高层建筑结构设计(教案)

高层建筑结构设计

教案

山东大学

土建与水利学院

薛云冱

目录

第一章：高层建筑结构体系及布置 (2)

§1-1 概述 (2)

§1-2 高层建筑的结构体系 (7)

§1-3 结构总体布置原则 (9)

第二章：荷载及设计要求 (12)

§2-1 风荷载 (12)

§2-2 地震作用 (13)

§2-3 荷载效应组合及设计要求 (14)

第三章：框架结构的内力和位移计算 (15)

§3-1 框架结构在竖向荷载作用下的近似计算—分层法 (15)

§3-2 框架结构在水平荷载作用下的近似计算（一）—反弯点法 (16)

§3-3 框架结构在水平荷载作用下的近似计算（二）—改进反弯

点（D值）法 (17)

§3-4 框架在水平荷载作用下侧移的近似计算 (18)

第四章：剪力墙结构的内力和位移计算 (20)

§4-1 剪力墙结构的计算方法 (20)

§4-2 整体墙的计算 (22)

§4-3 双肢墙的计算 (23)

§4-4 关于墙肢剪切变形和轴向变形的影响以及各类剪力墙划

分判别式的讨论 (24)

§4-5 小开口整体墙的计算 (29)

§4-6 多肢墙和壁式框架的近似计算 (30)

第五章：框架—剪力墙结构的内力和位移计算 (30)

§5-1 框架—剪力墙的协同工作 (30)

§5-2 总框架的剪切刚度 (31)

§5-3 框—剪结构铰结体系在水平荷载下的计算 (32)

§5-4 框—剪结构刚结体系在水平荷载下的计算 (33)

§5-5 框架—剪力墙的受力特征及计算方法应用条件的说明 (36)

§5-6 结构扭转的近似计算 (36)

第六章：框架截面设计及构造 (36)

§6-1 框架延性设计的概念 (36)

§6-2 框架截面的设计内力 (37)

§6-3 框架梁设计 (39)

§6-4 框架柱设计 (42)

§6-5 框架节点区抗震设计 (47)

第七章：剪力墙截面设计及构造 (49)

§7-1 墙肢截面承载力计算 (49)

§7-2 连梁的设计 (53)

第一章高层建筑结构体系及布置

本章重点：①高层结构体系的受力特点；

②高层结构体系的种类及应用范围；

③高层结构体系的总体布置原则。

计划学时：5学时

§1-1 概述

随着社会经济的不断发展，工业化、城市化进程的不断加快，以及土木工程和相关领域科学技术水

平的提高，不仅使得高

层、超高层建筑的建造

成为可能，而且发展速

度也越来越快。自从

1885年建成10层高的家

庭生命保险大厦（钢结

构，詹尼设计， 1931年

被拆除，通常被认为是

世界第一栋高层建筑）

以后，高层建筑在世界

各国都得到了迅速的发

展，许多高层建筑已成

为了城市的标志性建

筑。目前世界上高度超

过300m的超高层建筑

已达几十幢，其中，位

于马来西亚首都吉隆坡

的石油大厦，高度达到

了451.9m，是目前世界

上已建成并投入使用的

最高建筑。近二十年来，

高层建筑、超高层建筑

在我国的发展速度完全

可以用“突飞猛进”来

形容，仅上海市目前的

高层、超高层建筑已达

到了2100幢，高度在100m 马来西亚石油大厦

以上的超高层建筑就有140余幢。

其中，上海金茂大厦高度

为420.5m，是我国目前最高的建筑，世界排名第三位。目前世界最高十大建筑

和我国内地最高十大建筑见表1-1和表1-2。

高层建筑的出现，不仅改变了城市的建筑布局，而且为当地的经济发展起到了巨大的带动作用。高层建筑的发展，得益于新材料的不断出现、力学分析方法和分析手段的发展、结构设计和施工技术的进步以及现代化机械和电子技术的飞跃。随着高性能材料的不断研制和开发，结构形式合理性的进一步研究，可以预见，在今后的土木工程领域，高层建筑仍将是世界各国在城市建设中的主要形式，扮演重要的角色。因此，掌握高层建筑的设计知识，是对土木工程领域技术人员的基本要求。

一、高层建筑的界定

高层建筑有什么特点？或者说什么样的建筑算作高层建筑？对于这一问题，世界各国有不同的划分标准，或者说不同的国家有不同的规定。1972年召开的国际高层建筑会议制订了如下的划分标准：

①多层建筑≤8层

第一类9~16层高度≤50m

②高层建筑第二类17~25层高度≤75m

第三类25~40层高度≤100m

③超高层建筑＞40层高度＞100m

我国《民用建筑设计通则》则规定，10层及

10层以上的住宅建筑以及高度超过24ｍ的公共

建筑和综合性建筑为高层建筑，而高度超过100m

时，不论是住宅建筑还是公共建筑，一律称为超

高层建筑。日本则将5层到15层的建筑称为高

层建筑，超过15层的建筑均为超高层建筑。

事实上，究竟什么样的建筑算作高层建筑，

应该视建筑的结构体系受力特点而定。如果建筑

的结构体系，在侧向力的作用下，表现出了高层

建筑的受力特点，则不论其高度如何，应该按照

高层建筑来对待。

二、高层建筑的特点

一般而论，高层建筑具有占地面积少、建筑

面积大、造型特殊、集中化程度高的特点。正是

这一特点，使得高层建筑在现代化大都市中得到

了迅速的发展。在现代化大都市中，过度的人口

和建筑密度，城市用地日趋紧张，真可谓寸土千

金，使得人们不得不向空间发展。高层建筑占地

面积少，不仅可以大量的节省土地的投资，而且

有较好的日照、采光和通风效果。但是，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。

从受力角度来看，随着高层建筑高度的增上海金茂大厦

加，水平荷载（风载及地震作用）对结构起的

作用将越来越大。除了结构的内力将明显加大

外，结构的侧向位移增加更快。图1-1是结构

内力（N，M）、位移（△）与高度的关系，其中

弯矩和位移均成指数曲线上升。由此可见，高

层建筑不仅需要较大的承载能力，而且需要较

大的刚度，从而使水平荷载产生的侧向变形限

制在一定的范围内，满足有关规范的要求。

三、高层建筑的结构材料

现代高层建筑所采用的材料，主要是钢材和混凝土两种。不同国家、不同地区、不同结构形式所采用的结构材料不同，大致有以下几种形式：