高层建筑结构概念设计

创造优良体形 1．上下如一型 尽量采用集中、均衡、对称的平面， 2．上小下大型 高层建筑随着高度的增加在符合竖向结 构的要求下，楼身向上不断收进与变细， 这样可减轻承受的风力，降低楼体的重心， 加强结构的稳定性。
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高层建筑由于其高度因素，结 构受力十分复杂，除了来自本 身极大的自重和使用荷载外， 还有来自水平方向的风荷载和 地震力，后者往往成为控制高 层建筑结构设计的主要因素。
建筑的结构并不是孤立存在的， 它是与建筑的其余部分紧密相 连的。结构既要把建筑空间及 其实体支撑起来，又要把作用 于建筑物上的一切荷载传递到 地基上去。
混凝土结构体系
框架（Rigid Frame） 框架（Rigid Frame） 剪力墙（Shear Wall） 剪力墙（Shear Wall） 框架剪力墙（Frame框架剪力墙（Frame-Shear Wall） Wall） 框筒（Framed Tube） 框筒（Framed Tube） 筒中筒（Tube Tube） 筒中筒（Tube in Tube） 成束筒（Bundled Tube） 成束筒（Bundled Tube） 内填支撑筒（Tilled 内填支撑筒（Tilled Brace Tube） Tube） 巨型柱－核心墙（Huge Column-Core Wall） 巨型柱－核心墙（Huge ColumnWall）
由于厚板对材料的消耗特别多， 板的厚度有时达到3m，重量很 板的厚度有时达到3m，重量很 大，使该层刚度为无限大，而 厚板下部的刚度相对较小，容 易产生底部变形集中和震害， 因此在地震区要慎用。 因此在地震区要慎用。
2.为建筑提供大的入口； 2.为建筑提供大的入口； 为建筑提供大的入口
为使底层建筑形式与高大楼房 立面相匹配，就必须通过转换 层来扩大底层的柱距，以形成 较大的出入口和开敞的立面效 较大的出入口和开敞的立面效 果。
悬挂结构： 悬挂结构：是由一个或几个承重简 体，在顶部及中部分段设置一些桁 架，并从桁架上引出若干吊杆与下 面各层楼面结构相连而成。这种结 构不仅可以在底层形成大空间，而 构不仅可以在底层形成大空间，而 且在高楼上部某些层间也可形成大 空间。
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横剖面和巨型立柱、伸臂桁架做法
建筑内部
高层建筑的抗侧力结构刚度， 应注意曲基础向顶层逐渐过渡， 要尽量避免出现在竖向上刚度 发生突变的现象，以免由于刚 度的较大突变而削弱其抵抗水 平荷载的能力。
竖 向 布 置 变 化
框架和墙的相互作用
高层建筑必须有相应的锚固深度， 一般要求埋深为建筑总高度的 1／12～1／14，高度越高，埋深越 12～ 14，高度越高，埋深越 大，可结合布置设备用房和地下停 车库的需要，作成一层或多层地下 空间，这对降低高层建筑的重心有 利，可提高建筑的抗震能力。 利，可提高建筑的抗震能力。
高层建筑结构概念设计
名称和定义
定义（结构特性）
就结构特性而论，高层建筑可以定义为必须着 就结构特性而论，高层建筑可以定义为必须着 重考虑侧向荷载和重力荷载组合影响的建筑物。 重考虑侧向荷载和重力荷载组合影响的建筑物。 设计高层建筑时，它的结构除在上述荷载组合 下的强度、刚度和稳定性应该予以确保外，还 必须控制由风荷载（或地震水平作用）所产生 的侧向位移，防止由此而产生的结构的和非结 构性材料的破坏；控制由风荷载造成顶部楼层 的加速度反应，以便使得用户对摆动的感受和 不舒适感降到最低程度。
因此，我们在作建筑方案之前， 因此，我们在作建筑方案之前，头 脑里应形成这样一个总的概念 总的概念： 脑里应形成这样一个总的概念：即 要选择的传力体系和方式， 要选择的传力体系和方式，对建筑 使用功能、内部空间、 的使用功能、内部空间、外观造型 会带来什么样的影响， 会带来什么样的影响，现阶段这种 结构方案会在各方面如设计、 结构方案会在各方面如设计、施工 上遇到什么困难，总体的经济性如 上遇到什么困难，总体的经济性如 何等，所有这些， 何等，所有这些，建筑师都应该首 先充分认识到， 先充分认识到，从而为业主提供出 最佳的决策方案。 最佳的决策方案。
拱式转换式 拱可经济、有效地 承受重力或跨越空间，并且形 式生动、优美。拱式可改进梁 式的承载力不足，开口不够大 及传力路径过长等弊病，但上 下结构的协调问题比较突山。
间接拱转换式 这种是将拱的力 学传达原理扩大，转化为由数 个楼层以开口部的尺寸渐变的 方式进行，这不但可达到扩大 底层柱距的目的，而且增强了 立面的趣味性。
巨型框架转换层：这种结构底 巨型框架转换层：这种结构底 部楼层设置少数截面尺寸非常 大的巨型框架柱，与截面尺寸 也很大的转换梁组成巨型框架， 承受上部传来的全部荷载。
箱形转换层：是通过一整层来 箱形转换层：是通过一整层来 实现上下不同结构形式的转换
厚板转换层：当上部结构与下部柱 厚板转换层：当上部结构与下部柱 网轴线错开较多，难以布置转换梁 和桁架时，可以做成板，形成板式 承台转换层。厚板下部的柱网可视 需要灵活布置，无须与上部结构轴 线对齐。这种形式的转换层，特别 线对齐。这种形式的转换层，特别 适用于体型较复杂的商住楼。 适用于体型较复杂的商住楼。
悬挑结构：体型独特，外观新颖， 悬挑结构：体型独特，外观新颖， 在建筑艺术上有特色，其特点是围 绕核心筒在各个方向作出悬挑，由 核心筒在各个方向作出悬挑，由 核心承受所有的荷载，围绕核心筒 可以创造出没有任何垂直支撑的平 可以创造出没有任何垂直支撑的平 面形式，这使得室内空间的使用更 加方便、灵活。
合柱转换式 将细柱直接收束为 粗柱，其传力过程直接显露于 立面，极具创意的和谐构成， 但开口尺度有一定限制。
3．楼房立面中部透空的结构 转换 为了改善高层建筑内部的生 工作条件， 活、工作条件，使之接近自然 环境， 环境，可在高楼立面中段的某 些部位留出大空间或开设贯穿 房屋全宽的透空大洞。 房屋全宽的透空大洞。
剖面构思与高层建筑的形式是 剖面构思与高层建筑的形式是 紧密相连的，而高层建筑的形 式与结构体系又是相互制约的， 建筑形式的艺术性，必须与结 构体系的合理性统一协调，才 能充分发挥结构的有效性。
应注意控制建筑的高宽比。 我国的“高层规程” 我国的“高层规程”对高层建 筑结构的高宽比均有明确规定。
钢结构类型
钢筋混凝土结构类型
从结构受力角度来讲，高层 建筑的平面形式最好是简单、 规整的。
建 筑 物 的 平 面 形 式
高层建筑在水平荷载作用下，结 高层建筑在水平荷载作用下，结 构产生相对侧移，其中整体弯曲变 形占主导地位，结构整体弯曲变形 所引起的侧移，与结构体系抵抗倾 覆力矩的有效宽度的三次方成反比 覆力矩的有效宽度的三次方成反比 例关系。因此，在平面上加大建筑 例关系。因此，在平面上加大建筑 的有效宽度，就能在很大程度上减 的有效宽度，就能在很大程度上减 少结构的相对侧移。
桁架转换层：当底部大空间楼层柱距 桁架转换层：当底部大空间楼层柱距 较大时，如用梁式转换，则梁高常达 到楼层的高度，而转换大梁的工作特 性，决定了它不能开大的孔洞，因而 使转换层空间无法利用。采用桁架式 转换层，可以方便地设置通道和门窗， 转换层，可以方便地设置通道和门窗， 使转换层空间可得以利用。
转换层在建筑功能上的作用主要 有三点。 有三点。 1.提供大的室内空间； 1.提供大的室内空间 提供大的室内空间； 2.为建筑提供大的入口； 2.为建筑提供大的入口 为建筑提供大的入口； 3.在高楼中部提供空透大空间。 3.在高楼中部提供空透大空间 在高楼中部提供空透大空间。
1.提供大的室内空间 1.提供大的室内空间 梁式转换层：受力明确， 梁式转换层：受力明确，设计和施 工简单。适用于上层剪力墙转换为 工简单。适用于上层剪力墙转换为 下层框架； 下层框架；上层小柱网转换为下层 大柱网，但结构轴线未错位， 大柱网，但结构轴线未错位，且一 层柱网跨度不是很大； 层柱网跨度不是很大；上下层柱网 仅沿一个方向出现错位等情况
框架（Rigid Frame） 框架（Rigid Frame） 框架剪力桁架（Frame框架剪力桁架（Frame-Shear Truss） Truss） 框筒（Framed Tube） 框筒（Framed Tube） 对角支撑筒体（Diagonally 对角支撑筒体（Diagonally Braced Tube） Tube） 成束筒（Bundled Tube） 成束筒（Bundled Tube） 空间桁架（Space Truss） 空间桁架（Space Truss） 内部对角支撑桁架（Interior 内部对角支撑桁架（Interior Diagonally Braced Trusses） Trusses）
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大梁转换式 在楼板位置以一根 粗梁承载上部细柱荷载，转而 由数量较少的粗柱传到基础， 因而获得较开敞的地面入口， 为最常用的转换层形式。
墙梁转换式 如在更高的楼层或 要制造更大的开口，可将大梁 扩展为一层或两层的墙梁，这 种方式比大梁式更厚实、笨重， 但入门空间更通畅、开放。
桁架转换式 如果要避免墙梁转 换式不能采光的缺点，根据上 换式不能采光的缺点，根据上 部的传力情况，用合理的桁架 转换它，可得到良好的采光效 果，并且显得更轻快。
结构构思就是要有效地选择结构体系， 结构构思就是要有效地选择结构体系， 与高层建筑物的使用要求相互协调。 因此首先应对使用空间的性质加以分 因此首先应对使用空间的性质加以分 析：如空间的大小、形状、各部分的 组成关系，以及一些由于使用需要而 提出的特殊空间要求等，然后再从平 面形式、剖面形式两个方面综合进行 协调，使各空间的要求与其所对应的 平、剖面形式相吻合。
高层建筑对内部空间的要 求，因其使用性质和功能 不同，建筑平面布置也就 随之变化。
小空间于面布置方案仅适用于 住宅及旅馆；办公室要求大小 空间兼有；餐厅、商场、展览 厅等，则要求有能灵活分隔的 大空间；舞厅、宴会厅和报告 厅等，又要求内部无柱的大空 间。
巨型结构：是由若干个巨柱( 巨型结构：是由若干个巨柱(通常由楼 电梯并或大截面实体柱组成) 电梯并或大截面实体柱组成)，以及巨 梁组成第一级巨型框架，承受主要的 水平力和竖向荷载，其余的楼面梁柱 组成第二级结构，将荷载传递到第一 级结构上去。二级结构的梁、柱截面 可以做得很小，这就增加了平面布置 的灵活性和有效使用面积。
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应县木塔
由于使用上的要求造成刚度变 化特别大，或结构布置发生变 化时，则必须设置结构转换层。 化时，则必须设置结构转换层。
合理设置结构转换层 1.现代高层建筑向着多功能 、 综合 现代高层建筑向着多功能、 用途发展。 用途发展。 2. 不同功能用途的楼层对结构形式 提出了不同的要求。 提出了不同的要求。 3.结构的合理性与建筑功能需要正 好相反
高层结构发展
钢框架＋砖墙 <高 度 增 加 ， 风 力 加 大 >
重力（框架） 两种传力系统 风力（有斜撑竖向桁架） <20世 纪 初 ， 奠 定 混 凝 土 强 度 理 论 > 混凝土框架、 混凝土剪力墙 <SOM， Khan提 出 > 筒体、筒体＋撑 系桁架，成束筒
主要结构体系和受力特征
钢结构体系