高层建筑结构讲解
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Ch 8 高层建筑结构
• 本章主要内容：
• 1、概述 • 2、高层建筑结构体系 • 3、高层建筑结构布置实例
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8.1 概述
高层建筑结构分析的特殊性：
1、墙柱内轴力的增加和墙柱总高度的增加，构件轴向变形所引起的对结构 内力与位移的影响已不可忽略；同时,由于高层建筑结构中各构件截面高度往 往较大，构件截面剪切变形对结构内力和位移的影响也已不可忽略。
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框架结构的梁、柱布置
框架结构按施工方法的不同，分为全现浇式、半现浇式、装配式和 装配整体式四种。
框架结构按承重方式不同分为全框架结构、内框架结构、底层框架结 构三种。
按楼面竖向荷载传递路线的不同，框架的布置方案有横向框架承重、 纵向框架承重和纵横向框架共同承重等三种。
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框架结构构件截面尺寸
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初估柱截面面积Ac， Ac按下式估算: a ：仅有风载作用或抗震等级为四级时： N＝(1.05～1.1)Nc Ac≥N/fc B：有地震作用，抗震等级为一～三级时： N＝(1.1～1.2)Nc
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侧向位移过大，会导致建筑装修与隔墙的损坏，造成电梯运行困难，使 居住者感觉不良。另一方面．侧向位移过大，竖向荷载将会产生显著的 附加弯矩。使结构内力增大，甚至会引起主体结构的开裂或破坏。
侧移：顶点总位移 层间位移
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8.2 高层建筑结构体系
一、框架结构体系
框架结构体系是以由梁、柱组成的框架作为竖向承重和抗水平作 用的结构体系。
优点：在建筑上能够提供较大的空间，平面布置灵活，因而很适 合于多层 工业厂房以及民用建筑中的 多高层 办公楼 、旅馆、医 院、学校 、商店 和住宅 建筑。
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2、框架柱截面尺寸 框架柱截面常常采用正方形或矩形，有时也采用正多边形、圆形和工字形。柱截面
尺寸应考虑以下要求：
(1)截面高度无hc不宜小于300mm，圆柱截面直径不宜小于350mm； (2)柱净高与截面高度hc之比宜大于4，在有抗震设计要求时不得小于3； (3)矩形柱的截面高度与宽度之比不宜大于3； (4)框架柱截面尺寸估算
1、框架梁截面尺寸 框架梁的截面形状，常采用矩形、T形和花篮形。设计者应根据建筑功能 及结构形式确定梁截面形状。确定框架梁截面尺寸可参考同类房屋已有的 设计资料确定，也可按下列方法估算： 框架梁：Hb=（1/8~1/12）Lo 且Hb≥400mm Hb≤1/4Ln
bb=（1/2~1/3）Hb 且bb ≥200mm 框架连系梁或次梁：
在初步设计时，可根据柱支承的楼面面积计算由竖向荷载产生的轴力Nc，然 后估算柱截面面积AC 初估柱子的轴向力Nc， Nc按下式估算:
Nc=γG•ω•S•NS•β1•β2 式中 γG —分项系数，取为1.25； ω—单位面积重量，取12～14kN／m2； S—柱的楼面负载面积，m2； NS—柱截面以上楼层数；
2、由于建筑物高度的增加．侧向 风荷载或地震作用所产生的结构 内力与位移常常成为结构设计的 控制因素。
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当结构设计较为合理时，例如选 用合理的结构形式，进行合理的 结构布置，采用合理的建筑物高 宽比，则为抵抗水平荷载所需增 加材料用量或土建造价尚可接 受； 而如果结构设计不合理的结构布 置，例如对于高宽比很大的建筑 物，则为保证建筑物在侧向荷载 作用下的强度和刚度，材料用量 或土建造价的增长将使得该建筑 物难以建成。
缺点：框架结构侧向刚度较小，在水平荷载作用下位移大，抗震 性能较差 ，故亦称框架 结构为“柔性结构”。因此这种体系在房屋高 度和地震区使用受到限 制。
框架结构是由梁和柱连接而成的。梁、柱连接处一般为刚性连接， 也可为铰接连接；当为铰接连接时我们通常叫它排架结构。为利于 结构受力合理，框架结构一般要求框架梁宜连通，框架柱在纵横两 个方向应有框架梁连接时由于使用功能或建筑造型上的要求，框架 结构也可作成抽梁、抽柱、内收、外挑、斜梁、斜柱等形式。
β1—考虑角柱的影响系数，抗震等级为一级、二级设计角柱时取1.3，其余情况取 1.0；
β2—由于水平力使轴力增大的系数，非抗震设计、6度及7度抗震设计时取 β2=1.05；8度抗震设计β2=1.1；9度抗震设计：β2=1.2。
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Hb=（1/12~1/18）L0 bb=（1/2~1/3）Hb 且bb≥200mm 框架梁梁宽bb 与梁高Hb 均以50为模数，为了统一模板尺寸便于施工，对 于梁宽bb建议采用 bb=120mm、150mm、180mm、200mm、250mm、 300mm、350mm等尺寸；梁高Hb建议采用 hb=250mm、300mm、 350mm、400mm‥‥‥750mm、800mm、900mm、1000mm等尺寸。 为了降低楼层高度，也为了比较容易实现延性框架要求的强柱弱梁措施， 有时要设计宽度较大的扁梁。这时要根据楼板传来的荷载及跨度情况，保 证该梁的挠度不致过大，以满足刚度要求。一般可取梁高为梁跨度的 1/15～1/18。 在一般荷载作用下，满足上述要求的梁可不进行挠度计算。
• 本章主要内容：
• 1、概述 • 2、高层建筑结构体系 • 3、高层建筑结构布置实例
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8.1 概述
高层建筑结构分析的特殊性：
1、墙柱内轴力的增加和墙柱总高度的增加，构件轴向变形所引起的对结构 内力与位移的影响已不可忽略；同时,由于高层建筑结构中各构件截面高度往 往较大，构件截面剪切变形对结构内力和位移的影响也已不可忽略。
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框架结构的梁、柱布置
框架结构按施工方法的不同，分为全现浇式、半现浇式、装配式和 装配整体式四种。
框架结构按承重方式不同分为全框架结构、内框架结构、底层框架结 构三种。
按楼面竖向荷载传递路线的不同，框架的布置方案有横向框架承重、 纵向框架承重和纵横向框架共同承重等三种。
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框架结构构件截面尺寸
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初估柱截面面积Ac， Ac按下式估算: a ：仅有风载作用或抗震等级为四级时： N＝(1.05～1.1)Nc Ac≥N/fc B：有地震作用，抗震等级为一～三级时： N＝(1.1～1.2)Nc
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侧向位移过大，会导致建筑装修与隔墙的损坏，造成电梯运行困难，使 居住者感觉不良。另一方面．侧向位移过大，竖向荷载将会产生显著的 附加弯矩。使结构内力增大，甚至会引起主体结构的开裂或破坏。
侧移：顶点总位移 层间位移
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8.2 高层建筑结构体系
一、框架结构体系
框架结构体系是以由梁、柱组成的框架作为竖向承重和抗水平作 用的结构体系。
优点：在建筑上能够提供较大的空间，平面布置灵活，因而很适 合于多层 工业厂房以及民用建筑中的 多高层 办公楼 、旅馆、医 院、学校 、商店 和住宅 建筑。
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2、框架柱截面尺寸 框架柱截面常常采用正方形或矩形，有时也采用正多边形、圆形和工字形。柱截面
尺寸应考虑以下要求：
(1)截面高度无hc不宜小于300mm，圆柱截面直径不宜小于350mm； (2)柱净高与截面高度hc之比宜大于4，在有抗震设计要求时不得小于3； (3)矩形柱的截面高度与宽度之比不宜大于3； (4)框架柱截面尺寸估算
1、框架梁截面尺寸 框架梁的截面形状，常采用矩形、T形和花篮形。设计者应根据建筑功能 及结构形式确定梁截面形状。确定框架梁截面尺寸可参考同类房屋已有的 设计资料确定，也可按下列方法估算： 框架梁：Hb=（1/8~1/12）Lo 且Hb≥400mm Hb≤1/4Ln
bb=（1/2~1/3）Hb 且bb ≥200mm 框架连系梁或次梁：
在初步设计时，可根据柱支承的楼面面积计算由竖向荷载产生的轴力Nc，然 后估算柱截面面积AC 初估柱子的轴向力Nc， Nc按下式估算:
Nc=γG•ω•S•NS•β1•β2 式中 γG —分项系数，取为1.25； ω—单位面积重量，取12～14kN／m2； S—柱的楼面负载面积，m2； NS—柱截面以上楼层数；
2、由于建筑物高度的增加．侧向 风荷载或地震作用所产生的结构 内力与位移常常成为结构设计的 控制因素。
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当结构设计较为合理时，例如选 用合理的结构形式，进行合理的 结构布置，采用合理的建筑物高 宽比，则为抵抗水平荷载所需增 加材料用量或土建造价尚可接 受； 而如果结构设计不合理的结构布 置，例如对于高宽比很大的建筑 物，则为保证建筑物在侧向荷载 作用下的强度和刚度，材料用量 或土建造价的增长将使得该建筑 物难以建成。
缺点：框架结构侧向刚度较小，在水平荷载作用下位移大，抗震 性能较差 ，故亦称框架 结构为“柔性结构”。因此这种体系在房屋高 度和地震区使用受到限 制。
框架结构是由梁和柱连接而成的。梁、柱连接处一般为刚性连接， 也可为铰接连接；当为铰接连接时我们通常叫它排架结构。为利于 结构受力合理，框架结构一般要求框架梁宜连通，框架柱在纵横两 个方向应有框架梁连接时由于使用功能或建筑造型上的要求，框架 结构也可作成抽梁、抽柱、内收、外挑、斜梁、斜柱等形式。
β1—考虑角柱的影响系数，抗震等级为一级、二级设计角柱时取1.3，其余情况取 1.0；
β2—由于水平力使轴力增大的系数，非抗震设计、6度及7度抗震设计时取 β2=1.05；8度抗震设计β2=1.1；9度抗震设计：β2=1.2。
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Hb=（1/12~1/18）L0 bb=（1/2~1/3）Hb 且bb≥200mm 框架梁梁宽bb 与梁高Hb 均以50为模数，为了统一模板尺寸便于施工，对 于梁宽bb建议采用 bb=120mm、150mm、180mm、200mm、250mm、 300mm、350mm等尺寸；梁高Hb建议采用 hb=250mm、300mm、 350mm、400mm‥‥‥750mm、800mm、900mm、1000mm等尺寸。 为了降低楼层高度，也为了比较容易实现延性框架要求的强柱弱梁措施， 有时要设计宽度较大的扁梁。这时要根据楼板传来的荷载及跨度情况，保 证该梁的挠度不致过大，以满足刚度要求。一般可取梁高为梁跨度的 1/15～1/18。 在一般荷载作用下，满足上述要求的梁可不进行挠度计算。