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1、1 绪论 1）10层以下的建筑，竖向荷载产生的内力占主导地位，水平荷载影响较小，更高的建筑风荷载和地震作用占主导地位，竖向荷载影响相对较小。2） 高层建筑混凝土结构技术规程将10层及10层以上或高度超过28m 的住宅建筑，高度大于24m 的民用建筑混凝土结构称为高层建筑结构。 民用建筑设计通则、 高层民用建筑设计防火规范将10层及10层以上的住宅建筑与高度超过24m 的公共建筑和综合性建筑称为高层建筑。3）高层结构设计的特点：水平荷载成为决定因素，采用最佳的高宽比，选择有利于抗侧力的建筑体型（N 与房屋总高 H 成正比，M 与 H 的平方正比，侧移随高度呈4次方正比） 。4）建筑高度：建筑高度
2、指建筑物室外地面到其檐口或屋面屋面板板顶的高度2.2 结构选型与结构布置3.1）高层建筑结构设计基本原则：注重概念设计，重视结构选型与平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系，加强构造措 施，使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，并满足下列基本要求：1.具有必要的承载力、刚度和变形能力。2.避免因局部破坏而导致整个结构破坏。3.对可能的薄弱部位采取加强措施。4.避免局部突变和扭转效应形成薄弱部位。5.宜具有多道抗震防线。结构抗震概念设计目标:使整个结构能发挥耗散地震能量的作用，避免出现敏感的薄弱部位。高层建筑结构宜采取措施减少混凝土收缩
3、，温度变化，基础差异沉降等非荷载效应的不利影响。房屋高度不低于 150 米的建筑外墙宜采用各类建筑幕墙，以减少主体结构的温度应力。2）高层建筑结构选型的主要内容：1、选择合适的竖向承重结构；2、选择合适的水平承重结构； 3、选择合适的基础结构。 （根据房屋高度、高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术等因素考虑适宜的结构体系）3）高层建筑竖向承重结构的类型及特点：一、框架结构（布置灵活；可形成大的使用空间；施工简便；较经济；抗侧刚度小，侧移大；对支座不均匀沉降较敏感）二、剪力墙结构（抗侧刚度大，侧移小；室内墙面平整；平面布置不灵活；结构自重大， 吸收地震能量大；施工较麻
4、烦，造价较高）三、框架 剪力墙结构（具有前两种结构的优点，既能形成较大的使用空间，又具有较好的抵抗水平荷载能力。由于使用功能要求，剪力墙位置受到限制，墙体布置难度较大，容易造成刚心与质心不重合，产生扭转。 ）4）高层建筑各种竖向结构的最大适用高度分为 A、B 两级，正常为 A 级，超限为 B 级。A 级高度（一二三四级）和 B 级高度（特一、一、二）影响最大适用高度和高宽比的因素：结构体系是否需抗震设计；抗震设防烈度；结构材料。考虑最大适用高度的目的和意义：从安全性、经济性等方面使结构效能能得到充分的发挥，建筑材料得到充分利用。为什考虑最大高宽比：因为高宽比对房屋结构的刚度、整体稳定性、承载力
5、和经济合理性有重大的影响。5）8度抗震设防烈度下，A 级钢筋砼框架高层建筑最大适用高度为 40m，框架-剪力墙体系最大适用高度为 100 m。6）8度抗震设防烈度下，最大高宽比框架为 3倍，板柱-剪力墙为 4倍，剪力墙、框架剪力墙均为 5倍，框架-核心筒、筒中筒分别为6、7倍。7）结构布置除应满足使用要求外，应尽可能地做到简单、规则、均匀、对称，使结构具有足够的承载力、刚度和变形能力，避免因局部破坏而导致整个结构的破坏，避免局部突变和扭转效应而形成薄弱部位，使结构具有多道抗震防线。结构平面布置基本要求（一般原则）：（1）简单、规则、均匀、对称（2）承重结构双向布置，偏心小，构件类型少；(3)
6、平面长度和突出部分应满足规范要求，凹角处宜采用加强措施。 （4）施工简便，造价低。8）规则结构：体型规则、平面布置均匀、对称，并具有很好的抗扭刚度；竖向质量和刚度无突变的结构。9）平面不规则类型:一、扭转不规则：楼层的最大弹性水平位移（或层间位移） ，大于该楼层两端弹性水平位 移（或层间位移）平均值的 1.2 倍。二、凸凹不规则三、楼板局部不连续平面不规则会导致刚心与质心不重合，产生扭转。规则结构：体型规则、平面布局均匀、对称、并具有良好的抗扭刚度；竖向质量和刚度无突变的结构。楼层竖向构件最大水平位移和层间位移，A 级高度不宜大于楼层平均值 1.2 倍，不应大于 1.5 倍。B 级高度不宜大于
7、 1.2 倍，不应大于 1.4 倍。结构扭转为主的第一自振周期 Tt 与平动为主的第一自振周期 T1 之比，A 级不大于 0.9，B 级不大于 0.85。10）竖向不规则类型：一、侧向刚度不规则：楼层的侧向刚度小于相邻上一层的 70%，或小于其相邻三个楼层侧向刚度平均值的 80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的 25%。二、竖向抗侧力构件不连续三、楼层承载力突变：抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的 80%。11）框架结构伸缩缝最大间距为 55 cm，剪力墙结构伸缩缝最大间距为 45 cm。12）防震缝最小宽度规定一、框架房屋，高度不超过15m 的部分，可取100mm；
8、高度超过15m 的部分，6度、7度、8度、9度相应每增加5m、4m、3m 和2m，宜加宽 20mm；二、框架-剪力墙结构房屋可按第一项规定的70%采用，剪力墙结构房屋可按第一项规定的50%采用，但二者均不宜小于100mm。3 荷载与地震作用1）荷载可以分为恒载(常用材料自重标准值：钢筋混凝土25KN/m3。水泥砂浆20KN/m3。 ） 、活载（活荷载平均为2.02.5KN/m2，仅占全部竖向荷载的15%20%左右） 、 （“地震作用” ） ，活荷载又可分为楼面活荷载、屋面活荷载、雪荷载和风荷载。2）风荷载标准值计算荷载规范规定垂直于建筑物表面上的风荷载应按下式计算注： 风振荷载标准值（千牛每平
9、方米）= z 高度处的风振系数 风荷载体型0ZSK =ZS系数 风压高度变化系数 基本风压（千牛每平方米）风压高度变化系数 应根据地面粗糙度Z0Z类别确定。 荷载规范将地面粗糙度分为 A、B、C、D 四类：A 类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区-最大，D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区-最小。高度大于30m 且高宽比大于1.5的高层建筑结构， 大于1，采用风振系数考虑脉动风压对主要承重结构的不利影响。Z3）基本风压计算一、关系式20注：风压（牛顿每平方米）=1/2空气密度（千克每立方米）平均风速（米每秒）二、正常情况取当地比较空旷平坦的地面上50年一遇、10m 高度上的10min
10、平均最大风压值来确定。三、对于特别重要的高层建筑和对风荷载敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。四、房屋高度大于60m 的高层建筑可按基本风压的1.1倍采用。4）基本烈度：该地区在50年期限内，一般场地条件下可能遭遇超过概率为10%的地震烈度，是该地区抗震设计的基本依据。 。5）高层建筑结构抗震设计时，按其重要性可分为甲、乙、丙三类。抗震设防标准：特殊、重点（提高一度设防） 、标准、适度设防类。6）各抗震设防类别建筑的抗震设防标准要求一、标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用。二、重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈
11、度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施，同时应按本地区抗震设防烈度确 定其地震作用。7）抗震设防目标“三水准”是“小震不裂，中震可修，大震不倒” “二阶段”是第一阶段设计（弹性设计）第二阶段设计（弹塑性设计）三水准内容第一水准：高层建筑在使用期间，对遭遇频率较高、强度较低的地震时，建筑不损坏，不需要修理，结构应处于弹性状态，可以假定服从线性弹性理论，用弹性反应谱进行地震作用计算，按承载力要求进行截面设计，并控制结构弹性变形符合要求。第二水准：建筑物在基本烈度地震作用下，允许结构达到或超过屈服极限，产生弹塑性变形，依靠结构的塑性耗能能力，使结构稳定地保存下来，经过修复还可以使用。此时结构抗震
12、设计应按变形要求进行。第三水准：在预先估计到的罕遇地震作用下，结构进入弹塑性大变形状态，部分产生破坏，但应防止结构倒塌、以避免危及生命安全。这一阶段应考虑防倒塌的设计。第一水准，多遇地震，50年一遇；第二水准，基本烈度设防地震，475年一遇；第三水准，罕遇地震，2000年一遇的强烈地震。8）两阶段设计第一阶段设计：对于高层建筑结构，首先应满足第一、二水准的抗震要求。按多遇地震（第一水准，比设防烈度低1.55度） ，进行截面配筋计算和结构弹性位移控制，并相应地采取构造措施保证结构的延性，使之具有与第二水准（设防烈度）相应的变形能力。这对所有抗震设计的高层建筑结构都必须进行。第二阶段设计：对地震时
13、抗震能力较低、容易倒塌的高层建筑结构以及抗震要求较高的建筑结构（甲类） 。要进行易损部位的塑性变形验算，并采取措施提高薄弱层的承载力或增加变形能力，使薄弱层的塑性水平变位不超过允许的变位。这一阶段设计主要是对甲类建筑和特别不规则的结构。9）一、甲类建筑：应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度计算；二、乙、丙类建筑：应按本地区抗震设防烈度计算。10）高层建筑结构应按以下原则考虑地震作用：一、一般情况下，应至少在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用计算；二、质量与刚度分布明显不对称的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响；三、高层建筑中的大跨度、长悬臂结构，7度（0.15g） 、
14、8度抗震设计时应计入竖向地震作用；四、9度抗震设计时应计算竖向地震作用。11）水平地震影响系数最大值：多遇地震情况，6度 0.04，7度 0.08，8度 0.16，9度 0.324 设计计算的基本规定1）限制高层建筑结构层间位移的主要目的有两点：一、保证主体结构基本处于弹性受力状态；二、保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好，避免产生明显损伤。2）规程 JGJ32010采用层间位移角作为侧移控制指标，并且不扣除整体弯曲转角产生的侧移，抗震时可不考虑质量偶然偏心的影响。房屋高度不小于150m 的高层混凝土建筑结构应满足风振舒适度要求。高层建筑结构只要有水平侧移，便会引起重力荷载作用下的侧移二阶
15、效应。1、框架结构稳定要求，刚重比：结构侧移刚度与重力荷载设计值之比 是影响重力二阶效应的主要参数。结构临界荷重nijGDh/近似表达式 =1框架结构刚重比等于10为结构稳定的下限条件。高层框架结构不小于20时，nijGDh/重力二阶效应可以忽略不计。2、弯剪型结构稳定要求，刚重比：弯剪型结构抗弯刚度与重力荷载的比值，对应0.14、1.4、2.7。4.限制高层建筑结构层间位移的目的：保证主结构基本处于弹性受力状态。保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构完好。规程 JGJ3-2010采用层间位移角 （层间位移与层高之比）作为侧移控制指标，并且不h/扣除整体弯曲转角产生的侧移，抗震时可不考虑质量偶然偏心的
16、影响。5.结构抗震等级判定依据：结构类型、建筑高度、设防类别、设防烈度、场地类别。房屋高度不小于150m的高层混凝土建筑结构应满足风振舒适度要求（10年重现期） 。罕遇地震下进行弹塑性变形验算的高层建筑结构有：79度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构；甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑结构；采用隔震和消能减震设计的建筑结构；房屋高度大于150m 的结构。结构连续倒塌：结构因突发事件或严重超载而造成局部结构破坏失效，继而引起与失效破坏构件相连的构件连续破坏，最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏。4 高层框架结构设计1）框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系，主体结构除个别部位外，不应采用 铰接。2）抗震设计的框架结构不应采用单跨框架。3）抗震结构设计中，框架、砌体墙不可混合使用。框架刚度小，侧移大，变形能力小；砌体墙刚度大，侧移小，变形能力更小；不利于抗震。4）内力组合法控制截面：每一根梁有3个控制截面（左、右段支座、跨中截面）每一根柱2个控制截面（柱顶、底截面）极短
