高层建筑结构

1.高层建筑结构的定义:我国《高规》：10层及10层以上的住宅建筑和高层建筑特点,高度超过28m的公共建筑和综合性建筑划称为高层建筑。

特点：1获得更多建筑面积，部分解决城市用地紧张和地价高涨问题；城市地标、景观；热岛效应、光污染。2节约城市土地，提供更多空闲地面。3缩小城市平面规模。4竖向交通完全靠电梯，成本高昂；防火难度较高。5风荷载、地震荷载分析复杂，设计难度比中低层建筑大。总结：利大于弊。

2.高层建筑结构发展趋势

1、新材料的开发和应用；

2、高层建筑的高度将出现突破；

3、组合结构高层建筑将增多；

4、新型结构形式应用将增多；

5、耗能减震技术的应用将得到发展

3框架结构体系:房屋结构均由梁、柱构件通过节点连接而构成。

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，形成框架结构的整体剪切变形Us；2）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形形成框架结构的整体弯曲变形Ub； 3）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。注：框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。1）优点：建筑平面布置灵活，能获得大空间，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。

4.剪力墙结构体系:房屋竖向承重结构全部由剪力墙组成。

受力变形特点在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱；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，高宽比较大的剪力墙侧向变形呈弯曲型。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。

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。

5.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）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倒塌。

6.短肢剪力墙结构这种结构体系一般是在电梯、楼梯部位布置剪力墙形成筒体，其他部位则根据需要，在纵横墙交接处设置截面高度为２ｍ左右的Ｔ、十、Ｌ形截面短肢剪力墙，墙肢之间在楼面处用梁连接，并用轻质材料填充，形成使用功能及受力均较合理的短肢剪力墙结构体系。（在小高层中应用很广）

7.框架-剪力墙结构体系

定义：为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特点，当建筑物需要有较大空间，且高度超过了框架结构的合理高度时，采用框架和剪力墙共同工作的结构体系。受力变形特点：①框架一剪力墙结构:中等刚度，框架和剪力墙是通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起，使它们的水平位移协调一致，不能各自变形，变形为反S形或弯剪型。

②层间位移最大值发生在((0.4-0.8) H范围内。③在水平力作用下，框架上下各层剪力取用值比较接近。④具有多道抗震防线，是一种抗震性能良好的结构体系。

优点：兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于 10～20 层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。

框架-剪力墙结构中剪力墙的数量和布置1）剪力墙的数量：不宜过多，以满足位移限值为

宜。 2）剪力墙的布置：不宜过长；不宜少于3道，最好作成筒体；对称布置；在纵横向数量接近；应贯通全高，上下刚度连贯而均匀。

8.筒体结构体系:是指由一个或几个筒体作为竖向承重结构的高层建筑结构体系

受力变形特点：筒体最主要的受力特点是它的空间性能，在水平荷载作用下，筒体可视为下端固定、顶端自由的悬臂构件。注：1）空间性能：按材料力学计算其应力分布特点。

2）剪力滞后现象：对于框筒结构，在翼缘框架中，远离腹板框架的各柱轴力愈来愈小；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。

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。

5）如何减少剪力滞后：（1）要求设计密柱深梁；（2）建筑平面应接近方形；（3）结构高宽比宜大于3，高度不小于60m；（4）楼板的整体性好。

优缺点：筒体结构具有很大的侧向刚度及水平承载力，并具有很好的抗扭刚度。

9.框架-核心筒结构体系

1、定义：由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层建筑结构。

2、受力变形特点：筒体主要承担水平荷载，框架主要承担竖向荷载。结构兼有框架结构与筒体结构两者的优，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力，其受力和变形特点与框架-剪力墙结构类似。

10.组合结构特点和优点

优点：1.受力合理，材料充分利用； 2，稳定性好，抗风抗震性能好；3.综合经济效益好;4，钢筋混凝土的外壳可作保护层，增强型钢保护能力 ;5，施工方便，建造速度快

11.抗震设防结构布置原则

(1)选择有利的场地，避开不利的场地，采取措施保证地基的稳定性。(2)保证地基基础的承载力、刚度，以及足够的抗滑移、抗倾覆能力，使整个高层建筑形成稳定的结构体系，防止在外荷载作用下产生过大的不均匀沉降、倾覆和局部开裂等。(3)合理设置防震缝。(4)应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。(5)多道抗震设防能力，避免因局部结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力。(6)合理选择结构体系。(7)结构应有足够的刚度，且具有均匀的刚度分布控制结构顶点总位移和层间位移。避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。(8)结构应有足够的结构承载力，具有较均匀的刚度和承载力分布。(9)节点的承载力应大于构件的承载力。(10)结构应有足够的变形能力及耗能能力，应防止构件脆性破坏，保证构件有足够的延性。(11)突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承受鞭梢效应影响。(12)减轻结构自重，最大限度降低地震的作用，积极采用轻质高强材料。(13)应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失承载能力。

12.结构平面不规则的类型：扭转不规则，凹凸不规则，楼板局部不连续。

13.竖向不规则类型:侧向刚度不规则，竖向抗侧力构件不连续，楼层承载力突变。

14.结构平面布置原则:

1.高层建筑结构平面形状宜简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面形状平面。

2.为了保证楼板平面内刚度较大，使楼板平面内不产生大的振动变形，建筑平面的长宽比不宜过大。

3.楼板开大洞削弱后，宜采取以下构造措施予以加强：

(1)加厚洞口附近楼板，提高楼板的配筋率；采用双层双向配筋，或加配斜向钢筋；(2)洞口边缘设置边梁、暗梁；(3)在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋。

15.结构竖向布置原则：使体型规则均匀，避免有较大的外排和内收，结构的承载力和刚度宜自下而上，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。