高层建筑结构的受力特征和结构的概念设计
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甚至导致恶性循环直至倒塌。
2020/5/1
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高层建筑的特点
4、结构延性是重要设计指标 ➢ 与较低层建筑相比，高层建筑较柔，地震作用下
变形较大，为使结构在进入塑性变形阶段后仍然 具有较强的变形能力，避免倒塌，需要在构件上 采取恰当的措施，保证结构具有足够的延性 5、构件的基本形式 ➢ 线形构件－具有较大的长细比的细长构件
1、砖石结构
• 缺点：自重大，强度低，抗震性能差，施工难以机械
化，工人劳动强度高，工期长和结构面积大，难以用 于高层房屋，国内目前砖石结构房屋只建到19层左右
• 新型砌体结构—配筋砌体 10曾以上采用， 北京
（八度区）拟建30层
2、钢筋混凝土结构
• 优点：结构强度较高，抗震性能较好，并具有良好的
可塑性
• 减轻结构自重，降低基础工程造价：两类结构的结构自重的比例
为2：1，荷载减小，基础处理的难度和基础工程的造价均下降
• 减少建筑中结构所占的面积 • 施工周期短：工厂制作，现场安装，无须大量脚手架，压型钢板
可以作为混凝土楼板的永久模板，可节约20%~30%的施工时间
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高层建筑的结构形式
(2)、竖向荷载一般为定值（除了需考虑竖向地震作用外），水平荷载 （风、地震）均为不确定的因素，且随很多因素（时间、地点、结 构动力特性、周边环境等）变化有较大幅度的变化。
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高层建筑的特点
2、竖向构件的轴向变形不容忽视
(1)、对连续梁弯矩的影响
中柱、边柱轴向应力不同引起压缩变形的差 异
• 缺点：自重大
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高层建筑的结构形式
3、钢结构
• 钢结构强度高、自重轻，具有良好的延性和抗震性能，能够满足
建筑上对大跨度、大空间的要求
• 抗震性能优于钢筋混凝土结构：混凝土的抗拉和抗剪强度均较低，
延性也差，混凝土构件开裂后的承载力和变形能力迅速降低，钢 材基本上属于各向同性的材料，抗压、抗拉和抗剪强度均很高， 重要的是具有良好的延性。地震作用下，钢结构因良好的延性， 不仅能够减弱地震反应，而且属于较理想的弹塑性结构，具有抵 抗强烈地震的变形能力
高层建筑结构设计
CHAPTER Two 主 讲 人：
谢 孝 副教授 后勤工程学院建筑工程系
结构教研室
1
CHAPTER Two 高层建筑结构受力特点 和结构概念设计
2.1 高层建筑的特点 2.2 高层建筑的结构形式 2.3 高层建筑的结构体系 2.4 高层建筑结构体系的选择 2.5 结构总体布置 2.6 缝的设置和基础
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2.1 高层建筑的特点
1、水平荷载成为决定因素
公式 水平荷载
M
△
轴力 N=f(H) 弯矩 M=f(H2)
均布荷载 倒三角荷载
qH 2 2
qmax H 2 3
qH 4
8EI
11qmax H 4 120EI
变形（侧移） △＝f(H4)
说明：
(1)、竖向荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度 的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖 向构件中所引起的轴力与H的二次方成正比，侧移更大，为四次方。
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2.3 高层建筑的结构体系
现代高层建筑 结构体系分类
2020/5/1
框架体系（含板柱体系） 全落地剪力墙体系
剪力墙体系 部分框支剪力墙体系
框架－剪力墙体系（含框架－筒体体系） 框筒体系
筒体体系 筒中筒体系 多筒体系
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高层建筑的结构体系
结构抵抗外部作用的构件组成方式
1、框架结构（由杆件—梁、柱组成） 图 特点：结构布置灵活，较大的室内空间，使
高层中，考虑轴向变形计算的剪力与不考 虑结果相差30％以上，结构顶点侧移减小 一半以上（考虑轴向变形计算的侧移大）
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高层建筑的特点
3、侧移成为主要控制指标之一 结构侧移已经成为高层结构设计中的关键，侧移△＝f(H4) 要求：强度满足要求，足够的抗推刚度，控制水平荷载作用下 产生的侧移.. 《高规》P30 4.6.3条规定限值（钢筋混凝土 结构）层间位移 楼层层间最大位移与层高之比的限值△U/h：
4、组合结构
• 综合钢框架与钢筋混凝土筒体，具有二者的优点 • 侧向刚度大于钢结构 • 结构造价介于钢结构和钢筋混凝土结构之间 • 施工速度比钢筋混凝土结构加快 • 结构面积小于钢筋混凝土结构 • 发挥钢管混凝土柱的强度和刚度作用
结构形式选择的基本要求
• 经济性（必要时考虑综合经济效果） • 技术条件（包括设计技术、施工技术等等） • 材料供应情况 • 受力特点
结构类型 框架
△U/h限值 1/550
框架—剪力墙、框架—核心筒、板柱—剪力 墙
1/800
筒中筒 框支层
1/1000 1/1000
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高层建筑的特点
说明：
➢ 过大的侧移使人有一种不安全感、不舒适 感
➢ 过大的侧移会使隔墙、围护结构以及装修 损坏，使电梯轨道变形
➢ 高楼重心位置较高，过大侧移使结构因P－ △效应而产生较大的附加应力，
梁、柱、桁架支撑弦杆、腹杆 线性构件是组成框架体系、框－撑体系、框墙体 系或板柱体系的基本构件
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高层建筑的特点
➢ 平面构件－具有较大横截面边长比（宽厚比）的片状构 件
楼板、墙体：构件平面外刚度和承载力很小，结构分 析中常常忽略
面构件是组成全墙体系、框－墙体系、框托墙体系和 叠和体系的基本构件
➢ 立体结构－由线构件或面构件组成具有较大横截面尺寸 和较小壁厚的整体筒状构件
框筒－梁柱构成的立体构件；具有较大的抗推刚度、 抗扭刚度
立体构件是框筒体系、筒中筒体系、筒体体系、框筒 束体系、支撑框筒体系、大型支撑筒体系和巨型框架体 系中的基本构件
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wenku.baidu.com
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2.2 高层建筑的结构形式
➢ 结构方案选择：在满足建筑使用要求的前提下，选择 结构形式、结构体系和结构布置
(2)、对预制构件下料长度影响
美国休斯顿75层汉克萨斯商业大厦，采用型 钢混凝土墙和钢柱组成的混合体系。根据 计算，中心钢柱由于受荷面积大，重力荷 载下轴向压缩变形要比型钢混凝土墙多 260mm，总下料多260mm，并且要逐层调整
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高层建筑的特点
2、竖向构件的轴向变形不容忽视
(3)、对构件剪力和侧移的影响 一般情况下不考虑竖向构件的轴向变形，在
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高层建筑的特点
4、结构延性是重要设计指标 ➢ 与较低层建筑相比，高层建筑较柔，地震作用下
变形较大，为使结构在进入塑性变形阶段后仍然 具有较强的变形能力，避免倒塌，需要在构件上 采取恰当的措施，保证结构具有足够的延性 5、构件的基本形式 ➢ 线形构件－具有较大的长细比的细长构件
1、砖石结构
• 缺点：自重大，强度低，抗震性能差，施工难以机械
化，工人劳动强度高，工期长和结构面积大，难以用 于高层房屋，国内目前砖石结构房屋只建到19层左右
• 新型砌体结构—配筋砌体 10曾以上采用， 北京
（八度区）拟建30层
2、钢筋混凝土结构
• 优点：结构强度较高，抗震性能较好，并具有良好的
可塑性
• 减轻结构自重，降低基础工程造价：两类结构的结构自重的比例
为2：1，荷载减小，基础处理的难度和基础工程的造价均下降
• 减少建筑中结构所占的面积 • 施工周期短：工厂制作，现场安装，无须大量脚手架，压型钢板
可以作为混凝土楼板的永久模板，可节约20%~30%的施工时间
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高层建筑的结构形式
(2)、竖向荷载一般为定值（除了需考虑竖向地震作用外），水平荷载 （风、地震）均为不确定的因素，且随很多因素（时间、地点、结 构动力特性、周边环境等）变化有较大幅度的变化。
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高层建筑的特点
2、竖向构件的轴向变形不容忽视
(1)、对连续梁弯矩的影响
中柱、边柱轴向应力不同引起压缩变形的差 异
• 缺点：自重大
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高层建筑的结构形式
3、钢结构
• 钢结构强度高、自重轻，具有良好的延性和抗震性能，能够满足
建筑上对大跨度、大空间的要求
• 抗震性能优于钢筋混凝土结构：混凝土的抗拉和抗剪强度均较低，
延性也差，混凝土构件开裂后的承载力和变形能力迅速降低，钢 材基本上属于各向同性的材料，抗压、抗拉和抗剪强度均很高， 重要的是具有良好的延性。地震作用下，钢结构因良好的延性， 不仅能够减弱地震反应，而且属于较理想的弹塑性结构，具有抵 抗强烈地震的变形能力
高层建筑结构设计
CHAPTER Two 主 讲 人：
谢 孝 副教授 后勤工程学院建筑工程系
结构教研室
1
CHAPTER Two 高层建筑结构受力特点 和结构概念设计
2.1 高层建筑的特点 2.2 高层建筑的结构形式 2.3 高层建筑的结构体系 2.4 高层建筑结构体系的选择 2.5 结构总体布置 2.6 缝的设置和基础
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2.1 高层建筑的特点
1、水平荷载成为决定因素
公式 水平荷载
M
△
轴力 N=f(H) 弯矩 M=f(H2)
均布荷载 倒三角荷载
qH 2 2
qmax H 2 3
qH 4
8EI
11qmax H 4 120EI
变形（侧移） △＝f(H4)
说明：
(1)、竖向荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度 的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖 向构件中所引起的轴力与H的二次方成正比，侧移更大，为四次方。
2020/5/1
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2.3 高层建筑的结构体系
现代高层建筑 结构体系分类
2020/5/1
框架体系（含板柱体系） 全落地剪力墙体系
剪力墙体系 部分框支剪力墙体系
框架－剪力墙体系（含框架－筒体体系） 框筒体系
筒体体系 筒中筒体系 多筒体系
13
高层建筑的结构体系
结构抵抗外部作用的构件组成方式
1、框架结构（由杆件—梁、柱组成） 图 特点：结构布置灵活，较大的室内空间，使
高层中，考虑轴向变形计算的剪力与不考 虑结果相差30％以上，结构顶点侧移减小 一半以上（考虑轴向变形计算的侧移大）
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高层建筑的特点
3、侧移成为主要控制指标之一 结构侧移已经成为高层结构设计中的关键，侧移△＝f(H4) 要求：强度满足要求，足够的抗推刚度，控制水平荷载作用下 产生的侧移.. 《高规》P30 4.6.3条规定限值（钢筋混凝土 结构）层间位移 楼层层间最大位移与层高之比的限值△U/h：
4、组合结构
• 综合钢框架与钢筋混凝土筒体，具有二者的优点 • 侧向刚度大于钢结构 • 结构造价介于钢结构和钢筋混凝土结构之间 • 施工速度比钢筋混凝土结构加快 • 结构面积小于钢筋混凝土结构 • 发挥钢管混凝土柱的强度和刚度作用
结构形式选择的基本要求
• 经济性（必要时考虑综合经济效果） • 技术条件（包括设计技术、施工技术等等） • 材料供应情况 • 受力特点
结构类型 框架
△U/h限值 1/550
框架—剪力墙、框架—核心筒、板柱—剪力 墙
1/800
筒中筒 框支层
1/1000 1/1000
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高层建筑的特点
说明：
➢ 过大的侧移使人有一种不安全感、不舒适 感
➢ 过大的侧移会使隔墙、围护结构以及装修 损坏，使电梯轨道变形
➢ 高楼重心位置较高，过大侧移使结构因P－ △效应而产生较大的附加应力，
梁、柱、桁架支撑弦杆、腹杆 线性构件是组成框架体系、框－撑体系、框墙体 系或板柱体系的基本构件
2020/5/1
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高层建筑的特点
➢ 平面构件－具有较大横截面边长比（宽厚比）的片状构 件
楼板、墙体：构件平面外刚度和承载力很小，结构分 析中常常忽略
面构件是组成全墙体系、框－墙体系、框托墙体系和 叠和体系的基本构件
➢ 立体结构－由线构件或面构件组成具有较大横截面尺寸 和较小壁厚的整体筒状构件
框筒－梁柱构成的立体构件；具有较大的抗推刚度、 抗扭刚度
立体构件是框筒体系、筒中筒体系、筒体体系、框筒 束体系、支撑框筒体系、大型支撑筒体系和巨型框架体 系中的基本构件
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2.2 高层建筑的结构形式
➢ 结构方案选择：在满足建筑使用要求的前提下，选择 结构形式、结构体系和结构布置
(2)、对预制构件下料长度影响
美国休斯顿75层汉克萨斯商业大厦，采用型 钢混凝土墙和钢柱组成的混合体系。根据 计算，中心钢柱由于受荷面积大，重力荷 载下轴向压缩变形要比型钢混凝土墙多 260mm，总下料多260mm，并且要逐层调整
2020/5/1
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高层建筑的特点
2、竖向构件的轴向变形不容忽视
(3)、对构件剪力和侧移的影响 一般情况下不考虑竖向构件的轴向变形，在