高层建筑结构体系与结构设计
高层建筑结构课件第2章(结构体系与结构布置)
六.截面尺寸初估（方案设计和初步设计时）
1.柱截面：
由轴压比控制
N c c f cbh
轴压比限值 P68表4.4
柱负荷面积 表4.4
单位面积荷载：框架、框-剪12～14kN/m2； 框架柱轴压比限值 剪力墙、筒体13～16
N Q S Qn
结1.1 构～ 体 系 系数 1.2
3.适用范围：适用于200m以下的超高层
代表作品及平面：
深圳国贸大厦
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五.结构体系（抗侧力体系）的选择
•建筑使用功能 •建筑平面
•建筑高度
•抗震等级 •地质条件 •施工技术 ……
用 途 住 宅 旅 馆 公 共
≤50m 剪力墙、框架-剪力墙 剪力墙、框架-剪力墙、 框架 框架-剪力墙、框架
≥50m 剪力墙、框架-剪力墙 剪力墙、框架-剪力墙、 筒体 框架-剪力墙、筒体
竖向抗侧力构件不连 竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平 续 转换构件（梁、桁架等）向下传递 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％
五.设置变形缝的原则
1.设置原则：
1）尽量不设缝，而调整平面形状、尺寸和结构布置， 采取构造和施工措施。 2）设缝时，应形成独立的结构单元，保证足够的缝宽。
框架结构 框架—剪力墙结构、筒体结构 部分框支剪力墙结构 0.7 0.75 0.6
抗震等级
计算截面以上层数 一级 二级
三级 0.9 0.95 ---
0.8 0.85 0.7
2.梁截面：
由高跨比控制：P18表2.9
注意：梁高有减小的趋势。
抵抗温度应力 3.板厚： 加强顶层约束 提高抗风抗震 一般楼层：80-140 顶层现浇板：≥120，宜双层双向配筋 地下室顶板：≥160
超高层建筑的结构体系
1 回顾我们对超高层的定义进行了总结，根据CTBUH的定义，将300米以上的建筑定位为超高层建筑（Supertall），将600m以上的建筑定位超级高层建筑（M egatall）。
我们将超高层建筑结构体系主要划分为筒体结构、束筒结构、筒中筒结构、框架-核心筒结构、巨型结构、连体结构和其它一些新型结构体系等。
图1 超高层结构的体系分类我们在上一篇中着重分享了筒体（框筒、支撑筒以及斜交网格筒体）结构体系的特点及案例，在本篇中主要着重分享关于束筒和筒中筒（框筒-核心筒、支撑筒-核心筒以及斜交网格筒-核心筒）结构体系的受力特点及案例。
2束筒结构(Bundled Tube)束筒可以认为是由一组筒体组成的结构，这些筒体由共用的内筒壁相互连接以形成一个多孔的多格筒体。
在这个筒体中，水平剪力主要由平行于水平荷载方向的腹板框架来承担，而倾覆力矩则主要由垂直于水平荷载方向的翼缘框架来承担。
并且，筒体的各个筒格可在不同的高度任意截断而不削弱结构的整体性。
各个筒格所形成的封闭筒体在建筑体型收进后，仍具有较好的抗扭性能。
图2 由半圆筒体和矩形筒体组成的束筒结构束筒是在框筒的基础上发展而来。
对于框筒结构，由于剪力滞后的负面影响，较大的平面尺寸中间位置的结构不能充分参与到结构抗侧中去，这也是限制框筒结构适用高度的一个主要原因。
如果利用框筒结构来设计更高的超高层建筑，可能需要采用更小的柱距来减小剪力滞后的不利影响，例如410m高的纽约世贸中心双子塔的柱距达到了惊人的1m左右，即使这么小的柱距依然呈现出明显的剪力滞后效应。
图3 世贸中心双子塔框筒的剪力滞后效应提出筒体结构体系的Fazlur博士在指导学生的论文时发现，如果利用通长的剪力墙将框筒长边一分为三时，由于隔板剪力墙的协同作用，大尺寸筒体的剪力滞后效应明显降低了，其抗侧刚度也可以得到大幅提升。
图4 束筒结构的原型如果横隔剪力墙可以有效降低长边的剪力滞后效应，那么对于大尺寸的框筒结构，在两个方向都引入横隔剪力墙，必然可以提高大尺寸框筒的整体空间作用。
高层建筑的设计要点
高层建筑的设计要点随着城市化进程的加速，高层建筑在城市中如雨后春笋般涌现。
高层建筑不仅是城市现代化的象征，更是解决城市人口密集、土地资源紧张等问题的有效途径。
然而，高层建筑的设计并非易事，需要综合考虑众多因素，以确保其安全性、功能性、舒适性和美观性。
下面，我们就来探讨一下高层建筑的设计要点。
一、结构设计高层建筑的结构设计是至关重要的。
由于高度的增加，建筑物所承受的风力、地震力等水平荷载显著增大，因此需要选择合适的结构体系来保证建筑的稳定性。
常见的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等。
框架结构具有布置灵活、空间大等优点，但抗侧刚度较小，适用于层数较低的建筑。
剪力墙结构则抗侧刚度大，但空间布置不够灵活。
框架剪力墙结构结合了两者的优点，在高层建筑中应用广泛。
筒体结构，如框筒、筒中筒等，具有更强的抗侧能力，适用于超高层建筑。
在结构设计中，还需要考虑结构的变形和位移控制。
通过合理的计算和设计，确保在各种荷载作用下，建筑物的变形在允许范围内，以保证结构的安全性和使用功能。
二、防火设计防火设计是高层建筑设计中的重中之重。
由于人员疏散困难、火灾蔓延迅速等特点，高层建筑一旦发生火灾，后果不堪设想。
首先，要合理划分防火分区。
根据建筑的功能和面积，将建筑划分为若干个防火分区，每个分区之间设置防火墙、防火门等防火分隔设施，以阻止火灾的蔓延。
其次，要设置安全疏散通道。
疏散楼梯、疏散走道的宽度、数量和位置应满足人员疏散的要求，并保证在火灾发生时能够安全、迅速地疏散人员。
同时，要设置防烟楼梯间和消防电梯，确保人员在疏散过程中的安全。
再者，要配备完善的消防设施。
包括自动喷水灭火系统、火灾自动报警系统、消火栓系统、防烟排烟系统等，以在火灾发生时能够及时发现和扑灭火灾，减少火灾损失。
三、垂直交通设计高层建筑中，垂直交通的设计直接影响到人员的出行效率和舒适度。
电梯是高层建筑垂直交通的主要方式。
电梯的数量、速度、载重量等应根据建筑的使用功能、人数等因素进行合理确定。
浅论高层建筑结构体系及设计要点
浅论高层建筑结构体系及设计要点陈宇杜伟强郑州大学综合设计研究院【摘要】本文结合自身工作经验，论述了高层建筑结构体系的特点以及设计的要点，并针对高层建筑的楼梯设计和现浇梁板共同作用的问题进行简单介绍。
【关键词】高层建筑结构设计结构体系要点一、高层建筑结构体系的特点１．框架结构。
框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由粱和柱通过节点构成承载结构，框架形成可灵活布置的建筑空问，具有较大的室内空间，使用较方便。
由于框架梁柱截面较小，抗震性能较差，刚度较低，建筑高度受到限制；剪切型变形，即层间侧移随着层数的增加而减小；框架结构主要用于不考虑抗震设防、层数较少的高层建筑中。
在考虑抗震设防要求的建筑中，应用不多；高度一般控制在７０ｍ以下。
２．剪力墙结构。
利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。
剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。
现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求也容易满足；剪力墙结构体系主要缺点：主要是剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求。
此外，结构自重往往也较大。
当剪力墙的高宽比较大时，是一个受弯为主的悬臂墙，侧向变形是弯曲型，即层间侧移随着层数的增加而增大。
剪力墙结构在住宅及旅馆建筑中得到广泛应用。
因此这种剪力墙结构适合于建造较高的高层建筑。
根据施工方法的不同，可以分为：全部现浇的剪力墙；全部用预制墙板装配而成的剪力墙；内墙现浇、外墙为预制装配的剪力墙。
在承受水平力作用时，剪力墙相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。
剪力墙的水平位移由弯曲变形和剪切变形两部分组成。
高层建筑剪力墙结构，以弯曲变形为主，其位移曲线呈弯曲形，特点是结构层间位移随楼层增高而增加。
３．框架－剪力墙结构。
在框架结构中设置部分剪力墙，使框架和剪力墙两者结合起来；取长补短；共同抵抗水平荷载，就组成了框架一剪力墙结构体系。
高层建筑结构设计特点及其体系
高层建筑结构设计特点及其体系
高层建筑结构设计特点包括：
1、建筑结构受限材料：高层建筑结构设计要求使用较轻质而且具有高强度的受限材料，如钢筋混凝土，钢结构等；
2、建筑结构受限条件：高层建筑要满足建筑本身的结构受限条件，特别是地震动力和受力状况；
3、建筑结构受限原则：为了满足建筑的高层结构，应当采用多层次的技术原则，它们分别是力学原理、结构几何原则、计算机技术等；
4、建筑结构体系：建筑结构体系包括主体结构、防火与抗震结构、外墙框架结构等，要充分考虑建筑结构的加固，使结构具有良好的复合性和可靠性，并考虑外部负荷和抗火性能；
5、结构设计思路：在设计高层建筑结构时，应充分考虑建筑物的重量，以及土木与气象等外部负荷，并结合结构的受力特性和性能，制定结构的合理规范。
高层建筑结构体系与结构布置
05 筒体结构体系与布置
筒体结构类型及受力特点
筒体结构类型
包括核心筒、外框筒和束筒等。核心筒由电梯间、楼梯间和卫生间等竖向交通和服务设施组成，外框 筒由密柱、深梁和薄板组成，束筒则由多个外框筒和核心筒组合而成。
受力特点
筒体结构具有较大的抗侧刚度和承载能力，能够有效地抵抗水平荷载作用。其中，核心筒作为主要抗 侧力构件，承担大部分水平荷载；外框筒则通过楼板与核心筒连接，协同工作，共同抵抗水平荷载。
筒体结构整体稳定的措施
包括静力法、动力法和有限元法等。 其中，有限元法能够较为准确地模拟 结构的实际受力情况，是目前应用最 广泛的方法之一。
主要针对结构的侧移、扭转和失稳等 问题进行分析。侧移分析主要考察结 构在水平荷载作用下的变形情况；扭 转分析则关注结构在不对称荷载作用 下的扭转效应；失稳分析则主要针对 结构的整体稳定性进行评估，以防止 结构发生失稳破坏。
框支剪力墙结构
在框架结构中设置部分剪 力墙，以提高结构的整体 性和抗侧刚度，常用于底 部大空间的高层建筑。
筒中筒结构
由外部的密柱深梁框架和 内部的核心筒组成，形成 内外两个抗侧力体系，具 有较大的刚度和强度。
结构布置方案对比与评估
力学性能对比
从承载能力、抗侧刚度、 延性等方面对不同结构布 置方案进行对比分析。
包括加强核心筒和外框筒之间的连接 、设置伸臂桁架和腰桁架等加强层、 采用高强度混凝土和钢材等高性能材 料、优化结构布置等。这些措施能够 有效地提高结构的整体稳定性和承载 能力。
06 结构布置实例分析
典型高层建筑结构布置方案介绍
01
02
03
框架-核心筒结构
由外围的框架柱和内部的 钢筋混凝土核心筒组成， 具有较大的抗侧刚度和承 载能力。
高层建筑结构体系
高层建筑结构体系一，框架结构体系与多层框架结构体系相似，高层建筑中框架结构体系也由，横向框架所组成，形成空间框架结构体系，以承受竖向荷载和水平力的作用。
优点：框架结构具有布置灵活，造型活泼等优点，容易满足建筑使用功能的要求，如会议厅，餐厅等。
框架结构可以具有较好的延性和抗震性能。
缺点：但框架结构构件断面尺寸较小，结构的抗侧刚度较小，水平位移大，在地震作用下容易由于大变形而引起非结构构件的损坏，因此其建设高度受到限制，一般在非地震区不宜超过60m，在地震区不宜超过50m。
二，剪力墙结构体系剪力墙结构是利用建筑物的外墙和永久性内墙的位置布置钢筋混凝土承重墙的结构，剪力墙既能承受竖向荷载，又能承受水平力。
一般来说，剪力墙的宽度和高度与整个房屋的宽度和高度相同，宽大十几米或更大，高达几十米以上。
而它的厚度侧很薄，一般为160——300mm，较厚的可达500mm。
剪力墙结构常被用于高层住宅和旅馆建筑中，因为这类建筑物的隔墙位置较为固定。
三，框架剪力墙结构框架剪力墙结构体系是由于框架和剪力墙共同作为承重结构的受力体系。
它克服了框架结构抗侧力刚度小的缺点，弥补了剪力墙结构开间过小的缺点，即可使建筑平面灵活布置，又能对常见的30层以下的高度建筑提供足够的抗侧刚度。
因而在实际工程中被广泛应用。
四，筒体结构筒体结构体系包括框筒结构，筒中筒结构，框架核心筒结构，多重筒结构和束筒结构等。
1，框筒结构框筒结构是由周边密集柱和高跨比很大的窗裙梁所组成的空腹筒结构。
为保证翼缘框架在抵抗侧向荷载中的作用。
以充分发挥筒的空间工作性能，一般要求墙面上窗洞面积不宜大于墙面总面积的50%，周边柱轴线间距为2.0——3.0m，不宜大于4.5m，窗裙梁截面高度一般为0.6——1.2m，截面宽度为0.3——0.5m，整个结构的高宽比宜大于3，结构平面的长宽比不宜大于2。
为减少楼盖结构的内力和绕度，中间往往要布置一些柱子，以承受楼面竖向荷载，如图2，筒中筒结构在高层建筑中，往往有一定数量的电梯间或楼梯间，及设备井道，这时可把电梯间，楼梯间及设备井道的墙布置成钢筋混凝土墙，它既可以承受竖向荷载，又可承受水平力作用。
高层建筑结构的设计特点及体系
分为空腹筒 、实腹筒两种。其 中，空腹筒 受力构件 ，主要是
由 开 孔 钢筋 混凝 土 外 墙 、 密 排柱 、 窗裙 梁 以几 种 组 合 方 式构
与拆除 ，将建筑 的平面布 局为大空间或 分割成小居室 ，灵活 调整 以满足使用需求 ；建筑 的外墙通 常会选择使用非承重构
体系施加的倾覆力矩 ，将随着建筑层高的增加 而呈 多倍数同
步增长。此外，一般情况下 ，高层建筑的竖向荷载通常是不 变 的，而当建筑结构 的动力特性发生 改变时 ，作为水平荷载 的地震作用、风荷载的具体数值将不同程度的发生变化。 １２ ＿ 主要控制指标
相 较 于 普 通 建 筑 、 多 层 建 筑 ，高 层 建 筑 结 构 设 计 的 控
都 有 可 能使 整 个 设 计 过 程 变 得 更加 复杂 或使 设 计 结 果 存 在 不
安全 因素 。
框架形成一个整体 ，即框架——剪力墙结构体系。在水平荷 载的作用下 ，充分利 用了刚度较强 Байду номын сангаас连梁、楼板 ，使剪力墙
（ 者单 位 ：宁 波大 学 ） 作
制 在安 全 范 围之 内 。 １ 轴 向变形 问题 ． ３
分析 ，不难 发现 ，方案１ 的稳定性、安全性优于方案２ 。由此 可见 ，高层建筑 结构设计有着多种体 系，在设计 前应综合考 虑项 目的实际需要与情况 ，进行严格 的筛选 ，从中选取最佳 方案才能确保建筑的质量安全。 ３高层建筑的结构设计体系 。 ３１ 剪力墙结构体系 高层 建筑 的剪力墙体 系，其主要是指全部采用 了平面剪 力墙 构件 的主体受 力结构。在 此种 高层 建筑 结构 设计 体 系
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构 ，这类结 构只有 中央 电梯 井落地 ，楼 面全部 由悬挑大 梁支
Ｚ ｈｏｕ Ｃ ｈａ ｏ
（ ｕ ｎ ｘ Ｅ ｅ ｔｃ Ｐ ｗ ｒ ｎ ｕ ｔ ｖｓｉ ｔ ｎ Ｄ ｓ ｎ ａ ｄ Ｒ ｅ ｒｈ Ｉ ｓ ｔｔ ．Ｎ ｎ ｎ ａ ｇ ｉ ３ ０ ３ Ｇ ａ ｇ ｉ ｌｃ ｉ ｏ ｅ ｄ ｓ ｙＩ ｅ ｔ ａｉ ｅ ｉ ｎ ｅ ａｃ ｎ ｔｕｅ ｒ Ｉ ｒ ｎ ｇ ｏ ｇ ｓ ｉ ｎ ａ ｉｇＧｕ ｎ ｘ ５ ０ ２ ）
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高层建 筑结 构体系与结 构设计
韭 ｉ
周
超
（ 西 电力 工 业 勘 察 设 计研 究 院 ，广 西 南 宁 ５０ ２） 广 ３０ ３
【 要】文章分析了现行几种高层建筑结构体系的构造与应用，并对各种体系的优缺点及在结构设计中遇到的相 摘
关 问 题进 行 了探 讨 。 。
对于中高层建筑 （０～６ ） １ ０层 ，根据 国内近年来的实践经
验 ，其建筑结构体 系的选择 ，除有特殊建筑功能要求外 ，可采
用有关隶属数 “ 进行综合模糊评定。
二 、构造特 点与破 坏机制
（ ） 一 框架结构 框架结构 由杆 件（ 、柱 ） 梁 刚性联结而 成 ，布置 比较灵活 ，
Ｃ Ｓ Ｅ ｅ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｎ ｉａ ｖ ｔｇ ｓ ｏ ｌ ｋ ｎ ｓｏ ｙ ｔ ｍｓａ ｄ ｔ ｅ ｒｌ ｔｄ ｐ ｏ ｌｍｓｄ ｒ ｇ ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｄ ｓｇ ． Ｕ Ｓ Ｓｔ ｄ ａ ｔｇ ｓ ａ ｄ ｄｓ ｄ ａ ａ ｅ ｆａｌ ｉ ｄ ｆｓ ｓｅ ｅ ｅ ｒ ｂｅ ｕ ｎ ｔｕ ｔ ｒ ｅ ｉｎ ｈ ｎ ｎ ｈ ａ ｉ ｈ
【 关■调】 层建筑；抗震设计；框架结构；剪力墙；延性 高
【 中圈分￣ ＇ Ｕ９３ 【 ］ ７ 文献标识码】 【 Ｔ Ａ 文章■号］６４ ０８（０８１— １９ ０ １７－ ６８２０ ）０ ０４— ３
Ｓ ｒ ｔ ｒ ｙ ｔ ｍ ＆ Ｓｒ ｃｕ ｅ Ｄｅ ｉｎ ＯｆＨｉｈ ｒｓ ｔｕｃｕ ｅ Ｓ ｓｅ ｔ ｔ ｒ ｓｇ ｇ － ｉｅ Ｂｕｉ ｉ ｇ ｕ ｌ ｎ ｄ
【 ｅ ｒｓ ｈ ｈ ｒｅ ｕｄ ｇ ａｆｅ ｑａｅ ｅｇ ；ｌ ｅ ｔ ｃ ｒ； ｈａｎ ｒ ａ； ｕｔｉ Ｋｙ ｗｏｄ 】 ｉ － ｓ ｂｉ ｉ ； ｎ－￣ｈｕｋ ｓ ｆｍ ｒ ｔ ｅ ｓｅ ｉ ｆ ｃ ｗｌ ｄｃｌ ｇ ｉ ｌｎ ｉ ｄｉ ｎ ａ ｓｕ ｕ ｒ ｇｏ ｅ ｌ ｉｙ ｔ
内隔墙可随意布置 ，形成较大的室内空间 ，使用 比较方便 。框
【 作者简介 】 周超（９９ ，男 ，湖北谷城人 ，任职 于广西电力工业勘察设计研究院。 １７ 一）
维普资讯
架结构仍属柔性结构 ，由于框架梁柱截面较小 ，对强 烈地 震抵 抗 能力差 ，刚度 小 ，侧 移大 ，在地震 区 或非地震 区大 于 ６ ｍ ０ 时不宜采用 。且 Ｈ与 房屋宽度 Ｂ之 比不宜 超过 ５ ，否则为 了 同时满 足强度和侧 向刚度 ，就会 出现肥 梁胖 柱 ，经 济效果 较
【 ｓ ａｔ ｈ ｒｃ ｎｌｚｓｓｍ ｕｒｎ ｐ ｌａ ｏｓａ ｄｓ ｕｔｒ ｆ ｉ － ｓ ｕｌｉ ｔ ｃ ｒ ｙｔ ａｄｄｓ Ａｂｔ ｃ 】Ｔ ｅａｔｌ ａａｙｅ ｏ ｅｃｒ ｔ ｐｉ ｔ ｎ ｎ ｔ ｃ ｅ ｏ ｇ ｒ ｅｂ ｉ ｎ ｓｕ ｔ ｅｓｓ ｍ， ｎ ｉ ｒ ｉｅ ｅ ａ ｃｉ ｒ ｕ ｓ ｈ ｈｉ ｄｇ ｒ ｕ ｅ －
承 ，从 整体 上来看竖 向单悬结构 。
剪力墙 体系是框架和剪力墙共同作用的结构体系 ；简体结构一
般分为内简体 （ 或称核心筒 ） 、外简体 、筒中筒（ 又称 内外筒 ） 和 多简体 。由框架组成外简称框筒。高层建筑按结构材料 分为钢 筋混凝土结 构 、钢结构和混凝土与钢的组合结构。 组合结 构体 系能在 同一建筑物 内充分发挥两种承重材料 的 作用和各 自的优点 ，现在许多建筑采用钢筋混凝土来增加建 筑 物的抗侧力刚度 ，改进了防火 和绝缘隔热的性能 。同时采用向 钢管 内泵送 中强或高强混 凝土形成钢管混凝土柱 以及其他受力
高层 建筑结构特点不 同于单层和多层建筑。高层建筑结构 因为功能 要求 （ 通风 、采光） ，一般形体为塔楼形式 ，其功能 和
构件 ，可以大大提高施工速度 ，缩短工期 ，还可 以增加抗侧 力 刚度 ，节约钢材用量。至于组合结构 的最大适宜高度 ，一般 多 介于同类钢筋混凝土结 构体 系和钢结构体系之间 。 近年来 ，高层建筑 总高度有上升 的趋势 ，从而 出现 了一些 新的结构体系例如伸臂结构体 系、巨型框架结构和巨型桁架结 构等 。所谓伸臂结构 ，亦称 刚性横架结构 ，就是在高层 建筑中 每 隔一定 的层数 设置一个 刚性 层以增加建筑结构 的侧向刚度 ， 改善结构的侧向变形。 为了减小侧 向地震作用 ，近年来出现 了悬挂结构体 系的工 程 实例 。其优点是底层可 以形成大空间 ，可以较 自由地满足底 层 的建筑功 能设计 。国 内建 成的有 同济大 学 图书 馆等悬 挑结
高度决定其结构受力特点 。水平荷载（ 风力 和地震作用 ） 成为控
制荷 载 ，各种结构体 系主要是考虑有利于抵抗水平荷载 ，其 内 力与位移计算 主要是对水平荷载下的计算 。
一
、
高层 建筑 结构体系概 述
高层建筑结构方案设计 的首要 问题是在各种荷载条件约束 下作 出结构体系优选的决策 ，考虑建筑功能和高度而选择合理