《高层建筑结构》PPT课件

科学出版社高层建筑结构设计(第二版)史庆轩主编国家级精品课教材赠课件第3章-局部修改

1 第3章高层建筑结构的荷载和地震作用

——局部修改

P39：

作用在楼面上的活荷载，不可能以标准值的大小布满在所有楼面上，因此在设计梁、墙、柱和基础时，还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况，对活荷载标准值乘以规定的折减系数。折减系数的确定比较复杂，目前大多数国家均通过从属面积来考虑，具体可参考《荷载规范》的规定。

P46：

表3.2.2 脉动增大系数

201T(22kNs/m) 0.01 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.20 0.40 0.60

钢结构 1.47 1.57 1.69 1.77 1.83 1.88 2.04 2.24 2.36

有填充墙的房屋钢结构 1.26 1.32 1.39 1.44 1.47 1.50 1.61 1.73 1.81

混凝土结构 1.11 1.14 1.17 1.19 1.21 1.23 1.28 1.34

1.38

201T(22kNs/m) 0.08 1.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 20.00 30.00

钢结构 2.46 2.53 2.80 3.09 3.28 3.42 3.54 3.91 4.14

有填充墙的房屋钢结构 1.88 1.93 2.10 2.30 2.43 2.52 2.60 2.85 3.01

混凝土结构 1.42 1.44 1.54 1.65 1.72 1.77 1.82 1.96 2.06

注：计算201T时，对地面粗糙度B类地区可直接代入基本风压，而对A类、C类和D类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、0.62和0.32后代入。

P47：

表3.2.4 振型系数z

相对高度z/H 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1.0

第一振型 0.02 0.08 0.17 0.27 0.38 0.45 0.67 0.74 0.86 1.00

高层建筑

1. 高层建筑混凝土结构有哪几种结构体系？每种结构体系的优缺点、受力特点和应用范围如何？

1)、框架结构体系

由梁、柱构件通过节点连接构成，如整幢房屋均采用这种结构形式，则称为框架结构体系或框架结构房屋。这种结构的柱截面宽度与填充墙厚度相同，使用功能良好。

竖向荷载和水平荷载作用下，框架结构各构件将产生内力和变形。

框架结构的侧移一般由两部分组成：由水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形（主要）；由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩），形成框架结构的整体弯曲变形（次要）。

2）、剪力墙结构体系

用钢筋混凝土墙代替框架，能有效地控制房屋的侧移。由于这种钢筋混凝土墙有时主要用于承受水平荷载，使墙体受剪和受弯，故称为剪力墙

在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱；在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端自由的悬臂柱；在两种荷载共同作用下，剪力墙各截面将产生轴力、弯矩和剪力，并引起变形

剪力墙结构的缺点是结构自重较大；建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间。

3）、框架-剪力墙结构体系

为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特点，当建筑物需要有较大空间，且高度超过了框架结构的合理高度时，可采用框架和剪力墙共同工作的结构体系，称为框架-剪力墙结构。

在水平荷载作用下，框架的侧向变形属剪切型，层间侧移自上而下逐层增大；剪力墙的侧向变形一般是弯曲型，其层间侧移自上而下逐层减小。当框架与剪力墙通过楼盖形成框架-剪力墙结构时，各层楼盖因其巨大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致，因而其侧向变形介于剪切型与弯曲型之间，一般属于弯剪型。

4）、筒体结构体系

筒体结构体系是指由一个或几个筒体作为竖向承重结构的高层建筑结构体系。

筒体的基本形式有实腹筒、框筒和桁架筒。由钢筋混凝土剪力墙围成的筒体称为实腹筒布置在房屋四周、由密排柱和高跨比很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体称为框筒将筒体的四壁做成桁架，就形成桁架筒。

高层建筑结构

在现代化的城市中，高层建筑如同一座座巨人拔地而起，它们不仅是城市繁荣的象征，也是人类建筑技术和智慧的结晶。高层建筑结构作为支撑这些宏伟建筑的骨架，其设计和施工的合理性直接关系到建筑的安全性、稳定性和使用功能。

高层建筑结构的类型多种多样，常见的有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等。框架结构是由梁和柱组成的框架来承受竖向和水平荷载。这种结构的优点是建筑平面布置灵活，可提供较大的室内空间。然而，它的侧向刚度相对较小，在水平荷载作用下变形较大，不太适合高度过高的建筑。

剪力墙结构则是利用建筑物的墙体作为主要的抗侧力构件。墙体承受水平荷载和竖向荷载，具有较大的侧向刚度，能够有效地抵抗水平地震作用和风力。但剪力墙结构的空间布置不如框架结构灵活，室内空间可能会受到一定的限制。

框架剪力墙结构结合了框架结构和剪力墙结构的优点，在框架结构中布置一定数量的剪力墙，既能提供灵活的空间布局，又能保证结构的侧向刚度。这种结构在高层建筑中应用较为广泛。

筒体结构包括框筒结构、筒中筒结构等。框筒结构是由密排柱和深梁组成的外框架围成的筒体，具有很好的抗侧力性能。筒中筒结构则是由内筒和外筒组成，内筒一般为剪力墙围成的筒体，外筒多为框筒，这种结构适用于更高的建筑。

在设计高层建筑结构时，需要考虑众多因素。首先是荷载，包括恒载（如建筑自身的重量）、活载（如人员、家具、设备等的重量）、风荷载以及地震作用等。风荷载对于高层建筑来说是一个重要的因素，随着高度的增加，风荷载的影响会显著增大。地震作用也是不可忽视的，设计时需要根据建筑所在地区的地震烈度进行抗震计算和设计。

其次是结构的稳定性和抗倾覆能力。高层建筑由于高度较大，重心较高，在水平荷载作用下容易产生倾覆的危险。因此，在设计时需要合理控制结构的高宽比，增加基础的埋深和刚度，以提高结构的稳定性和抗倾覆能力。

另外，高层建筑结构的变形控制也是至关重要的。在水平荷载作用下，结构会产生水平位移，如果位移过大，会影响建筑的使用功能和安全性。因此，需要通过合理的结构布置和构件设计，控制结构的变形在允许的范围内。

高层建筑钢结构第六章节点设计ppt课件.ppt

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1、6节点设计ConnectionDesign6.1节点设计的一般原则和方法节点传力应简捷、明确、可靠，其计算简图应与实际受力一致；节点应具有足够的强度、刚度，其承载力应等于或高于构件的承载力；实行合理的细部构造，使节点具有足够的延性和韧性；简化节点构造，便于制作和安装，经济合理。1)设计原则当非抗震设防时，应按结构处于弹性受力阶段设计:当抗震设防时，尚应按结构进入弹塑性阶段设计:2)设计方法节点连接的极限承载力应高于构件屈服承载力节点处构件塑性区的板件宽厚比应满足抗震规范要求应有平面外隅撑防止节点附近的梁平面外失稳节点连接的承载力应高于构

2、件内力设计值抗侧力构件的节点连接的承载力设计值应高于构件的承载力设计值；高强螺栓连接不得滑移下文重点3)节点分类梁柱连接柱的拼接支撑节点连接柱脚梁的拼接次梁与主梁的连接抗侧力构件的节点6.2梁－柱节点设计1)节点分类与构造特点梁与柱的刚性连接梁端垂直于工字形柱腹板的刚性连接梁与柱的半刚性连接梁与柱的铰接连接柱两侧梁高不等时的刚性节点2)梁柱刚性节点的非抗震设计①典型刚性连接的承载力验算梁翼缘和腹板分别承当弯矩和剪力原则(方法一)梁翼缘与柱翼缘的对接焊缝：梁腹板的角焊缝：M、V梁端弯矩和剪力设计值全截面受弯设计原则(方法二)梁翼缘与柱翼缘

3、的对接焊缝：梁腹板的角焊缝(同时承受弯曲正应力和剪应力)：梁翼缘和腹板依据其刚度比分担弯矩：梁腹板与柱翼缘抗剪板采纳高第 6 页强螺栓连接时，最外侧螺栓承受的剪力：考虑焊接热影响对高强螺栓预拉力损失的影响系数②节点无水平加劲肋时的柱腹板的验算在梁的受压翼缘处，柱腹板的厚度tw应同时满足：局部承压条件：局部稳定条件：在梁的受拉翼缘处，柱翼缘板的厚度tc按强度计算应满足：式中：Afb为梁受压、受拉翼缘的截面面积；fc、fb为柱、梁钢材强度设计值；be为集中力作用下柱腹板计算高度边缘处的压应力假定分布长度，be＝tb＋5hy≈tb＋5(tc+hf)；f

高层建筑结构体系

高层建筑的结构体系

结构体系是指结构抵抗外部作用的构件组成方式。在高层建筑中，抵抗水平力是设计的主要矛盾，因此抗侧力结构体系的确定和设计成为结构设计的关键问题。

高层建筑中基本的抗侧力单元是框架、剪力墙、实腹筒（又称井筒）、框筒及支撑由这几种单元可以组成多种结构体系。

1、框架结构体系。由梁、柱构件组成的结构称为框架。整幢结构都由梁、柱组成就称为框架结构体系（或称纯框架结构）。

2．剪力墙结构体系。利用建筑物墙体作为承受竖向荷载和抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。

3．框架－剪力墙结构（框架－筒体结构）体系。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，这就是框架－剪力墙结构体系。如果把剪力墙布置成筒体，可称为框架－筒体结构体系。

4．筒中筒结构。筒体分实腹筒、框筒及桁架筒。由剪力墙围成的筒体称为实腹筒，在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒；筒体四壁由竖杆和斜杆形成的衍架组成则称为衍架筒。筒中筒结构由上述筒体单元组合，一般心腹筒在内，框筒或桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作用。

5．多筒体系——成束筒及巨型框架结构。由两个以上框筒或其他筒体排列成束状，称为成束筒。巨形框架是利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型梁相连，这样的筒体和巨型梁即形成巨型框架。这种多筒结构可更充分发挥结构空向作用，其刚度和强度都有很大提高，可建造层数更多、高度更高的高层建筑。

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高层建筑结构设计第二版

1、框架结构：由梁，柱组成的结构单元称为框架，全部竖向

荷载和侧向荷载由框架承受的

结构体系，称为框架结构

2、框架只能在自身平面内抵抗侧向力，必须在两个正交的主

轴方向设置框架，以抵抗各个

方向的侧向力

3、框架在侧向力作用下侧移有两部分组成：梁和柱的弯曲变

形产生的侧移，侧移曲线呈剪

切性，自下而上侧键位移减小；柱的轴向变形产生的侧移，侧

移曲线弯曲形，自下而上层间

位移增大。框架的侧移曲线以

剪切性为主

4、剪力墙结构：用钢筋混凝土剪力墙承受竖向荷载和抵抗侧

向力的结构称为剪力墙结构，

也称为抗震墙结构

5、剪力墙是平面结构，在自身平面内有较大的承载力和刚度，平面外的承载力和刚度小，

6、框剪结构：框架和剪力墙共同承受竖向荷载和侧向力，就

成为框架-剪力墙结构

7、框剪结构常用组成形式：框架与一般剪力墙组合；与一般

剪力墙和剪力墙围城的井筒组合；框架与带边框剪力墙的组

合

8、框架-剪力墙结构是一种双

重抗侧力结构

9、框架和剪力墙的变形分别呈剪切性和弯曲形，由于楼板的

作用，框架和剪力墙的侧向位

移必须协调。在结构的底部，

框架的侧移减小，在结构的上部，剪力墙的侧移减小，侧移曲线的形状呈弯剪行10、框剪结构特点：布置灵活，

延性好，刚度大，承载力大，

是一种比较好的抗侧力体系

11、其他结构形式:板柱-剪力

墙结构；框架-支撑结构；筒体

结构（框筒结构，桁架筒结构，

筒中筒结构，束筒结构）框架-

核心筒结构；巨型结构

12、剪力滞后：倾覆力矩使框

筒的一侧翼缘框架柱受拉，另

一侧翼缘框架柱受压，而腹板

框架柱有拉有压。翼缘框架柱

中各柱轴力分布不均匀，角柱

的轴力大于平均值，中柱的轴

力小于平均值；腹板框架各柱

的轴力也不是线性分布，这种

现象称为剪力滞后

13、体型和总体布置：建筑体

型指的是建筑的平面和立面；

结构的总体布置是指结构构件

的平面布置和竖向布置

第2章高层建筑的结构体系与结构布置

1 第2章高层建筑的结构体系与结构布置

小结

（1）高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙和筒体等，由它们可以组成多种结构体系。结构设计时，应根据建筑物的使用功能、立面体型、高度、是否需要抗震设防以及施工条件等因素，选用合适的结构体系。

（2）一般情况下，高层建筑结构宜选用框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构及筒体结构，这些结构具有竖向布置规则，传力途径简单，抗震性能好等优点。如果由于建筑功能需要，也可选用带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构和多塔楼结构等复杂结构，但应进行更详细的结构分析并采取必要的构造措施。

（3）高层建筑结构平面布置的基本原则是尽量避免结构扭转和局部应力集中，平面宜简单、规则、对称，刚心与质心或形心重合。

（4）高层建筑结构竖向布置的基本原则是要求结构的侧向刚度和承载力自下而上逐渐减小，变化均匀、连续，不突变，避免出现柔软层或薄弱层。

（5）高层建筑的楼盖结构应具有更好的平面内刚度和整体性，保证各抗侧力结构协同工作。一般情况下宜选用现浇楼盖结构或装配整体式楼盖结构。

（6）高层建筑一般宜采用整体性好和刚度大的筏形基础或箱形基础，基础应具有一定的埋置深度。

思考题

（1）高层建筑混凝土结构有哪几种结构体系？每种结构体系的优缺点、受力特点和应用范围如何？

（2）框架-剪力墙结构与框架-核心筒结构有何异同？框架-核心筒结构与框筒结构有何区别？带加强层高层建筑结构与框架-核心筒结构有何不同？

（3）高层建筑结构平面布置的基本原则是什么？结构平面布置应符合哪些要求？变形缝如何设置？

（4）高层建筑结构竖向布置的基本原则是什么？应符合哪些要求？

（5）高层建筑楼盖结构如何选型？有哪些构造要求？

（6）如何选择高层建筑的基础形式？基础埋深如何确定？

高层建筑 2

更高的建筑在水平均布荷载作用下，弯矩与高度的平方成正比，侧移与高度的四次方成正比。风荷载和地震作用占主导作用，竖向荷载的影响相对较小，侧移验算不可忽视。高层建筑由于荷载较大，内力大，梁柱截面尺寸也较大，竖向荷载中恒载所占比重较大。

高层建筑的结构有：框架结构，剪力墙结构，框架剪力墙结构，筒体结构，其他结构。

框架结构：梁合作为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构，节点一般为刚性节点

剪力墙：较好的抵抗水平，荷载的强通常为混凝土墙。

框架剪力墙概念：框架结构和剪力墙结构组合结构形成的结构体系。(优点：可以形成较大的使用空间，具有较好的抵抗水平荷载的能力，实际工程中应用更为广泛。)

框肢剪力墙：底部为框架结构，上部为剪力墙结构，剪力墙结构将所承受的竖向荷载传递给下部框架结构。

论述：高层建筑基础形式及其适用范围：

柱下独立基础：用于层数不多，土质较好的框架结构。

交叉梁基础：用于层数不多，土质一般的框架，剪力墙，框架剪力墙结构。

筏形基础：用于层数不多，土质较弱，（层数较多，土质较好时）

箱形基础：用于层数较多，土质较弱的高层建筑。

复合基础：用于层数较多或土质较弱。

简答：平面不规则的类型：

①扭转不规则：具有偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件弹性水平位移（层间位移）的最大值与平均值的比值大于1.2。

②凹凸不规则：平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30％。

③楼板局部不连续：楼板的尺寸和平面刚度急剧变化（有效楼板宽度小鱼，该楼层楼板典型宽度的50%，开洞面积大于该楼层楼面面积的30％，有较大的楼层错层）

周期比：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级高度高层建筑不大于0.9，B级高度高层建筑，超过A级高度的混合结构及复杂高层建筑不应大于0.85。

简答：抗震设计时，剪力墙底部加强部位的范围：

①底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起;

关于高层建筑的结构详解

高层建筑的含义

高层建筑的特点

高层建筑的结构体系

结构整体布置及变形缝

未来几十年内高层建筑的发展趋势

一、高层建筑的含义

二、高层建筑特点

高层建筑具有占地面积少、建筑面积大、造型特殊、集中化程度高

随着建筑高度的增加，建筑的防火、防灾、热岛效应等已成为人们急待解决的难题

高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用

高层建筑设计不仅需要较大的承载能力，而且需要较大的刚度

高层建筑结构设计中，抗侧力结构的设计成为关键

材料用量、工程造价呈抛物线关系增长

三、高层建筑结构的发展状况

1、我国古代高层建筑的发展

公元524年在河南建造了嵩岳寺塔(15层简筒结构，高50m)

公元704年在西安建造了大雁塔(7层砖木结构，总高64m)

公元1055年在河北定县建造了料敌塔(11层筒体结构，高82m)

公元1056年山西建造了应县木塔(9层，高67m)，堪称世界木结构的奇迹

高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物，至今已有100余年的历史。

多年来，世界上最高的高层建筑集中在美国、加拿大，直到80年代末，北美洲一直是世界高层建筑的中心。按1991年公布的排行表，在世界上最高的100座最高建筑中，美国占了78座，加拿大5座，墨西哥1座，即北美洲占了84%，成了当前世界最高建筑的中心

2、我国近代高层建筑的发展

第一阶段：从新中国成立到60年代末

初步发展，20层以下的框架结构： 1959年建成的北京民族饭店(12层，高47.4m)

1964年建成了北京民航大楼，(15层，高60.8m)

1966年建成了广州人民大厦(18层，高63m)

第二阶段：70年代

20—30层，主要用于住宅、旅馆、办公楼

1974年建成的北京饭店新楼：20层，高87.4m，是当时北京最高的建筑；

1976年建成的广州白云宾馆：33层、高114.05m；

上海漕溪路20幢12 16层剪力墙住宅楼；

超高层建筑结构

超高层建筑结构体系的体系主要有框架结构、剪力墙、框架-剪力墙体系。随着建筑高度的增加，这些传统的结构体系已经难以满足需求。目前超高层建筑结构体系最常采用的是支撑-筒体结构（核心筒+外围支撑结构）。随着对超高层结构的研究的不断深入，支撑-筒体结构已变化出很多不同的组合。

1.从支撑结构区分

基本上每个超高层建筑都有一个核心筒，建筑功能或是设备使用都需要它，结构也需要利用核心筒，可见从各个工种来说核心筒是非常有用的，因此多数的超高层建筑都有核心筒在中间。在周边就配上支撑结构，支撑结构以框架、巨型框架和外框筒居多。框架-核心筒结构最为简单，也最常采用。近年来，巨型框架结构得到了结构师的青睐，上海中心（632m），深圳平安中心（648m），天津高银117 大厦（597m）都采用了巨型框架的结构。采用外筒的结构形式也正在逐渐增多。例如广州西塔，外筒采用的是斜交网格。外筒抗力是非常强的，无论是抗扭、抗震，以至于抗震能力比它的内筒还强，而且它抗扭的能力非常好。

2.从是否设置水平支撑体系区分

上文提到的框架-核心筒，巨型框架-核心筒，外筒-核心筒的结构形式，结构的刚度是逐渐递增的，然而随着结构高度不断的增加，高宽比越来越大，这样的基本结构还不能满足规范对于刚度的要求，这时，往往需要在这个基础上增加一个补强的措施，就是增加水平的伸臂桁架和腰桁架（称为加强层）。伸臂桁架和腰桁架可以分别设置，也可以同时设置，可以设置单个的，也可以是多个的，根据结构刚度适度选择。需要注意的是，伸臂桁架和腰桁架将会造成结构的刚度突变，应遵循能不能就不设，能少设就少设的原则。

3.从材料利用上区分

高层建筑结构发展到了今天，传统的钢筋混凝土结构已不能满足发展的需求了，钢材的利用，使得结构的自重减轻，强度增加，被大量运用于（超）高层建筑结构中。传统的钢筋混凝土核心筒承担了85%的水平地震力，很快因为开裂、压碎而导致刚度及延性退化，不利于能量的消耗。由此发展起了一种新型的抗侧力体系—钢板剪力墙。钢板剪力墙具有重量轻，延性好，制作安装时间短等优点。核心筒除了承担水平力外，还承担了相当大的重力荷载，轴压比的限值使得核心筒往往过于笨重，由此发展出钢管混凝土剪力墙，钢管的加入，能使剪力墙的轴压比大大降低，而且由于钢管的约束作用，剪力墙的抗压弯能力，延性等得到了较大的提高，有着广阔的应用前景。除了核心筒应用了新的材料外，外框采用钢框架则是更加普遍的做法。近年，外框的形式已经不局限于传统的框架了，如斜交网络，编制网络，巨型框架等等支撑体系的出现，极大的延伸了超高层建筑的发展空间。