高层构体系及结构布置

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1、高层建筑结构体系与结构布置 1 1 1.1高层建筑和高层建筑结构 1.2高层建筑结构的功能 1.3高层建筑的结构型式 1.4高层建筑结构的发展与展望 2 2 1.1高层建筑和高层建筑结构 l高层建筑的定义 各国的规定： 2.世界高层建筑委员会建议： 第一类高层建筑：916层（高度50m) 第二类高层建筑：1725层（高度75m) 第三类高层建筑：2640层（高度100m) 第四类高层建筑：41层以上（高度超过100m，即超高层建筑) 3.我国规定 JGJ-2002高层建筑混凝土结构技术规程规定：层数10层或高度28m JGJ99-1998高层民用结构钢结构技术规程规定：层数10层的居住建筑 ，

2、 和高度24m的其他建筑 德国英国美国法国日本 前苏联 22m24.3m24.6m居住建筑50m 其他建筑28m 8层 31m 9层 3 3 l高层建筑结构用于高层建筑的结构形式或体系，如框架结构、剪力 墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等等。 1.2高层建筑结构的功能 在规定的设计基准期（一般50年，特别重要建筑100年）内， 在承受其上的各种荷载和作用下，完成预期的承载力、正常使 用、耐久性以及突发事件中的整体稳定功能。 4 4 高层建筑结构内力和位移与结构高度的关系： 如均布荷载作用下的悬臂结构， 5 5 1.3高层建筑的结构型式 1.3.1按功能材料分： 1.钢筋混凝土结构 材料来源丰富

3、、造价底，易成形，防 火性好，刚度大。自重大 2.钢结构 强度高，自重轻，抗震性能好，易于加工， 施工方便；造价高，耐火性能不好 3.混合结构 如钢骨（型钢）混凝土结构，钢管混凝土， 部分用钢结构，部分用钢筋混凝土结构的结构体系 6 6 1.3.2按结构体系分 1.框架结构体系 2.剪力墙结构体系 3.框架剪力墙结构体系 4.筒体结构体系 框筒结构、筒中筒结构、多筒结构、成 束筒结构 5.悬挂结构体系 6.巨型框架结构体系 7 7 框架结构体系 8 8 剪力墙结构体系 9 9 框架剪力墙结构体系 1010 框架筒体结构体系 1111 筒中筒结构体系 1212 成束筒结构体系 1313 悬挂结构

4、体系 1414 巨型框架结构体系 1515 1.4高层建筑结构的发展与展望 l（1）建筑高度不断增加； l（2）建筑功能和用途越来越多； l（3）各种新型的建筑结构类型和结构 体系日趋多样化； 1616 第2章 高层建筑结构受力特点和结构概念设计 2.1高层建筑结构上的荷载与作用 2.2高层建筑结构的受力特点和工作特点 2.3高层建筑结构的结构体系和结构布置 2.4高层建筑结构的概念设计 1717 2.1高层建筑结构上的荷载与作用 2.1.1竖向荷载 1.恒荷载（自重） 重力密度 按GB 50009-2001建筑 结构荷载规范查取 2.楼面 、屋面活荷载 使用荷载按建筑结构荷载规 范查取 3.

5、活荷载的不利布置 l除当楼面活荷载大于4.0KN/m2时（如储藏室、书库 ）， 高层建筑结构一般不考虑，因为： （1）活荷载占竖向荷载的比例很小（10%20%） （2）复杂，计算工作量大 l简化做法：按满布方式布置活荷载计算内力后，将 框架梁的跨中弯距乘以1.11.3的放大系数。 1818 2.1.2风荷载 1.风荷载的标准值 KN/m2 风荷载的标准值 z高度上的风振系数 z高度处的风压高度变化系数 风荷载体形系数 基本风压（ KN/m2 ） （1）基本风压 50年一遇的基本风压按建筑结构荷载规范 查取 100年一遇的基本风压可近似取50年一遇的基本 风压*1.1 1919 2020 （2）

6、风压高度变化系数 l位于平坦或稍有起伏地形的高层建筑，按照 地面粗糙程度和建筑物高度确定（表2.1) 地面粗糙程度： A类近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠 地区； B类田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较 稀疏的乡镇和城市郊区C类有密集建筑群 的城市市区； D类有密集建筑群且房屋较高的城市市区 ； l位于山区的或远海海面和海岛的高层建筑， 按表2.1确定后再乘以地形条件修正系数 2121 离地面或海平面高度 （m） 地面粗糙度类别 ABCD 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 250 300 350 400 450 1.17 1.38 1.52

7、1.63 1.80 1.92 2.03 2.12 2.20 2.27 2.34 2.40 2.64 2.83 2.99 3.12 3.12 3.12 3.12 1.00 1.00 1.14 1.25 1.42 1.56 1.67 1.77 1.86 7.95 2.02 2.09 2.38 2.61 2.80 2.97 3.12 3.12 3.12 0.74 0.74 0.74 0.84 1.00 1.13 1.25 1.35 1.45 1.54 1.62 1.70 2.03 2.30 2.54 2.75 2.94 3.12 3.12 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 0.84

8、0.73 0.93 1.02 1.11 1.19 1.27 1.61 1.92 2.19 2.45 2.68 2.91 3.12 表2.1 风压高度变化系数 z 2222 （3）风荷载体型系数 s ： 指建筑物表面实际风压与基本风压的比值，它表示不 同体型建筑物表面风力的大小。与建筑物的体型、 平面尺寸、表面状况和房屋高宽比有关。 2323 风荷载体型系数 s ： 一般设计时，可采用： l（a）圆形平面建筑 0.8 l（b）正多边形及截角三角形平面建筑 l n多边形的边数 l（c）高宽比H/B 4的矩形、方形、十字形平面建筑 1.3 l（d）下列建筑 1.4 V形、Y形、弧形、双十字形、井字形

9、平面建筑： L形、槽形和高宽比H/B 4的十字形平面建筑； 高宽比H/B4,长宽比L/B1.5的矩形、鼓形平面建 筑； 2424 （3）风荷载体型系数 s ： 计算重要且体型复杂的高层建筑及需要 更细致进行风荷载计算的场合，可以参 照高层规程附录A采用，或由风洞 试验确定。 H200m宜采用风洞试验确定风荷 载； H150m,有下列情况之一时，宜采 用风洞试验确定风荷载： l a.平面形状不规则，立面形状复杂 ； l b.立面开洞或连体建筑； l c. 周围地形和环境较复杂 2525 （3）风荷载体型系数 s ： 当群集的高层建筑相互间距较近时，宜考虑 风力相互干扰的群体效应，乘以相互干扰增

10、大系数。 檐口、雨棚、遮阳板、阳台等水平构件，计 算局部上浮风荷载时，s不宜小于2.0. 验算表面围护结构及其连接的强度时，按 荷载规范采用局部风压体型系数计算。 2626 （4）风振系数 平均风压（稳定风压）+波动风压 （2.3) z振型系数，可仅考虑受力方向基本振型 的影响，对于质量和刚度沿高度分布比较均 匀的弯剪型结构，近似 取振型计算点距室外 地面高度z与房屋高度H的比值(z/H)。 脉动增大系数，查表2.2; v脉动影响系数，外形、质量沿高度比较均 匀的结构按表2.3采用； z 风压高度变化系数，按表2.1采用； 2727 2.总风荷载（力的大小、方向、作用点） z高度处总风荷载值的

11、大小为： KN/m si第i个表面的平均风荷载体型系数（ 带正负号） Bi第i个表面的宽度 i 第i个表面的法线与风荷载作用方 向的夹角 n建筑物的外围表面总数 2828 风荷载计算例题 l计算如图平面的框架剪力墙结构的风 荷载及合力作用位置。18层房屋总高58 米，地区标准风压为0.64KN/m2，风向 为图中箭头所示方向。 2929 3030 2.1.3地震作用 l1.基本概念 l地震波 地面运动 建筑物振动 l地震作用的大小与以下因素有关： l 地震波的特性、场地土的性质、建筑 物的动力特性 3131 l地震震级地震产生的能量大小 l地震烈度某一地区受到一次地震 影响的强烈程度 l 基本

12、烈度某一地区今后一定 时期内，在一般场地条件下，可能 遭受的最大烈度 l 设防烈度一般取基本烈度， 重要的建筑经报批可适当提高。 3232 地震烈度的概率分布 3333 2.三水准抗震设计目标及一般设计原则 l三水准抗震设防目标 l小震不坏 不损坏或不需修理可使用 l中震可修 局部进入塑性，结构不破坏 ，一般修复可继续用 l大震不倒 不倒塌或发生危及生命的严 重破坏 3434 l两阶段抗震设计方法 l l第一阶段设计 l 对绝大多数结构 小震作用 承载力 验算 结构弹性变形验算，保证结构延 性的抗震构造措施 l第二阶段设计 l 对甲类建筑和特别不规则的建筑 大 震作用 薄弱部位 塑性变形验算

13、3535 l高层建筑按其使用功能的重要性分为甲 类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类 别： l甲类建筑：属于重大建筑工程和地震时 可能发生严重次生灾害的建筑； l乙类建筑：属于地震时使用功能不能中 断或需尽快恢复的建筑； l丙类建筑：属于除甲、乙、丁类以外的 一般建筑； l丁类建筑：属于抗震次要建筑。 3636 l高层建筑结构应按下列原则考虑地震作 用： l一般情况下，应允许在结构两个主轴方 向分别考虑水平地震作用计算；有斜交 抗侧力构件的结构，当相交角度大于 15时，应分别计算各抗侧力构件方向 的水平地震作用； l 质量与刚度分布明显不对称、不均匀 的结构，应计算双向水平地震作用下的 扭转影响

14、；其他情况，应计算单向水平 地震作用下的扭转影响； l 8度、9度抗震设计时，高层建筑中的 大跨度和长悬臂结构应考虑竖向地震作 用； l 9度抗震设计时应计算竖向地震作用。 3737 3.地震作用的计算方法 l1 高层建筑结构宜采用振型分解反应谱 法。对质量和刚度不对称、不均匀的结 构以及高度超过100m的高层建筑结构应 采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解 反应谱法； l l2 高度不超过40m、以剪切变形为主且 质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层 建筑结构，可采用底部剪力法； 3838 l3. 79度抗震设防的高层建筑，下列 情况应采用弹性时程分析法进行多遇地 震下的补充计算： l l1）甲类高层建筑结构； l2）表2.4 所列的乙、丙类高层建筑结 构； l3）结构竖向布置特别不规则的高层建 筑结构； l4）带转换层、带加强层、错层、连体 、多塔楼等复杂高层建筑结构； l5）质量沿竖向分布特别不均匀的高层 建筑结构 3939 l表2.4 采用时程分析法的高层建筑结构 l 设设防烈度、场场地类别类别建筑高度范围围 8度、类场类场 地和7度 100m 8度、类场类场 地80m 9度60m 4040 4.反应谱理论 l建立在地震作用下单质点结构体系的最 大动力反应与结构体系自振周期的反应 谱函数关系，计算结构的惯性力，将其 作为等效地