當(dāng)時的經(jīng)濟(jì)條件、建筑技術(shù)、電梯設(shè)備、消防裝置等許多因素有關(guān)。 3）超高層建筑也沒有統(tǒng)一劃分標(biāo)準(zhǔn)，一般一般泛指某個國家和地區(qū)內(nèi)較高的高層建筑。,長春工程學(xué)院,Chan

4、gchun Institute of Technology,1 概 述,2 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點,問題：與多層建筑相比有哪些的設(shè)計特點 ？,1、水平荷載成為設(shè)計的決定性因素 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； 2）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。,2 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,2、側(cè)移成為設(shè)計的控制指標(biāo) 1）結(jié)構(gòu)頂點的側(cè)移 ut 與結(jié)構(gòu)高度 H 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

5、全有著密切的關(guān)系； 過大側(cè)移會使人產(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。,2 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,3、 軸向變形的影響在設(shè)計中不容忽視 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)對預(yù)制構(gòu)件的下料長度和樓面標(biāo)高會產(chǎn)生較大的影響； Houston 75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

6、260mm。,2 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,2 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點,3）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 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。 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。,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,2 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點,4、延性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標(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

7、的一種性能。 2）延性系數(shù)：用來衡量延性的大小。 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。可通過加強結(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。,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,2 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點,5、結(jié)構(gòu)材料用量顯著增加 1）對于高層建筑結(jié)構(gòu)，隨高度增大，材料用量增大較多。 2）特別是水平荷載對材料用量影響較大。 3）結(jié)構(gòu)方案對材料用量影響很大，水平力作用下對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要。 如筒體結(jié)構(gòu)可使結(jié)構(gòu)用鋼量大幅度減小

8、，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.漢考克大廈用鋼量僅為146kg/m2，高443m的西爾斯大廈用鋼量僅為161kg/m2。,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,2 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點,小結(jié) 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(jié)構(gòu)設(shè)計仍有著重要的影響，但水平荷載已成為結(jié)構(gòu)設(shè)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(cè)移與高度的四次方成正比。 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

9、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)計減小材料用量。,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,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：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(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

10、，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。,3 高層建筑結(jié)構(gòu)的類型,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,2、 混凝土結(jié)構(gòu) 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(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； 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)廣場達(dá)78層374m、其次是平

11、壤柳京飯店達(dá)105層300m,平壤市的柳京飯店,3 高層建筑結(jié)構(gòu)的類型,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,3 高層建筑結(jié)構(gòu)的類型,3、 鋼結(jié)構(gòu) 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； 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(Sears Tower)， 110層，高443m，鋼結(jié)構(gòu),長春工程學(xué)院,Cha

12、ngchun Institute of Technology,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)）,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，同時還兼有混凝土結(jié)構(gòu)剛度大、防火性能好、造價低的優(yōu)點。 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。,長春工程學(xué)院,Changchun Institut

13、e of Technology,3 高層建筑結(jié)構(gòu)的類型,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,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,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,3 高層建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。,大樓歷時5年多，耗資600億幣?？偯娣e7萬多平方米，

14、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。,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,1998年在馬來西亞吉隆坡建成的彼得羅納斯大廈（Petronas Tower），88層，高452m，為當(dāng)時世界最高的建筑。,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,小結(jié)： 1）高層建筑結(jié)構(gòu)的主要材料：鋼、鋼筋、混凝土 相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（以材料分類）可分為： 鋼構(gòu)件、鋼筋混凝土構(gòu)件、組合構(gòu)件（包括鋼骨混凝土構(gòu)件和鋼管混凝土構(gòu)件）。 相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分類（以材料分類）： 鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)（兩種或兩種以上材料的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)，如鋼構(gòu)件+鋼筋混凝土構(gòu)件等） 2）鋼結(jié)構(gòu)具有強度高，自重輕（有利于基礎(chǔ)），延性好，變形能力大，有利于抗震，可以工廠預(yù)制，現(xiàn)場拼裝，交叉作業(yè)。但價格高，防火材料（增加造價），側(cè)向剛度小。,長春工程學(xué)院,Changchun Institute of Technology,3）鋼筋混凝土是應(yīng)用最廣的建筑材料，絕大部分高層建筑為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。具有價格低（地方材料），可澆筑成任何形狀，不需要防火，剛度大。但強度低，構(gòu)件截面大，占用空間大，自重大，不利于基礎(chǔ)、抗震，延性不如鋼結(jié)構(gòu)。 高