高层建筑结构设计(第一章)

应用情况：采用钢结构的高层建筑不断的增多；美国、日 本等从钢结构起步建造高层建筑的国家已转向发展混凝土 结构；
目前世界上最高的钢结构建筑为美国芝加哥西尔斯大厦， 110层、高443m。
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
芝加哥西尔斯大厦 (Sears Tower)， 110层，高443m，钢结构
西安大雁塔 7层高64m 砖木结构
公元524年的河南嵩岳寺塔(15层简筒结构，高50m)
公元704年的西安大雁塔(7层砖木结构，总高64m) 公元1055年的河北定县料敌塔(11层筒体结构，高82m)
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
混凝土结构
优点：取材容易、良好耐久性和耐火性、承载能力大，刚度好、
节约钢材、降低造价、可模性好；
第1章 绪论
一、概述
高层建筑的定义
根据层数和高度，房屋建筑可以分为低层建筑、多层建筑、高层 建筑、超高层建筑。
3）超高层建筑：
最初来源于日本，1995年出现英文词条Super-tall building ；
没有明确的分界线和规定，一般泛指某个国家和地区内较高 的高层建筑；
通常将高度超过 100m 或层数在 30 层以上的高层建筑称为 超高层建筑。
上海 金茂 大厦
剖面
第 88 层 平 面
RC核心筒+外框型钢混凝土柱及钢柱，88层，高420m， 7度抗震设防
上海环球金融 中心
核芯筒
底部剪力墙
RC核心筒+外伸桁架和巨型（型钢）柱 (三重结构体系)， 101层，高492m，7度抗震设防
第1章 绪论
台北101金融大楼 高508米，采用 方钢管混凝土柱，混凝土核心筒混 合结构。
料用量。
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
按照使用的材料进行划分 砌体结构
混凝土结构 钢结构 钢和混凝土组合结构
高层建筑结构
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
砌体结构
优点：取材容易、施工简便、造价低廉；
缺点：脆性材料，其抗拉、 抗弯、抗剪强度均较低，抗 震性能较差；
配筋砌体可改善砌体的受力性能，但较少用于高层
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
与多层建筑相比有哪些的设计特点 3） 轴向变形的影响在设计中不容忽视
（a）竖向荷载产生的结构轴向变形对其内力及变形的影响; （b）对预制构件的下料长度和楼面标高会产生较大的影响；
Houston 75层的某商业大
厦，采用剪力墙和钢柱混
合体系，由于钢柱负荷面
积大，其底层钢柱压缩变
平壤市的柳京饭店
105层300m 混凝土结构
第1章 绪不仅具有钢结构自重轻、截面尺寸小、施工进度快、抗震 性能好等特点，同时还兼有混凝土结构刚度大、防火性能好、 造价低的优点； 近年来，这种结构形式逐渐增多，而且发展前景非常好； 定义：钢-混凝土组合结构、钢-混凝土混合结构
与多层建筑相比有哪些的设计特点
4）延性成为结构设计的重要指标
（a）延性表示构件和结构屈服后，具有 承载能力不降低、具有足够塑性变形能力 的一种性能；
（b）延性系数μ ：用来衡量延性的大小；
△y △u
P
fu fy
a
b c
（c）结构的抗震性能取决于其“能量吸收与耗散” 能力的大小，即取决于结构延性的大小；
第1章 绪论
一、概述
高层建筑的定义
4）总结：
（1）多少层数或多少高度以上的建筑为高层建筑，全世界至 今没有一个统一的划分标准，不同的国家、不同的年代，其规定 也不一样； （2）高层建筑的规定与一个国家当时的经济条件、建筑技术、 电梯设备、消防装置等许多因素有关； （3）超高层建筑也没有统一划分标准，一般泛指某个国家和 地区内较高的高层建筑。
混凝土为整体、共同受力，钢骨可以做施工平台，与钢构 件比：用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件比： 重量轻，承载力大，抗震性能好。
第1章 绪论
四、概述
高层建筑国内外发展概况
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，是城市现代化的象征。尽管历史较短，但其发展速度 很快。近30年来，世界各地兴建的高层建筑，其规模之大，数量之 多，技术之先进，形式之多样，外观之新颖，无一不让人惊叹称奇。
第1章 绪论
高层建筑结构设计
安徽工业大学建工学院土木工程系
2014年11月8日
第1章 绪论
高层建筑结构设计
1、学习本门课程的重要性
1) 一门主要专业课之一；
2）与先修课程密切联系； 3）与毕业设计和毕业后从事专业工作密切相关；
4）培养实践能力和创新精神。
2、本门课程的主要内容
1）绪论；2）结构体系和结构布置；3）高层建筑结构荷载； 4）设计要求；
（a）结构顶点的侧移 ut与结构高度 H 的四次方成正比；
（b）结构的侧移与结构的使用功能和安全有着密切的关系； 过大侧移会使人产生不安全感；会使填充墙和主体结构出现裂缝 或损坏，造成电梯轨道变形，影响正常使用；因P-△效应而使结 构产生较大的附加内力；
（c）必须选择可靠的抗侧力结构体系，使结构不仅具有较大 的承载力，而且还应具有较大的侧向刚度。

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（d）为了保证结构具有较好的抗震性能，除承载力、刚度外， 还需要有较好的延性，可通过加强结构抗震概念设计，采取恰当 的抗震构造措施来保证。
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
与多层建筑相比有哪些的设计特点 5）结构材料用量显著增加
（a）对于高层建筑结构，随高度增大，材 料用量增大较多 ； （b）特别是水平荷载对材料用量影响较大； （c）结构方案对材料用量影响很大，水 平力作用下对结构进行优化设计至关重要。
1）国外的高层建筑：
现代高层建筑的形成期
美国的高层建筑 现代高层建筑的发展期 日本的高层建筑
现代高层建筑的繁荣期
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
本节小结
1）高层建筑结构的主要材料：钢、钢筋、混凝土
相应的结构构件（以材料分类）可分为： 钢构件、钢筋混凝土构件、组合构件（包括钢骨混凝土 构件和钢管混凝土构件）。 相应的结构分类（以材料分类）： 钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构（两种或两种以上材
料的构件组成的结构，如钢构件+钢筋混凝土构件等）
（3）日本规定：11层以上或高度超过31m的建筑为高层建筑； （4）法国规定：住宅建筑50m以上，其他建筑28m以上为高层 建筑。
第1章 绪论
一、概述
高层建筑的定义
2）国内：
（1）《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-2005规定 ： ≥10层的居住建筑和建筑高度≥24m的公共建筑为高层建筑； （2）《民用建筑设计通则》GB50352规定： ≥10层的住宅 建筑和建筑高度≥24m的其他民用建筑（不含单层公共建筑） 为高层建筑； （3）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）规 定：≥10层 或 ≥28m的住宅建筑和房屋高度≥24m 的其他高层 民用建筑为高层建筑。（本课程内容的依据）
如筒体结构可使结构用钢量大幅度减小，高 381m的帝国大厦，采用平面框架结构体系，用钢 量为206kg/m2，采用筒体结构，高344m的约翰.汉 考克大厦用钢量仅为146kg/m2，高443m的西尔斯 大厦用钢量仅为161kg/m2。
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
与多层建筑相比有哪些的设计特点
5）框架结构分析与设计；6）剪力墙结构分析与设计；7）框-剪结构分析与
设计；8）筒体结构分析与设计 。
第1章 绪论
3、学习本门课程中可能出现的几个矛盾？
1） 课时少与课程内容较多（抓住内容主线、重点突出） 2） 推导多、公式多（掌握思路、理解推导原理）
4、教学方法和手段
1）传统教学与多媒体教学相结合；
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
本节小结 2）钢结构具有强度高，自重轻（有利于基础），延性好， 变形能力大，有利于抗震，可以工厂预制，现场拼装，交叉
作业。但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。
3）钢筋混凝土是应用最广的建筑材料，绝大部分高层建
筑为钢筋混凝土结构。具有价格低（地方材料），可浇筑 成任何形状，不需要防火，刚度大。但强度低，构件截面 大，占用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如 钢结构。
某剪力墙的计算结果
由表可知，结构层数越高，轴向变形所产生的影响越大。
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
与多层建筑相比有哪些的设计特点
3） 轴向变形的影响在设计中不容忽视
（c）水平荷载产生的结构轴向变形对其内力及侧移的影响；
20层双肢剪力墙内力与侧移计算结果比较
第1章 绪论
二、高层建筑结构的设计特点
大楼历时5年多，耗资600亿。总面积 7万多平方米，共容纳了160多家商店。 (包括地下5层、其中B2到B5为地下停 车场、地上101层，其中有78层是办 公大楼 ，裙楼部分则是购物中心。
第1章 绪论
1998年在马来西亚吉隆 坡建成的彼得罗纳斯大厦 （Petronas Tower），88层， 高452m，为当时世界最高的 建筑。
（1）组合结构：将钢骨放在构件内部、外部，采用外包 或内填混凝土，称为钢骨混凝土或钢管混凝土。（形成组 合构件） （2）混合结构：指由钢构件、钢筋混凝土构件或钢骨混 凝土组合构件一起组成的空间结构。（形成混合结构）
第1章 绪论
三、高层建筑结构的类型
钢-混凝土组合结构或混合结构
办 公 层 平 面 客 房 平 面
第1章 绪论
主要参考文献
一、《高层建筑结构设计》（第二版）钱嫁茹、赵作周、叶列平编著 二、《高层建筑结构设计》（第二版）史庆轩、梁兴文主编