第十四章高 层 建 筑,,14.1概述 14.1.1高层建筑的定义我国在《高规》中规定：≥10层或房屋高度超过28米的建筑物称为高层建筑并按结构型式和高度不同分为A级和B级见表14-1、表14-2高层建筑高度一般是指从室外地面至主要屋面的距离，不包括突出屋面的水箱、电梯间、楼梯间、构架等高度以及地下室的埋置深度14.1.2高层建筑的发展概况,14.1.3高层建筑结构受力特点高层建筑结构受力特点与多层建筑结构的主要区别:水平力（风或水平地震作用）成为影响结构内力、结构变形及建筑土建造价的主要因数如图14-1（a），在高层建筑结构中，竖向荷载的作用与多层建筑相似，柱内轴力随着层数的增加而增大，而水平向作用的风荷载或地震作用可近似地认为呈倒三角形，如图14-1（b）所示该力在结构底部所产生的弯矩与结构高度的三次方成正比，如图14-1（c）所示水平力作用下结构顶点的侧向位移与高度的四次方成正比上述弯矩和侧向位移常常成为决定结构方案、结构布置及构件截面尺寸的控制因数14.1.4高层建筑的优缺点 14.1.5 高层建筑水平位移和加速度的限制 1、层间弹性水平位移的限值高层建筑应有足够的侧向刚度和扭转刚度，以达到抗震设防目的。
所谓刚度，是指单位变形（包括位移、转角等）所需的力因此,《高规》规定，当按弹性理论分析时，其楼层层间最大位移与层高之比不宜大于以下限值： （1）高度不大于150米的高层建筑，此限值不宜大于表14-3的限值；（2）高度≥250m的高层建筑，楼层层间最大位移与层高之比的限值为1/5003）高度为150m至250m之间的高层建筑，楼层层间最大位移与层高之比的限值按上述限值线性插入取用楼层层间最大位移与层高之比的限值 表14-3,2、罕遇水平地震作用下薄弱层（部位）的抗震变形验算“大震不倒”抗震设计原则：“大震不倒、中震可修、小震不坏”；设计方法：二阶段设计法 3、结构风振加速度的限制高层建筑物在风荷载作用下将产生水平振动《建筑结构荷载规范》规定的10年一遇的风荷载取值计算或专门风洞试验确定的结构顶点最大加速度，对住宅、公寓不应大于0.15m/s2,对办公楼、旅馆不应大于0.25m/s2高层建筑风振反应水平加速度包括顺风向最大加速度、横风向最大加速度和扭转角加速度14.2 高层建筑结构体系与布置原则结构体系：竖向结构体系和水平结构体系竖向承重结构体系：不但要承受与传递竖向荷载、还要抵抗侧向力的作用，故竖向结构也称为抗侧力结构。
水平结构即楼盖和屋盖结构在高层建筑中，楼屋盖结构除了承受和传递楼屋面竖向荷载以外，还要协调各榀抗侧力结构的变形与位移，对结构的空间整体刚度和抗震性能有直接的影响14.2.1 高层建筑的竖向结构体系常用的钢筋混凝土高层建筑竖向结构体系有：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、筒体结构体系和巨型框架结构体系等 1、框架结构体系 1).概念由梁和柱为主要承重构件组成的承受竖向和水平作用的结构称为框架结构（图1 ）高层建筑采用框架结构体系时，框架梁应纵横向布置，形成双向抗侧力构件，使之具有较强的空间整体性，以承受任意方向的侧向力2.特点①将承重结构和围护、分隔构件完全分开，墙只起围护、分隔作用框架结构建筑平面布置灵活，空间划分方便，易于满足生产工艺和使用要求，构件便于标准化，具有较高的承载力和较好的整体性；②框架结构属于柔性结构，自振周期长，地震反应较小，经过合理的结构设计，可以具有较好的延性性能其缺点是结构侧向刚度较小，在地震作用下水平位移较大，容易使填充墙产生裂缝，并引起非结构构件的损坏地震作用下的大变形还将在框架柱内引起P-Δ效应，严重时会引起,,整个结构的倒塌同时随着房屋层数的增加，水平荷载逐渐增大，就将因侧移过大而不能满足要求；或形成肥梁胖柱而不经济。
随着层数的增加和高度的提高，水平力对结构受力和变形的影响加大，结构布置时应特别注意增强结构在各个方向的侧向刚度，以保证结构的整体性和空间工作性能3.应用广泛应用于多层工业厂房及多高层办公楼、医院、旅馆、教学楼、住宅等2、剪力墙结构体系剪力墙结构体系是由剪力墙承受竖向荷载和侧向力的结构 现浇钢筋混凝土结构剪力墙结构的整体性好，抗侧刚度大，承载力大，在水平力作用下侧移小，经过合理设计，能设计成抗震性能好的钢筋混凝土延性剪力墙但仅就延性而言，剪力墙不如框架，另外剪力墙自重大，刚度大，基本周期短、地震惯性力较大剪力墙是利用建筑外墙和内隔墙位置布置的钢筋混凝土结构墙，属于下端固定在基础顶面上的竖向悬臂板竖向荷载在墙体内主要产生向下的压力，侧向力在墙体内产生水平剪力和弯矩在抗震结构中，剪力墙也称为抗震墙一般用于住宅、旅馆等开间要求较小的建筑，适用高度为15～50层，应用最多的是10~30层3、框架—剪力墙结构体系1.概念在框架结构中的适当部位增设一定数量的钢筋混凝土剪力墙，形成的框架和剪力墙结合在一起共同承受竖向和水平力的体系叫做框架-剪力墙体系，简称框-剪体系剪力墙可以是单片墙体，也可以是电梯井、楼梯井、管道井组成的封闭式井筒。
2.特点框架-剪力墙体系的侧向刚度比框架结构大，大部分水平力由剪力墙承担，而框架主要承受竖向荷载，因而用于高层房屋比框架结构更为经济合理；同时由于它只在部份位置上有剪,力墙，保持了框架结构易于分割空间、立面易于变化等优点；此外，这种体系的抗侧刚度大、抗震性能也较好框架—剪力墙结构设计的关键是剪力墙的数量和布置 当建筑师给结构布置以灵活度时，结构工程师应当优化剪力墙的布置，剪力墙的数量不必太多，以满足规范的侧移限制为好剪力墙太多不仅加大地震力，而且使结构重量加大，施工工程量相应增加等在平面设计上，剪力墙布置应均匀，否则会造成较大偏心（刚心与质心距离较大，将引起结构扭转3.应用框-剪体系广泛应用于多层及高层办公楼、旅馆等建筑中适用高度为10～40层4、筒体体系 1.概念由筒体为主组成的承受竖向和水平作用的结构称为筒体结构体系筒体结构体系主要有核心筒结构和框筒结构筒体是由若干片剪力墙围合而成的封闭井筒式结构，其受力与一个固定于基础上的筒形悬臂构件相似核心筒一般由布置在电梯井、楼梯间、管道井等四周的钢筋混凝土墙组成为底端固定、顶端自由、竖向放置的薄壁筒状结构，其水平截面为单孔或多孔截面，如图14-2所示。
它既可以承受竖向荷载，又可承受任意方向上的侧向力作用，是一个空间结构因筒壁上仅开有少量洞口，故也称为实腹筒核心筒的侧向刚度与筒壁厚度和筒的平面尺寸有关框筒是由布置在房屋四周的密集立柱与高跨比很大的窗及梁所组成的多孔筒体，见图14-3，有时也称为空腹筒框筒结构在侧向力作用下，不但与侧向力平行的两榀平面框架受力，而且与侧向力相垂直的两榀框架也参加工作，通过角柱的连接形成一个空间受力体系 筒体结构体系的主要形式有框筒结构、核心筒结构、筒中筒结构、框架-核心筒结构、束筒结构和多重筒结构等筒体结构抗侧刚度大，整体性好；建筑布置灵活特别适用于30层以上或100米以上的超高层办公楼建筑14.2.2 高层建筑的水平结构体系 水平结构是指楼盖及屋盖结构 水平结构的作用： 1、承受作用在楼面或屋面上的竖向荷载； 2、连接各个竖向承重构件，并把作用在整个结构上的水平力传递或分配给各个竖向承重构件； 3、当各榀框架、剪力墙结构的侧向刚度不等时，或当建筑物发生整体扭转时，楼盖结构中楼板平面内的剪力和轴力，实现各榀框架、剪力墙结构变形协调、共同工作 4、是竖向承重结构的支承对楼盖结构的要求： 1、采用现浇楼盖结构，以达到结构的整体性好、楼盖平面内 高度大的目的，符合楼盖结构在其自身平面内刚度为无限大的 假定。
2、楼盖结构选型应尽量使结构高度小、重量轻 3、要考虑到建筑使用要求、装潢要求、设备布置要求和施工 技术要求等14.2.3 高层建筑结构的其他结构型式 1、悬挂式结构 悬挂式结构是以核心筒、钢架、拱等作为竖向承重结构，全部楼面均通过钢丝束、吊束牢挂在上述承重结构上而形成的一种新型结构体系，如图14-4这里，钢丝束受拉，核心筒或拱受压，充分发挥混凝土与高强钢丝的强度 特点：自重轻、用钢量少、有效使用面积大；在底层形成开放的自由空间，易于满足城市规划的要求；占地面积小，减少新建筑物对邻近老建筑物的影响2、巨型框架结构巨型框架结构是将位于设备层上的大梁或大型桁架作为水平构件、将布置在建筑物四周的大型柱子或钢筋混凝土井筒作为柱子，与位于建筑物中间的核心筒组成整体，形成具有强大侧向刚度的巨型的框架结构巨型框架结构打破了传统框架按建筑楼层和建筑开间布置结构承重构件的做法，把结构按二级受力体系进行布置第一级即巨型框架，作为主要的抗侧力结构，并把荷载传至基础；第二级为在巨型框架的水平构件之间、由普通的楼层构件所组成的普通框架，以形成若干层建筑使用空间，普通框架上的竖向荷载或水平作用力则全部传递给巨型框架。
如图14-53、竖向桁架结构 桁架结构具有很大的刚度，能够充分利用材料强度 若采用若干个建筑层高作为桁架的节间距，以若干个建筑开间作为桁架的弦杆间距，则所形成的巨型桁架可作为高层建筑的承重结构，同时承受竖向荷载和水平力如图14-64、核心筒加复合巨型柱结构 如图14-7所示14.2.4 高层建筑结构布置的一般原则 1、结构总体布置原则 （1）采用对抗震有利的建筑平面和立面、对抗震有利的结构布置，即采用规则结构，不应采用严重不规则的结构 （2）具有明确的计算简图，能够采用明确的力学模型和数学模型进行结构地震反映分析，得到符合实际的结果 （3）具有合理的、直接的传力途径作用在上部结构的竖向力和水平力，应能通过直接的、不间断的传力路径传递到基础、地基 （4）具有整体牢固性和尽量多的冗余度结构的整体牢固性和冗余度是结构抗倒塌所必须的部分结构或构件严重破坏甚至局部倒塌时，不应导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力而出现大范围的连续倒塌5）构件与构件之间、结构与结构之间，或是牢固连接，或是完全分离，避免似连接非连接、似分离非分离的不确定状态 （6）设置多道抗震防线适当处理结构单元承载能力的强弱关系和结构构件承载能力的强弱关系，形成两道或更多道抗震防线，是增强结构抗倒塌能力的重要措施。
1、高层建筑的结构平面布置高层建筑平面外形宜简单、规则、对称结构布置宜对称、均匀，并尽量使结构抗侧刚度中心、建筑平面形心、建筑物质量中心三者重合，以减小扭转的影响如图14-8 所示，当结构平面上有局部凸出区段时，突出部分的长度不宜过长，图中尺寸宜满足表14-4的要求当结构平面局部凸出部分的尺寸 且 、质量与刚度平面基本均匀对称时，可认为属于平面布局规则的结构，否则应按平面不规则结构进行抗震分析表14-4 、 的限值,,在结构平面的凹角处（见图14-8中用虚线圈处处）容易造成应力集中，宜采取加强措施在结构单元两端或凹角部位应尽量避免设置楼梯间或电梯间如果必须设置，一般应用钢筋混凝土墙将其围起来形成核心井筒，并对核心井筒的墙体配筋进行加强2、高层建筑结构的竖向布置高层建筑竖向体型应力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，避免错层和局部夹层，同一层的楼面应尽量设置在同一标高处高层建筑结构竖向的强度和刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。
当某楼层抗侧力三层抗侧刚度平均值的80%，否则除应采用三维结构模型的振型分解反应谱法和弹性时程分析法进行计算外，还应对薄弱部位采用有效的抗震构造措施A级高度高层建筑结构楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于上一层的80%，不应小于上一层的65%B级高度高层建筑结构楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%楼层层间抗侧力结构受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上,该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和.当在建筑底部、中部或顶部由于建筑使用要求而布置大空间、部分剪力墙被取消，应进行弹性动力时程分析计算并采取有效的构造措施，防止由于刚度和承载力变化而产生不利影响。