高层建筑设计 抗侧力结构与布置
简述高层建筑结构的布置原则
简述高层建筑结构的布置原则随着我国社会经济的快速发展，建筑行业也发生了翻天覆地的变化。
其中，大量外来人口不断朝城市涌进，在加快城市发展的同时，土地资源不足的问题也充分暴露出来。
为全面满足城市人口居住以及建设行业的需求，就需采取相应措施缓解土地资源的压力。
在此种形势下，高层建筑技术得到了迅猛发展，同时高层建筑也已成为城市空间中一道独特的风景。
现阶段，如何将人们对居住条件的要求以及精神层面的追求纳入高层建筑结构的设计当中，进而设计出安全实用的建筑，已成为工程建筑设计人员面临的一项重要课题。
1 高层建筑结构的布置原则1.1 有关结构平面的布置原则在高层建筑建构中，其平面形状的布置应严格遵循简单、规则、对称的原则，同时确保钢心与质心尽量重合。
如果结构的偏心比较大，那么其扭转效应也会相应变大，在促进端部构件位移增大的基础上，造成应力集中现象的发生。
对于高层建筑而言，其结构布置应尽量避免严重的不规则情况;如果建筑结构及使用功能必须要求不规则的结构平面布置，那么就需要分割成多个独立、简单且规则的结构单元。
对于一些需具备抗震性能的高层建筑，在结构布置过程中尤其要重视简单、规则、对称这三项原则[1]。
1.2 有关结构立体的布置原则均匀、规则为高层建筑结构竖向布置应遵循的基本原则，并设计成刚度自上朝下逐渐增大的结构。
如果建筑下层的刚度比较小，那么变形将会集中在结构的下部，使得下部成为薄弱层，一旦发生地震等较大的震动时，便会导致建筑物全面倒塌的严重情况。
在布置建筑结构立体过程中，通常出现收进上部楼层、减小体型的情况，需要注意的是，应限制收进的尺寸在一定的范围内。
收进部位越高，其后的平面尺寸越小，会显著增加高振型的影响;此外，如果上部的楼层出现外挑的情况，那么就会使建筑结构出现“头重脚轻”的现象，不但增加了扭转反应，同时也会增加地震带来的竖向影响。
2 高层建筑结构的设计要点分析2.1 高层建筑结构的地基及基础设计地基在高层建筑结构和整体项目的工程造价中，均占据非常重要地位，所以建筑工程人员应充分做好地基的设计工作[2]。
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
抗侧力结构与布置
第2章 抗侧力结构与布置
• 初步设计时，如何估算框架梁、 柱截面尺寸？
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
• 组成结构的基本构件： 梁(楼板)，柱，支撑，墙肢，连梁
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
第2章 抗侧力结构与布置
2.1 框架结构（Frame structure) • 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。
结构受力特点 • 平面抵抗侧力结构，只能在自身平面内抵
抗侧向力 • 刚度小，房屋高度比较低 • 可以设计成延性好的抗震结构
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
第2章 抗侧力结构与布置
侧向力作用下的变形特点 • 侧向力→层剪力和倾复力矩 • 层剪力→梁的弯矩、剪力
第2章 抗侧力结构与布置
布置要求 • 柱网布置：
小柱距4－5m,大柱距7－8m
• 沿高度布置： 柱网尺寸一般不变，轴线位置尽可能不变。
• 平面布置： 尽可能对称。
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
第2章 抗侧力结构与布置
使用特点
• 平面布置灵活,可以用隔断墙分隔（宜选用 轻质墙体）空间,以适应不同使用功能的需 求
第2章 侧力结构与布置
• 建筑结构体系：为支承竖向荷载和侧向荷载， 构件组成的形式。
• 犹如人体中的骨架 • 结构的首要功能是承重，抵抗各种偶然作用
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
板柱剪力墙结构
第2章 抗侧力结构与布置
试验研究 无支撑
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
第2章 抗侧力结构与布置
试验研究 十字支撑
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
第2章 抗侧力结构与布置
Dr.FazlurKhan
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
第2章 抗侧力结构与布置
2.6.1 框筒(Framed Tube)
• 框筒是由布置在建筑物周边的柱距小、梁 截面高的密柱深梁框架组成。
•钢 • 钢筋混凝土
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
性
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
第2章 抗侧力结构与布置
框架－墙板结构 （墙板代替钢支撑）
• 带竖缝RC墙板 • 带横缝RC墙板 • 内藏钢支撑RC墙板 • 钢板墙 • 带竖缝钢板墙
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
第2章 抗侧力结构与布置
偏心支撑框架 支撑连接位置偏离梁柱节点，形成
消能梁段
高层建筑结构设计原理 Design Principles of Highris Building
第2章 抗侧力结构与布置
偏心支撑框架的特点
• 刚度与中心支撑框架接近 • 消能梁段腹板剪切屈服，耗散地震能量 • 支撑斜杆、柱和消能梁段以外的梁保持弹
高层建筑结构的抗侧力体系
高层建筑结构的抗侧力体系1. 框架结构框架结构体系是由梁和柱在节点区通过刚性连接构成的结构体系（图2-2）。
构件材料一般为钢筋混凝土、型钢混凝土或结构钢。
框架结构的建筑特点是：空间布置灵活，使用方便，常用于商场、办公楼、综合楼。
框架结构的结构特点是：梁与柱节点是刚性连接，即梁与柱之间除传递剪力和轴力外，必须保证弯矩的传递。
结构计算时，该节点假定为理想刚性。
因此，节点的转动刚度与柱的抗侧刚度决定着框架结构的主要抗侧能力。
与后续介绍的几种结构体系相比，框架结构抗侧刚度小，楼层水平水平位移大，对支座不均匀沉降比较敏感。
a)b) 图2-2 框架结构体系a)框架结构平面示意图 b)框架结构立面示意图 框架节点区内力集中，是关系到结构整体安全的关键部位。
震害表明，节点破坏常导致结构整体倒塌。
因为节点破坏导致结构传递水平荷载的能力迅速下降，侧移增大，从而导致框架柱在竖向荷载下重力二阶矩（P-Δ效应）激增，楼层柱端弯矩激增，随即导致局部倒塌，同一楼层发生同方向的侧移结果导致该层结构倒塌，并可能发生连续性的整体倒塌。
因此，在框架结构中，应确保节点的强度和刚度高于梁和柱的要求。
一般情况下，纯框架结构的高层建筑总高度在50米左右，水平荷载下结构的整体变形为剪切型变形，即下部楼层的层间水平位移大于上部楼层的层间水平框架柱位移（见图2-3）。
随着楼层的高宽比（建筑物大屋面高度H与建筑物平面短边B之比）的增大，框架结构在水平风荷载作用下也表现出一定的整体弯曲变形形式。
由于框架结构抗侧刚度相对较小，因此对于填充墙或其他非结构构件，需要考虑其变形能力可适应框架结构变形的要求，以免造成在水平荷载作用下填充墙或其他非结构构件的破坏。
图2-3 框架结构在水平荷载下的变形特征2. 剪力墙结构剪力墙结构体系是指结构由纵横方向的墙体承担主要的水平和竖向荷载的结构体系。
不同的材料均可构成墙体结构，如常见的钢筋混凝土剪力墙结构。
另外型钢混凝土墙体、钢板混凝土墙体，以及配筋砌块墙体或正交胶合木（Cross-Laminated Timber，CLT）均为剪力墙结构体系。
3-2房屋建筑适用最大高度及适用高宽比
混凝土后浇带
• 混凝土后浇带是高层建筑中常用的一种施工工艺， 带宽常为800mm～1000mmm，贯通的后浇带在施工期 间将结构分为独立的几部分，当结构平面尺寸较大时， 缝可以曲折贯通。后浇带内的钢筋可与带两侧钢筋同 时绑扎，也将钢筋先从两侧伸出，在带内砼浇注前再 焊接或搭接；带内待其两侧砼浇注完近两个月(≥30 天)后浇注。
240
220
200
180 160
筒体（框筒，筒中筒，
桁架筒，束筒）和巨型 300
280
框架
260
240 180
钢-混凝土混合结构房屋适用的最大高度(m) 表2-5
高层建筑结构高宽比的规定，是对结构整体刚度、抗倾覆能 力、承载能力以及经济合理性的宏观控制指标。实际上当满 足高规对侧向位移、结构稳定、抗倾覆能力、承载能力等性 能的规定时，高宽比的规定可不作为一个必须满足的条件， 也不作为判断结构规则与否及超限高层建筑抗震专项审查的 一个指标。
• 增大伸缩缝间距的可靠措施
1. 设置后浇带； 2. 局部加强配筋； 3. 施加预应力； 4. 采用预制构件或叠合结构； 5. 解除约束，设置滑移层； 6. 采用膨胀剂补偿混凝土的收缩； 7. 加强保温隔热措施等。
• 采用可靠措施后，可适当放宽伸缩缝的间距：
房屋的平面宽度B，一般矩形平面按所考虑方向的最小 投影宽度计算高宽比，对突出建筑物平面很小的局部构件 （如楼梯间、电梯间等），一般不作为建筑物计算宽度。
各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求：
1 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，达 到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及 生命安全的严重破坏的抗震设防目标。
第2章-1 抗侧力结构与布置
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。
按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体 式三种。在地震区，多采用梁、柱、板全现浇或梁柱现浇、板预 制的方案；在非地震区，有时可采用梁、柱、板均预制的方案。
2.1 结构体系
注：由Ｌ形、Ｔ形、Ｚ形或十字形截面柱构成的异形柱 框架结构，截面各肢的肢高肢后比不大于4。
2.1 结构体系
二、剪力墙结构体系（理解掌握）
愈小；在腹板框架中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律递减的要快。上 述现象称为剪力滞后。
2.1 结构体系
3）产生剪力滞后现象的原因：框筒中各柱之间存在剪力，剪力使联系柱子的 窗裙梁产生剪切变形，从而使柱之间的轴力传递减弱。
4）框筒中剪力滞后现象愈严重，参与受力的翼缘框架柱愈少，空间受力性能 愈弱。
纵向连系梁 横向主梁
柱
其优点是：
1、建筑平面布置灵活，分隔方便； 2、整体性、抗震性能好，设计合理时结构具
有较好的塑性变形能力 3、外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。
其缺点是：侧向刚度小，抵抗侧向变形能力
差。正是这一 点，限制了框架结构的建造高 度。
清华大学主楼
2.1 结构体系
2.1 结构体系
上海金融大厦
筒体最主要的特点是它的空间受力性能好。 无论那一种筒体，在水平力的作用下都可以 看成是固定于基础上的悬臂结构，比单片平 面结构具有更大的抗侧移刚度和承载能力， 因而适宜建造高度更高的超高层建筑。同 时，由于筒体的对称性，筒体结构具有很好 的抗扭刚度。但该结构因为采用密柱深梁框 架围成的筒体会影响视线和观景。
高层建筑结构设计思考题答案-(2)
第二章2.1钢筋混凝土房屋建筑和钢结构房屋建筑各有哪些抗侧力结构体系？钢筋混凝土房屋建筑和钢结构房屋建筑各有哪些抗侧力结构体系？每种结构体系举1~2例。
答：钢筋混凝土房屋建筑的抗侧力结构体系有：框架结构(如主体18层、局部22层的北京长城饭店)；框架剪力墙结构（如26层的上海宾馆）；剪力墙结构（包括全部落地剪力墙和部分框支剪力墙）；筒体结构[如芝加哥Dewitt-Chestnut公寓大厦（框筒），芝加哥John Hancock大厦（桁架筒），北京中国国际贸易大厦（筒中筒）]；框架核心筒结构（如广州中信大厦）；板柱-剪力墙结构。
钢结构房屋建筑的抗侧力体系有：框架结构（如北京的长富宫）；框架-支撑（抗震墙板）结构（如京广中心主楼）；筒体结构[芝加哥西尔斯大厦（束筒）]；巨型结构（如香港中银大厦）。
2.2框架结构、剪力墙结构和框架----剪力墙结构在侧向力作用下的水平位移曲线各有什么特点？答：(1)框架结构在侧向力作用下，其侧移由两部分组成：梁和柱的弯曲变形产生的侧移，侧移曲线呈剪切型，自下而上层间位移减小；柱的轴向变形产生的侧移，侧移曲线为弯曲型，自下而上层间位移增大。
第一部分是主要的，所以框架在侧向力作用下的水平位移曲线以剪切型为主。
(2)剪力墙结构在侧向力作用下，其水平位移曲线呈弯曲型，即层间位移由下至上逐渐增大。
(3)框架-剪力墙在侧向力作用下，其水平位移曲线呈弯剪型, 层间位移上下趋于均匀。
2.3框架结构和框筒结构的结构构件平面布置有什么区别?答：(1)框架结构是平面结构，主要由与水平力方向平行的框架抵抗层剪力及倾覆力矩，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。
抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。
框筒结是由密柱深梁组成的空间结构，沿四周布置的框架都参与抵抗水平力，框筒结构的四榀框架位于建筑物的周边，形成抗侧、抗扭刚度及承载力都很大的外筒。
2.5中心支撑钢框架和偏心支撑钢框架的支撑斜杆是如何布置的？偏心支撑钢框架有哪些类型？为什么偏心支撑钢框架的抗震性能比中心支撑框架好？答：中心支撑框架的支撑斜杆的轴线交汇于框架梁柱轴线的交点。
高层建筑结构设计 第02章 高层建筑结构设计基本规定
A 级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比
结构类型
非抗震设计
框架，板柱—抗震墙
５
框架—抗震墙
5
筒体，抗震墙，框架—筒体
6
抗震设防烈度
6度、7度 8度 9度
4
3
2
5
4
3
6
5
4
注：（1）当有大底盘时，计算高宽比的高度从大底盘的顶部算起； （2）超过表内高宽比的体型复杂的房屋，应进行专门研究。
• 房屋的平面宽度B，一般矩形平面按所考虑方向 的最小投影宽度计算高宽比，对突出建筑物平面 很小的局部构件（如楼梯间、电梯间等），一般 不作为建筑物计算宽度。
• 实际上当满足高规对侧向位移、结构稳定、 抗倾覆能力、承载能力等性能的规定时， 高宽比的规定可不作为一个必须满足的条 件，也不作为判断结构规则与否及超限高 层建筑抗震专项审查的一个指标。
2.3 楼盖结构
• 房屋高度超过50m时，框架-剪力墙结构、 筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇 楼盖结构，剪力墙结构和框架结构宜采用 现浇楼盖结构。当房屋高度不超过50m时， 剪力墙结构和框架结构可采用装配式楼盖， 但应采取必要的构造措施。
• 楼盖构造要求 • （1）为了保证楼盖的平面内刚度，现浇楼盖的混凝
• 对于结构上下有收进或挑出时， 其收进或挑出部分的尺 寸限制为：上部楼层收进时， 且 H 1 / H ＞ 0.2 时， 应 有 B 1 / B ≥ 0.75 ； 上部楼层外挑时， 应有 B / B 1 ≥ 0.9
且a≤4m。
二、最大适用高度与高宽比
结构体系
框架
框架--抗震墙
土木工程课件：抗侧力结构与布置
2、分类： 按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体 式三种。在地震区，多采用梁、柱、板全现浇或梁柱现浇、板预 制的方案；在非地震区，有时可采用梁、柱、板均预制的方案。
2.1 结构体系 3、受力变形特点： 框架结构的侧移一般由两部分组成： 1）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形
布置原则：见课本P13
4、变化情况 框支剪力墙结构：
2.1 结构体系
1）框支剪力墙结构将剪力墙结构房屋的底层或 底部几层做成框架，这种结构亦称为带转换层高层建 筑结构。
2.1 结构体系
2）破坏特点：带转换层高层建筑结构在其转 换层上、下层间侧向刚度发生突变，形成柔
性底层或底部，在地震作用下易遭破坏甚至
4、优缺点：
2.1 结构体系
1）优点：建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用 于商场、餐厅等）也可按需要隔成小房间；建筑立面容易处 理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内 造价较低。
2）缺点：侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大，有
时会影响正常使用；如果框架结构房屋的高宽比较大，则水 平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用也较大。 因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。（以15~20层以下 为宜）
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。 注：1）剪力墙结构属于刚性结构，
对于高宽比较大的剪力墙，侧向变形 呈弯曲型（层间位移由下至上逐渐增 大）。 2）剪力墙结构水平承载力和侧 向刚度均很大，侧向变形较小。
剪力墙的侧移曲线
2.1 结构体系
3、优缺点： 1）优点：剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很 大，侧向变形较小；房间墙面及天花板平整，层高较 小，特别适用于住宅、宾馆等建筑。（结构高度：几 十米~ 100多米） 2）缺点：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（一般剪力墙间距3~8m）。
高层建筑结构设计第2章 高层建筑结构体系和布置原则
4 变形缝的设置
在未采取措施的情况下，伸缩缝的间距不宜超出 表1—8的限制。当有充分依据、采取有效措施时， 表中的数值可以放宽。
高层建筑结构伸缩缝的最大间距 表1—8
注： ①框架—剪力墙的伸缩缝间距可根据结构具体布置取表中框架结构与 剪力墙结构之间的数值； ②当屋面无保温或隔热层措施、混凝土的收缩较大或室内结构因施工 外露时间较长时，伸缩缝间距应适当减少； ③位于气候干燥地区、夏季炎热且暴雨频繁地区的结构，伸缩缝的间 距宜适当减少。
多年的高层建筑结构设计和施工经验表明：高层建 筑结构宜调整平面形状、尺寸和结构布置，采取构造 和施工措施，尽量不设变形缝；当需要设缝时，则应 将高层建筑结构划分为独立的结构单元，并设置必要 的变形缝。
4 变形缝的设置
温度缝：防止结构因温度变化和混凝土干缩变形 产生裂缝（基础以上上部结构断开） 不设温度缝的措施： 1. 温度影响较大部位提高配筋率； 2. 加厚屋面隔热保温层，或架空通风屋面； 3. 顶层局部设温度缝后浇带；即高强度等级的混凝 土；主体混凝土浇注后两个月；贯通结构的横截 面；位置应为结构受力影响最小，且曲折延伸避 免全部钢筋同截面搭接 ；一般每隔30～40m设一 道，后浇带宽800～1000mm。
适用30层以上 。
长/宽<2，截面尺寸接近正方形、圆形、正多边 形较好。
4、筒体结构体系
（1）框筒结构：内筒承受 竖向荷载，外筒承受水平 荷载，柱距一般在3m以内， 框筒梁比较高，开洞面积 在60%以下 1931年102层帝国大厦： 钢框架－剪力墙体系，用 钢量2.06kN/m2 1972年110层世界贸易中心：筒中筒结构体系，用 钢量1.81kN/m2
1974年110层西尔斯大楼：钢成束筒结构体系，用 钢量1.61kN/m2
高层结构基本规定与布置原则
在高层建筑中，除了要根据结构高度选择合 理的结构体系外，还要恰当的设计和选择建筑物 的平面、剖面形状和总体型。这些往往都是在初 步设计阶段（主要是利用概念设计方法）由建筑 设计选择。合理的结构初步设计可提高建筑物的 安全性，降低工程总造价。
2.1 房屋总高度与高宽比
2.1.1 房屋适用高度 高层建筑结构应根据房屋高度和高宽比、抗
（3）抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建 筑，其平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心；
平面长度L不宜过长，突出部分长度不宜过大； L、
l等值宜满足下表的要求；不宜采用角部重叠或细 腰形平面图形。
平面过于狭长的建筑物，在地震时因两端地
震波输入有位相差而容易产生不规则振动，产生 较大的震害，故应对L/B值予以限制，见上表。为 了减轻因L/B过大而产生的震害，在实际工程中， L/B 最 好 不 超 过 ４ （ 设 防 烈 度 为 6 ， 7 度 时 ） 或 3 （设防烈度为8，9度时）。
2.3.1 抗侧力结构布置改变
抗侧力结构布置改变主要有以下几种情况： 1、低层或底部若干层由于取消一部分剪力墙 或柱子产生刚度突变。 2、中部楼层部分剪力墙中断。 3、顶层设置空旷的大空间，取消了部分剪力 墙或内柱
2.3.2 结构的竖向体型突变
结构竖向体型突变主要有以下两种情况： 1、建筑顶部内收形成塔楼。 2、楼层外挑内收。
质量中心与刚度中心偏心较大和抗扭刚度太弱的 结构，其震害严重。国内一些复杂体型高层建筑 振动台模型试验结果也表明，扭转效应会导致结 构的严重破坏。因此，结构平面布置应减少扭转 的影响。
对结构的扭转效应从以下两个方面加以限制：
① 限制结构平面布置的不规则性，避免质心与 刚心存在过大的偏心而导致结构产生较大的扭转 效应。实际工程设计中，除应从抗侧力构件平面 布置上予以控制外，还要按上述规定控制楼层竖 向构件的扭转变形。计算扭转变形时，应考虑偶 然偏心的影响。
抗侧力结构与布置
框架结构柱网布置举例
抗侧力结构与布置
典型框架柱网布置（二）
框架结构柱网布置举例
抗侧力结构与布置
典型框架柱网布置（三）
框架结构柱网布置举例
抗侧力结构与布置
2.3剪力墙结构
• 用钢筋混凝土剪力墙承受竖向荷载并抵抗侧向力 的结构，称为剪力墙结构。
• 高层建筑的抗侧力结构也就尤为重要了，这就 要求结构工程师在设计高层建筑结构时认真选 择结构体系并布置好结构的抗侧力单元。
抗侧力结构与布置
2.2框架结构
当采用梁、柱组成的结构体系作为建筑竖向承重 结构，并同时承受水平荷载时，称其为框架结构 体系。它适用于多层及高度不大的高层建筑。 2.2.1框架结构特点 1)建筑特点
框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可做 成需要较大空间的会议室、餐厅、办公室及工业 车间、实验室等，加隔墙后，也可做成小房间。 框架结构的构件主要是梁和柱，布置比较灵活; 外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。
抗侧力结构与布置
2)结构特点
• 构件截面惯性矩小，结构侧向刚度较低，侧向变形大 • 侧移由两部分组成：梁柱弯曲产生的剪切型变形，柱
轴向变形产生的弯曲型变形；侧移曲线呈剪切型。
抗侧力结构与布置
2.2.2结构布置要点
• 平面结构按两个正交主轴布置，规则，对称。柱 距3－5m（小），7－8m（大），横向，纵向，双 向承重均可。
• 抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架，梁柱刚 结，保证整体性。
• 尺寸：柱网，梁截面一般不变，柱截面可调。 • 框架梁、柱中心线宜重合。 • 楼电梯间不宜设在结构单元的两端及拐角处，因
• 建筑结构的基本构件有板、梁、柱、墙、筒体 和支撑等，基本构件或其组合如柱、墙、桁架、 框架、实腹筒、框筒等便是联系杆件和分体系 的“桥梁”，它是建筑结构基本的受力单元， 称作承重单体或抗侧力单元。
高层建筑结构设计(1)
浅谈高层建筑的结构设计摘要：本文着重论述高层建筑的结构体系和高层设计中应着重注意以下问题。
关键词：高层建筑结构设计着城市化发展，在建筑面积与建设场地面积相同比值的情况下，建造高层建筑比多层建筑能够提供更多的空闲地面，将这些空闲地面用作绿化和休息场地，有利于美化环境，并带来更充足的日照、采光和通风效果。
例如在新加坡的新建居住区中，由于建造了高层建筑群，留下了更多地面空间，可以更好地建设城市绿化和人们休闲活动空间。
高层建筑的结构设计不仅应保证高层建筑具有足够的安全性，还应保证结构的经济性、合理性。
本文对高层建筑结构设计中的几个问题进行探讨。
一、高层建筑的结构体系1.框架-剪力墙体系。
当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架,便形成了框架-剪力墙体系。
在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。
在体系中框架体系主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平剪力。
框架-剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。
剪力墙的设置,增大了结构的侧向刚度,使建筑物的水平位移减小,同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀,所以框架-剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。
2.剪力墙体系。
当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时,即形成剪力墙体系。
在剪力墙体系中,单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。
剪力墙体系属刚性结构,其位移曲线呈弯曲型。
剪力墙体系的强度和刚度都比较高,有一定的延性,传力直接均匀,整体性好,抗倒塌能力强,是一种良好的结构体系,能建高度大于框架或框架-剪力墙体系。
3.筒体体系。
凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系。
筒体是一种空间受力构件,分实腹筒和空腹筒两种类型。
筒体体系具有很大的刚度和强度,各构件受力比较合理,抗风、抗震能力很强,往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。
二、高层建筑结构的相关问题分析：高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。
抗侧力结构与布置
2019/3/29
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四、结构总体布置
竖向规则建筑要求： 当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2 时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的 0.75 倍。 下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的 0.9倍,且水平外 挑尺寸a不宜大于4m。
主要的抗侧力构件，框架承担竖向荷载，提供较大的空 间，既具有框架结构布置灵活、方便使用的特点，又有 较大的刚度和较强的抗震能力。
优点：
受力合理，各层层间变形均匀，可形成较大使用空间。
适用范围：
10~25层各类公共建筑。框架-筒体可到30—40层
3、框架--剪力墙结构体系
在侧向荷载作用下的框架-剪力墙 变形
4、筒体结构体系
筒体结构：
一个或多个筒体来抵抗水
平力的结构
筒体的构成：
剪力墙组成空间薄壁筒体
框架柱形成密柱框筒
特点：
空间抗刚度,抗扭性很好
适用30层以上 长/宽<2，截面尺寸接近
正方形、圆形、正多边形 较好
4、筒体结构体系
分类
框筒结构 桁架筒结构 框架—筒体结构 筒中筒结构 多筒结构
第 2章抗侧力结构与布置
一、高层建筑的结构体系
（1）结构体系 －－结构抵抗外部作用的构件 组成方式 （2）高层建筑的基本的抗侧力单元
框架
剪力墙
筒体
剪 力 墙 结 构 体 系
框架体系（含板柱体系） 剪力墙体系 全落地剪力墙体系 部分框支剪力墙体系
现代高层建筑
结构体系分类
框架－剪力墙体系（含框架－筒体体系） 框筒体系 筒体体系 其他结构 筒中筒体系 多筒体系
简述高层建筑结构布置的一般原则
简述高层建筑结构布置的一般原则高层建筑结构布置的一般原则包括以下几个方面。
首先，高层建筑的结构布置应考虑建筑的整体稳定性和安全性。
高层建筑结构的承载力需满足建筑自身负荷和外部荷载的要求，确保建筑物的稳定性和抗震性。
这包括考虑建筑物的重力荷载、风荷载、地震荷载等，通过合理的结构设计和布置，确保建筑能够承担这些荷载。
其次，高层建筑的结构布置应考虑建筑的空间利用效率。
高层建筑往往需要提供大量的使用空间，因此结构布置需要合理利用空间，最大限度地提供可用面积，并确保使用空间的灵活性和功能性。
在布置结构时，可以考虑采用合理的楼板跨度、柱网格和跨径等，以提高空间利用效率。
同时，高层建筑的结构布置应考虑建筑的施工和维护便利性。
高层建筑的施工过程复杂，因此结构布置应尽量减少施工难度，降低施工成本。
此外，结构布置还应便于建筑物的维护和修复，方便检修设备、更换材料等。
此外，高层建筑的结构布置还应考虑建筑的节能性和环境可持续性。
高层建筑的能耗较大，因此结构布置应考虑建筑物的节能需求，采用合理的隔热材料、节能设备等措施，提高建筑物的能效性能。
此外，结构布置还应注重环境保护，减少对土地和资源的消耗，遵循可持续发展的原则。
最后，高层建筑的结构布置应注重美观性和人性化。
作为城市的标志性建筑，高层建筑的外观设计和结构布置应考虑建筑的美观性，并与周边环境和谐协调。
此外，结构布置还应考虑建筑对居民的舒适性和便利性，如通风、采光、景观设计等，提供良好的使用体验。
综上所述，高层建筑结构布置的一般原则包括稳定性和安全性、空间利用效率、施工和维护便利性、节能性和环境可持续性、美观性和人性化等方面，以实现高层建筑的功能需求和可持续发展的目标。
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❖一般剪力墙——是指hw/bw＞8的剪力墙。 ❖异形柱 ——截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面 各肢的肢高肢厚比hw/bw<4的柱(剪力墙)。
b、墙肢轴压比μN限制：
轴压比的N定义：
N
N fc A
短肢剪力墙μN限制：抗震等级为一、二、三级时分 别不宜大于0.45、0.50、0.55。
随着建筑高度加大，第二部分变形比例
逐渐加大，但合成以后框架仍然呈现剪 切型变形特征 。
2.2 剪力墙结构体系
❖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（见图2-5、2-6）。墙体同时也作为维护 及房间分隔构件。
2.2.1 剪力墙的受力变形特点
(1)在承受水平荷载作用时，剪力墙 相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。
(3)抗震性能好——延性剪力墙结构。 (4)平面布置不灵活，(剪力墙的间距取决于楼板的跨度。一般 情况下剪力墙间距为3～8m，适用于要求较小开间的建筑)。
(5)结构自重较大。
❖ 底部大空间剪力墙结构(见图2-7)
2.2.3 剪力墙结构体系的布置要求
(1)构布置原则
•剪力墙应沿结构的主要轴线布置。 •剪力墙应沿竖向贯通建筑物的全高。 •剪力墙应尽量布置得比较规则，拉通、对直。 •剪力墙的厚度应按阶段变化，每次厚度减少宜为50～l00mm。
特点：框支墙上下刚度相差悬殊，不利抗震。 要求： ①不允许单独采用框支剪力墙。
②控制建筑物沿高度方向的刚度变化幅度。 ③落地剪力墙的间距L应满足一定要求。 ④提高转换层附近楼盖的强度及刚度。
(3) 剪力墙的数量
①剪力墙的间距：3m~7.2m
②剪力墙的厚度
a.构造要求(规范规定)： bw≥160mm~220mm。 ❖小墙肢——墙肢截面高度与厚度之比hw/bw<3的剪力墙。
一般剪力墙μN限制：一、二、三级抗震等级的剪力 墙，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过
下表的限值。
c.结构刚度判断
❖结构基本自振周期：T1=(0.04～0.05)N，(N为层数)。
❖当周期过短，地震力过大时，宜加以调整。
❖调整结构刚度的方法有： —适当减小剪力墙的厚度； —降低连梁高度； —增大门窗洞口宽度； —对较长的墙肢设置施工洞，分为两个墙肢。
❖ 框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重(框架 结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、 水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重)；
❖ 电梯井贴梁柱布置，不得独立；
❖填充墙应位于框架平面内，并受柱约束；
❖现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级，按一级抗震等 级设计时，不应低于C30；按二～四级和非抗震设计时，不应 低于C20；
❖现浇非预应力混凝土楼盖结构的混凝土强度等级不宜高于C40 ❖框 架 柱 的 混 凝 土 强 度 等 级 ， 抗 震 设 防 烈 度 为 9 度 时 不 宜 大 于 C60，抗震设防烈度为8度时不宜大于C70；
❖抗震设计的框架结构中，当布置少量钢筋混凝土剪力墙时， 结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作。
2.1.2 框架结构的特点
❖ ①建筑平面布置灵活； ❖ ②立面设计灵活多变；（外墙是非承重构件，立面可任意
划分） ❖ ③构件类型少，易于标准化、定型化。 ❖ ④具有较好的抗震性能——“延性框架”； ❖ ⑤梁柱截面惯性矩小，侧向变形较大，限制了框架结构的
使用高度。以15～20层以下为宜。
2.1.3 框架结构的布置要求
(2)剪力墙的水平位移由弯曲变形和 剪切变形两部分组成。
(3)高层建筑剪力墙结构，以弯曲变形 为主，特点是结构层间位移随楼层增
高而增加。
2.2.2 剪力墙结构体系的特点
(1)承载力要求容易满足(截面尺寸大)。
(2)整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小(现浇 钢筋混凝土剪力墙结构)，适合于建造较高的高层建筑(10～ 30层，100～140m)。
❖ 结构体系：指结构抵抗外部作用的构件的组成方式。
❖高层建筑中基本的抗侧力单元有框架、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。
❖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(框架－筒体结构)体系 •筒体结构体系 •其他结构形式，如：板柱－剪力墙结构、框架－支撑(抗震 墙板)结构、竖向桁架结构、核心筒加复合巨型柱结构等。
—墙肢长度超过8m时，一般都应由施工洞口划分为小的 墙肢。墙肢由施工洞分开后，如果建筑上不需要，可以 用砖墙填充。
•剪力墙的洞宜上下对齐，成列布置——洞口把墙体分成墙肢 和连梁。(见图2-8)。 •避免小墙肢（hw/bw<3）(见图2-8)。 •墙段的高宽比应≥3(呈受弯工作状态)(见图2-9)。 •每一墙肢的宽度不宜＞8m。
(2) 平面布置方案
❖横墙承重方案：楼板支承在横向剪力墙上。 ❖纵横墙承重方案：楼板直接支承在纵横向墙上或通过 进深大梁传递。 ❖底层大空间剪力墙方案
2.1.4 框架结构的变形特点
❖框架结构在水平荷载作用下的受力变形特点(变形曲线)
(1)柱和梁的弯曲变形产生——剪切型：
下部的梁、柱内力大，层间变形也大，愈 到上部层间变形愈小。
(2)柱的轴向变形产生——弯曲型：
这种侧移在上部各层较大，愈到底部 层间变形愈小。
(3)框架结构中第一部分侧移是主要的，
2.1 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(见图 2-1~图2-3)，有时称为纯框架结构。
2.1.1 分类
❖按材料不同分为：钢、钢筋混凝土、钢骨(型钢)混凝土、 钢管混凝土等。
❖钢筋混凝土框架按施工方法的不同，可分为：现浇框架 、半装配式框架、全装配式框架等。
(1)承重框架的布置
❖承重框架指承受楼面竖向荷载的框架。
❖框架结构承重方案有(见图2-4)：
•横向框架承重方案 •纵 向 框 架 承 重 方 •纵横 向 框 架 混 合承重案方 案
(2)结构布置要求
❖应设计成双向框架；
❖抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架； ❖框架梁、柱中心线宜重合；
❖结构应受力明确，构造简单；