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1、 题 目：浅谈高层建筑结构体系的发展和应用 内容摘要随着科学技术、结构设计理论，高强材料的迅速发展，为建筑师们提供了丰富的想象空间，同时也为新颖结构体系的出现创造了条件本文主要介绍近年来应用越来越多的几种新型建筑结构体系：框架结构、剪力墙结构、巨型结构等。关键词：高层建筑；结构体系；框架结构；剪力墙结构目 录内容摘要I引 言11 绪论21.1 高层建筑发展情况21.2 高层建筑结构体系的发展和应用情况32 高层建筑中常用结构体系及特点62.1 框架结构62.1.1 特点62.1.2 应用实例72.2 剪力墙结构72.2.1 特点82.2.2 应用实例82.3 框架-剪力墙结构92.3.1 特点
2、92.3.2 应用实例112.4 筒体结构112.4.1 特点112.4.2 应用实例132.5 巨型结构142.5.1 特点142.5.2 应用实例153 高层建筑结构的设计特点163.1 水平荷载成为设计的决定性因素163.2 侧移成为设计的控制指标163.3 轴向变形的影响在设计中不容忽视173.4 延性成为结构设计的重要指标173.5 动力效应大173.6 扭转效应大173.7 结构的稳定和抗倾覆173.8 温差过大产生的温度应力及变形大184 高层建筑结构设计时选定结构体系需要注意的问题194.1 结构的平面形状及立面型式194.2 结构刚度194.3 高宽比限制194.4 侧向位移
3、限制20附 录24引 言 近年来随着世界人口的增加，住房紧张的问题越来越严重，传统意义的住房已满足不了人们的需求。在这种情况下，高层建筑因运而生。所以高层建筑是社会生产的需要和人类生活需求的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。而科学技术的发展，高强轻质材料的出现以及机械化、电气化在建筑中的实现等，为高层建筑的发展提供了技术条件和物质基础。虽然高层现在也有很多缺点，但是随着科技的发展和技术的进步，高层建筑的缺点会逐步改正并成为未来大多人们的居住房。1 绪论1.1 高层建筑发展情况 19世纪末，随着科学技术的发展，钢筋混领土结构、钢结构在土木工程领域中代替传统的砖、石、木结构得到了推广和
4、应用，建筑高度的增加、层数的增多、跨度的增大，现代意义上的高层建筑开始出现。回顾高层建筑的发展历史，我们可以看到其中代表建筑是美国1931年建成的纽约帝国大厦（高381m，102层）、1972年建成的纽约世界贸易中心的姊妹楼（417m和415m，100层，“9.11”事件中被毁）和1974年建成的芝加哥西尔斯大厦（441.9m，110层），前苏联和波兰与1953年和1955年分别渐层的莫斯科国立大学（239m，26层）和华沙科学文化宫（231m，42层），1978年澳大利亚悉尼建成的MLC中心（229m65层）。1985年以来，亚洲的日本、韩国、马来西亚、朝鲜及中国等国家迅速发展了高层及超高层
5、建筑，其中有1996年建成的深圳的帝王大厦（高325m，69层）、广州中信广场（321.9，80层），1998年建成的吉隆坡石油大厦（400m，88层）上海金茂大厦（395m，69层）。将世界上最高的100幢高层建筑的建筑年代和在世界上各地的分布表作统计表（表1），则可看出：随着时间推移20实际中，北美洲在前100幢高层建筑中所占的数量由多变少，而亚洲则从无到有，有少变多。并由此推论在21实际中亚洲将成为世界建造高层及超高层建筑的中心。世界高的100幢高层建筑的建筑年代及分布表建成年代北美洲亚洲欧洲大洋洲合计1931197928213119801989197127199019981622314
6、2 合计632953100将较熟悉的世界上10幢最高的建筑物数据加以列表，（见表2）世界10幢最高的建筑物数据表序号名 称城市建成年代层数高度材料用途1西尔斯大厦芝加哥1974110441.9M办公2石油大厦吉隆坡199888400.0S多功能3金茂大厦上海199888395.0M多功能4帝国大厦纽约1931102381.0S办公5T&C大厦高雄199785374.5M多功能6标准石油公司大厦芝加哥197383346.0S办公7约翰汉考克中心芝加哥1969100343.5S多功能8地王大厦深圳199669325.0M办公9中信广场广州199680321.9C办公10芝加哥湖滨酒店迪拜20005
7、5311.0M办公(MSRC组合材料，S钢结构，C混凝土结构)则会看到在这10幢建筑中，美国占4幢建于19311974年，且均为钢结构建筑;亚洲占6幢（其中中国四幢）建于19962000年。进一步亚洲已经成为世界建筑高层及超高层建筑的中心。而且这6幢超高层建筑有5幢采用了SRC组合结构，说明SRC组合结构在超高层中的运用，以达到相当的广度和深度，并逐步成为超高层叫做建造中首选类型。1.2 高层建筑结构体系的发展和应用情况 随着工业化、商业化、城市化的进程，城市人口剧增，造成城市生产和生活用房紧张，地价昂贵，迫使建筑物向高空发展，由多层发展为高层。19 世纪末期，开始出现了现代形式的钢框架和钢筋
8、混凝土框架结构的高层建筑。1898 年修建的secodRandMeNa119 层大楼（美国，芝加哥），是世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，为世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，为1903 年修建的位于美国Cincinnati 的InallaBuildin和法国巴黎Franklin 公寓。所以，现代形式的高层建筑，只有117 年的历史。到了20 世纪50 年代以后，由于轻质高强材料研制成功，抗风、抗震结构体系的发展，新的设计计算理论的创立，电子计算机在设计中的应用，以及新的施工技术和机械不断涌现，为大规
9、模地、较经济地建造高层建筑提供了充分的条件，使高层建筑得到迅速发展。在钢筋混凝土结构方面，其结构体系的发展历程也类似于钢结构的结构体系，由最初的框架结构（1903 年，glnallsBuildin ） 逐渐发展出框架剪力墙结构或框架简体结构和巨型结构等结构体系，使得混凝土结构的建造高度越来越高。钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好等优点，钢结构的构件可在工厂加工和制作，施工速度快，工期短。钢是建造高层建筑结构比较理想的材料，但是全钢结构用钢量大，造价高，耐火性能差，需用昂贵的防火涂料。而钢筋混凝土结构具有节省钢材、造价低、材料来源丰富、可模性好等优点，且承载力也不低，经过合理设计也可获得较好的
10、抗震性能。因此，只有在发达国家，大多数的高层建筑才采用钢结构形式，而在发展中国家，绝大部分的高层建筑采用钢筋混凝土材料建造，且由于高性能混凝土的发展和施工技术的进步，钢筋混凝土结构仍是今后高层建筑的主要结构形式。特别是近年来，由于钢筋混凝土结构的优点，发达国家采用钢筋混凝土材料建造的高层建筑的数量也在日益增多。当然，钢筋混凝土结构的构件断面尺寸大，减少了建筑使用面积；自重大，致使基础造价增高，抗震性能也不如钢结构。因此为充分发挥钢材和混凝土这两种材料的特点，更为合理的结构形式是同时采用钢和钢筋混凝土材料的混合结构或组合结构。该结构形式经合理设计，可取得经济合理、技术性能优良的效果，近年来已成为
11、研究的热点和发展的方向。 高层建筑的发展，充分显示了科学技术的力量，使建筑师从过去强调艺术效果转向重视建筑特有功能与技术因素。未来的高层建筑将朝着技术功能先进和艺术完美相结合的方向发展。1 新材料、超强材料的开发和应用 在高层建筑结构的技术问题中，首先要解决的是材料问题。现在混凝土的强度等级已经达到100 以上。高强度和良好韧性的混凝土有利于减小结构构件的尺寸，减轻结构的自重，改善结构抗震性能。同时，为了达到轻质高强的目的，必须在高层建筑结构中，发展轻骨料混凝土、轻混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、侧限（约束）混凝土和预应力混凝土。高性能混凝土的开发和应用，将继续受到人们的重视，也必将给高层建
12、筑结构带来重大和深远的影响。从强度和塑性方面考虑，钢是高层建筑结构的理想材料，增进或改善钢材的强度、塑性和可焊性性能的工作人们从未停止过。特别是对新型耐火耐候钢的研发，具有重要意义，可使钢材减小或抛弃对防火材料的依赖，提高建筑用钢的竞争力。复合材料用于制作高层建筑部分构件正在开发和实践中。2 混合结构在高层建筑结构中广泛应用 如前所述，经合理设计的混合结构可取得经济合理、技术性能（如抗震性能）优良的效果，且易满足高层建筑的侧向刚度的需求，可建造比钢筋混凝土结构更高的建筑，因此在较高的建筑中，混合结构往往仍是合理、可行的结构方案，今后建造混合结构的比率将会越来越大。3 新的设计概念、新的结构形式
13、的应用 现代建筑功能趋于多样性，建筑的体形和结构体系趋向复杂多变，趋向立体化，应运而生新的设计概念和结构技术的深化，采用新的结构体系，如巨型结构体系，蒙皮结构，带加强层的结构，建筑立面设置大洞口以减小风力，采用结构控制技术设置抗震机构等。4 高层建筑结构的高度出现新的突破进入20 世纪90 年代后，高层建筑迅猛发展，在数量、质量及高度上都有了大飞跃，高层建筑中的科技含量越来越高。2 高层建筑中常用结构体系及特点高层建筑发展到今天，其结构体系形式繁多，划分标准也多种多样。高层建筑结构体系的分类标准通常依据其竖向承重单体和抗侧力单元的类型来划分，通常分为以下几种类型。2.1 框架结构框架结构是由梁
14、、柱等线型构件通过节点连接在一起构成的结构，其基本的竖向承重单体和抗侧力单元为梁、柱通过节点连接形成的框架。框架结构最理想的施工材料是钢筋混凝土，这是因为钢筋混凝土节点具有天然的刚性。框架结构体系也可以用于钢结构建筑中，但钢筋结构的抗弯节点处理费用相对较高。钢筋混凝土框架结构按施工方法的不同，可以分为以下四种。（1）梁、板、柱全部现场浇注的现浇框架。（2）楼板预制，梁、柱现场浇注的现浇框架。（3）梁、板预制，柱现场浇注的半装配式框架。（4）梁、板、柱全部预制的全装配式框架。2.1.1 特点 1、框架结构的位移特点在水平荷载的作用下，框架结构将产生较大的侧向位移，侧移一般由以下两部分组成：（1）
15、由水平力所引起的倾覆力矩，使得框架结构产生的整体弯曲变形，即柱子的轴向拉伸和压缩所引起的侧移；（2）由水平力所引起的楼层剪力，使得框架结构产生剪切变形，即框架整体受剪，层间梁、柱杆件发生弯曲而引起的水平位移。框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。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。2、框架结构的优点框架结构内部比较空旷而且建筑平面布置灵活，可以做成具有较大空间的会议室、餐厅、办公室、实验室等，同时便于门窗的灵活布置，立面也可以处理得富于变化，可以满足各种不同用途的建筑的需求。3、框架结构的缺点框架结构的构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震
16、作用下结构的整体位移和层间位移都比较大，这对结构构件以及非结构构件都是不利的，容易加重震害。框架结构的节点内力集中，受力非常复杂，是结构抗震设计的关键部位。另外，由于框架结构的受力特性和抗震性能的限制，使得他的适用高度受到限制，一般不宜超过60m。2.1.2 应用实例 宜兴城东新区最近出现两个巨大的弧形拱塔，有十八层楼那么高。宜兴建设局办公室证实，这是宜兴迄今为止投资最大的桥梁工程的主体骨架，宜兴首座钢结构斜拉桥荆邑大桥主体工程日前完工。这两个巨大的弧形拱塔位于宜兴体育中心穹顶建筑群的附近，两个拱塔相互倾斜，形成了一个巨大的X形，远看起来具有鲜明的现代感。荆邑大桥工程于08年6月中旬动工，总投
17、资1.78亿元。桥梁全长544.5米，跨越城南河、大溪河及溪隐小岛。两个巨大的钢结构弧形拱塔构成了桥梁的主体部分，主拱塔高73.6米，相当于18层楼的高度，副拱塔高61.7米，相当于15层楼的高度。荆邑大桥是宜兴目前已知的造价最高、桥面最宽的桥梁，也是国内第一座采用X形结构布置的斜拉桥。2.2 剪力墙结构由墙体承受全部水平作用和竖向荷载的结构体系成为剪力墙结构体系。一般情况下，剪力墙结构均做成落地形式，但是由于建筑功能及其他方面的要求，部分剪力墙可能不能落地，如下图2.1所示，即为此类部分框支剪力墙结构。图2.1 部分框支剪力墙结构立面布置示意图剪力墙结构按照施工方法的不同，可以分为以下三种：
18、（1）剪力墙全部现浇的结构；（2）全部用预制墙板装配而成的剪力墙结构；（3）部分现浇、部分为预制装配的剪力墙结构。2.2.1 特点 1、剪力墙结构的侧向位移特点在承受水平力作用时，剪力墙相当于一根悬臂深梁，其水平位移由弯曲变形和剪切变形两部分组成，在高层建筑结构中，框架柱的变形以剪切变形为主，剪力墙的变形以弯曲变形为主，其位移曲线呈弯曲性，特点是结构层间位移随楼层的增高而增加。2、剪力墙结构的优点相比框架结构来说，剪力墙结构的抗侧刚度大，整体性好，结构顶点水平位移和层间位移通常较小，经过恰当设计的剪力墙结构具有良好的抗震性能，结构的用钢量也较省。3、剪力墙结构的缺点由于剪力墙结构中采用了一定数
19、量的墙体用以承担全部水平作用和竖向荷载，因此结构的平面布置相对不灵活，结构自重较大。2.2.2 应用实例 南昌铭雅欧洲城位于南昌市日趋繁荣的新区红谷滩内，距离市政府仅2.5公里。整个项目占地5400亩，项目完工后将有350，000多平方米的欧洲式公寓和别墅。全部采用剪力墙结构，抗震指标符合国家规范标准。2.3 框架-剪力墙结构框架剪力墙结构体系是把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系，竖向荷载由框架和剪力墙等竖向承重单体共同承担，水平荷载则主要由剪力墙这一具有较大刚度的抗侧力单元来承担。2.3.1 特点 1、框架-剪力墙结构的侧向位移框架-剪力墙结构很好的综合了框架的剪切变形和剪力
20、墙的弯曲变形的受力性能，它们的协同工作使各层层间变形趋于均匀，改善了纯框架或者纯剪力墙结构中上部和下部楼层层间变形相差较大的缺点。总体说来，框架-剪力墙结构呈现弯-剪型变形：（1）下部楼层：剪力墙位移较小，框架位移较大，剪力墙拉着框架，弯曲型变形。（2）上部楼层：剪力墙位移较大，框架位移较小，框架拉着剪力墙，剪切型变形。2、框架-剪力墙结构的优点框架-剪力墙结构体系综合了框架和剪力墙结构的优点，并在一定程度上规避了两者的缺点，达到了扬长避短的目的，使得建筑功能要求和结构设计协调得比较好。它既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点，又具有较大的刚度和较好的抗震能力。因此，在高层建筑用应用非常广
21、泛，它与框架结构、剪力墙结构一起构成了目前最常用的三大常规结构。3、框架-剪力墙结构布置要点框架剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系。关键应该注意剪力墙的数量和位置。如果剪力墙布置数量多，则结构的抗侧刚度大，侧向变形小，布置难度大；如果剪力墙布置的数量少，则结构的抗侧刚度小，侧向变形大，对框架的抗震要求高。因此在进行框架剪力墙结构设计时，对于剪力墙的布置，应注意以下一些要求：（1）抗震设计时使各主轴方向侧向刚度接近；（2）对称布置；（3）贯穿建筑全高；（4）布在周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化处、竖向荷载变化处；（5）平面形状凸凹较大时在突出部位的端部设置；（6）形成翼墙；（7）布置3片以上
22、；（8）间距不宜过大；（9）不宜布置在长框架的两端。2.3.2 应用实例 非盟会议中心座落于埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴市，总建筑面积48400平方米。该工程由办公楼和会议厅两部分组成，办公楼共20层，高90米，采用框架剪力墙结构，有少量劲性钢骨柱。钢结构主要分布在会议厅，会议厅又分中庭部分和大会议厅部分，其中中庭部分屋顶为框架结构，主要构件为H型钢梁以及钢梁之间的圆管支撑；大会议厅部分由侧向钢结构系统和屋面钢结构系统组成，侧向钢结构系统由H型周边环梁、桁架支撑环梁、H型弧形竖向肋梁、钢管支撑与底部树状支撑组成；屋面钢结构系统为椭圆形，由椭圆长轴方向的一榀管桁架和椭圆短轴方向的三榀管桁架以及其间
23、的网壳圆管杆件组成。2.4 筒体结构由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件称为筒体（由密柱框架组成的筒体称为框筒；由剪力墙组成的筒体称为薄壁筒）。由一个或数个筒体作为主要抗侧力构件而形成的结构称为筒体结构，它适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。2.4.1 特点 筒体结构的类型很多，根据筒体的布置、组成和数量等，可以再分为：（1）框筒结构：框筒结构，如下图2.2所示。筒体通常放在建筑外围，由间距很密的柱子与截面很高的梁组成，筒体内设置了一些柱子以减小楼板和梁的跨度，这些柱子仅用来承受竖向荷载，不考虑其承受水平荷载。图2.2 框筒结构示意图密柱
24、深梁：实际是一个开了很多很多窗洞的筒体，靠空间受力特性来抵抗水平力。整体像一个悬臂筒体一样，刚度和承载力很大。水平荷载下楼板只是一个刚性隔板，保证框筒的侧向稳定和刚度，有如竹子中的竹节，楼板中的板、梁按承受垂直荷载要求单体设计。（2）筒中筒结构:筒中筒结构，如下图2.3所示。一般用实腹筒做内筒，框筒或桁架筒做外筒。内筒可集中布置电梯、楼梯、竖向管道等。框筒的侧向变形以剪切变形为主，内筒一般以弯曲变形为主，二者通过楼板联系，共同抵抗水平荷载，其协同工作原理与框架-剪力墙结构类似。图2.3 筒中筒结构示意图（3）桁架筒结构：用稀柱、浅梁和支撑斜杆组成桁架，布置在建筑物周边，形成桁架筒结构。桁架筒结
25、构的结构特点是柱距大，支撑斜杆横跨建筑的一个面的边长，竖向跨越几个楼层，形成巨型桁架，4片桁架围成桁架筒，形成整体悬臂结构。刚度大，比框筒结构更能充分利用材料。（4）多筒结构成束筒结构:成束筒是由若干单筒集成一体成束状，形成空间刚度极大的抗侧力结构。自下而上逐渐减少筒体数量的处理手法，使高层建筑结构更加经济合理。但这些逐渐减少的筒体结构，应对称于建筑物的平面中心。2.4.2 应用实例 北京银泰中心（Beijing Yintai Centre）位于建国门外大街2号，地处北京中央商务区(CBD)核心地带，北临长安街，东接三环路，踞国贸桥“金十字”西南角。根据首都规划委员会规划，长安街两边建筑限高2
26、50米，北京银泰中心中央主楼高249.9米、63层，是长安街上的最高建筑。其建设与规划，经国务院总理办公会审批，曾连续多年列为北京市重点建设项目。其结构类型中央主楼纯钢结构，东西两侧写字楼钢、钢筋混凝土结构 。建筑高度 249.90米 ，占地面积：31,305平方米 北京银泰中心拥有的凯悦酒店及度假村集团在大中华地区首家精品酒店北京柏悦酒店，是凯悦集团在中国投资并全盘管理的第一个项目，与一般建筑不同，北京银泰中心把酒店服务式公寓和酒店统一设置在整个建筑群的中央主楼，完美诠释“王者必居天下之中”的居住理念。把三幢塔楼连接在一起，将其变成全新概念的高品位商业、休闲、健康、美食及娱乐生活目的地，总面
27、积52,199平方米，其中4层(地上3层、地下1层)近25,000平方米的商业配套设施荟萃顶级奢华品牌旗舰店、会议宴会设施、中西餐饮和健身休闲等设施。银泰中心东西两栋智能5A甲级写字楼，东侧写字楼已由中国人民财产保险股份有限公司（PICC）整幢购买。西侧的银泰写字楼以其显赫的位置、独特的空中环廊大堂、4米的办公层高、高效快速的双层轿箱电梯、具有架空地板的综合布线系统、精心设计的变频恒温恒湿新风对流系统，体现着北京银泰中心写字楼对最高质量的追求。2.5 巨型结构巨型结构，如下图2.4所示。利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型梁相连，筒体和巨型梁即构成巨型框架。图2.4 巨型框架结构示意图
28、2.5.1 特点 巨型框架具有很大的承载能力和侧向刚度。由于它可以看作是由两级框架组成，第一级为巨型框架，是承载的主体；第二级是位于巨型框架单元内的辅助框架（只承受竖向荷载），也起承载作用。因此，这种结构是具有两道抗震防线的抗震结构，具有良好的抗震性能。2.5.2 应用实例 上海环球金融中心位于中国上海陆家嘴，比邻金茂大厦，2008年建成。地上10层，地下3层，高492m，是目前中国第一高楼、世界第三高楼。是以办公为主，集商贸、宾馆、观光、会议等于一体的综合型大厦。 该楼为钢与钢筋混凝土的混合结构，为筒中筒结构。六层以下的结构体系采用钢筋混凝土周边剪力墙、交叉剪力墙和翼墙组成的传力体系。六层以
29、上的内筒为钢筋混凝土核心筒，外筒为型钢混凝土巨型柱、钢管混凝土巨型斜撑和钢带状桁架组成的巨型结构，内外筒之间通过伸臂桁架连接。3 高层建筑结构的设计特点由于高层建筑的各片竖向平面结构（或称抗侧力结构）的刚度、形式并不相同，变形特征也不一样，导致其不能简单地像一般房屋那样由受荷面积和间距对荷载进行分配，否则会使抗侧力刚度大的结构分配到的水平力过小。因此，首先需要了解高层建筑结构的特点。3.1 水平荷载成为设计的决定性因素对一般建筑物，其材料用量、造价及结构方案的确定主要由竖向荷载控制，而在高层建筑结构中，高宽比增大，水平荷载(包括风力和地震力)产生的侧移和内力所占比重增大，成为确定结构方案、材料
30、用量和造价的决定因素。其根本原因就是侧移和内力随高度的增加而迅速增长。例如一竖向悬臂杆件在竖向荷载作用下产生的轴力仅与高度成正比，但在水平荷载作用下的弯矩和侧移却分别与高度呈二次方和四次方的曲线关系。图3.1 结构内力、位移与高度的关系因此，当建筑物达到一定高度或层数之后，内力和位移均急剧增加。如图3.1所示，除了轴向力N与高度成正比外，弯矩M与位移都呈指数曲线上升，因此，随着高度的增加，水平荷载将成为控制结构设计的主要因素，结构侧移成为结构设计的主要控制目标。3.2 侧移成为设计的控制指标在高层建筑结构中，除了像多层和低层房屋一样进行强度计算外，还必须控制其侧移的大小，以保证高层建筑结构有足
31、够的刚度，避免侧移过大。（1）结构顶点的侧移与结构高度的四次方成正比（2）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；过大侧移会使填充墙和主体结构出现裂缝或损坏，影响正常使用；因P-效应而使结构产生附加内力，甚至破坏。3.3 轴向变形的影响在设计中不容忽视在一般房屋结构分析中，通常只考虑构件弯曲变形的影响，而忽略构件轴向变形和剪切变形的影响，因为一般来说其构件的轴力和剪力产生的影响很小。而对于高层建筑结构，由于层数多、高度高，轴力很大，从而沿高度逐渐积累的轴向变形很显著，中部构件与边部、角部构件的轴向变形差别大，对结构内力分配的影响大，因而构件中的轴向变形影响必
32、须加以考虑；（1）竖向荷载产生的结构轴向变形对其内力及变形的影响;（2）水平荷载的影响水平荷载作用下，使竖向结构体系一侧构件产生轴向压缩，另一侧构件产生轴向拉伸，从而产生整体水平侧移。3.4 延性成为结构设计的重要指标相对于低层建筑而言，高层建筑更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取适当的措施，来保证结构具有足够的延性。（1）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。（2）结构的抗震性能决于其“能量吸收与耗散”能力的大小，即决于结构延性的大小。（3）为了保证结构具有较好的抗震性
33、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。3.5 动力效应大结构本身的特点不同，如结构的类型与形式，结构的高度与高宽比，自振周期与材料的阻尼比等的不同，结构受到地震作用或风荷载作用时，产生的动力效应严重影响结构物的正常使用，甚至造成房屋的破坏。3.6 扭转效应大当结构的质量分布、刚度分布不均匀时，高层建筑结构在水平荷载作用下容易产生较大的扭转作用，扭转作用会使抗侧力结构的侧移发生变化，影响各个抗侧力结构构件及其他构件的内力与变形。3.7 结构的稳定和抗倾覆必须重视结构的整体稳定和抗倾覆问题。在高层建筑结构设计中，应该重视结构的整体稳定性
34、与结构的抗倾覆能力，防止结构发生整体失稳的破坏情况。3.8 温差过大产生的温度应力及变形大当建筑物高度很大时，结构内力与上下的温差过大而产生的温度内力和温度位移也是高层建筑结构的一种特点。4 高层建筑结构设计时选定结构体系需要注意的问题相对于多层建筑，高层建筑的受力特点：一是柱子、墙体的轴向变形及截面剪切变形对结构内力变形的影响；二是因风力或地震的水平荷载作用所产生的内力和位移变形常为结构设计的控制因素，抗侧力结构的设计成为关键。针对高层结构的受力特点，提出在设计中确定结构体系应该注意的几点问题。4.1 结构的平面形状及立面型式高层建筑结构要抵抗竖向和水平荷载作用，高层建筑结构中的抗侧力成为结
35、构设计的主要问题，因此，平面形状宜简单、规则、对称，避免过多的外凸、内凹。在抗震结构中，结构体型、布置、构造措施的好坏比计算是否精确更直接影响结构的安全。平面和体型的选择必须在综合考虑使用要求、建筑美观、结构合理及便于施工等各种因素后确定。在高层建筑结构设计中，保证结构安全和经济合理等要求比一般多层结构整体性也不同，若上部结构通过合理结构设计能保证结构具有足够的刚度，以使结构在地震作用下和风振作用下都不会有过大的动力反应，高宽比控制也可以大些。比高层建筑更细柔的高耸结构设计时并不采用H/B来控制，而是通过计算确定附加弯矩等不利因素从而采用相应的措施，安全性同样能得到保证。因此，可以通过合理的基
36、础和上部结构设计来考虑结构整体性和抗倾覆性的要求，适当突破高宽比的限值4.2 结构刚度高层建筑的抗侧刚度对结构的抗震性能有很大影响，应设计得刚些还是柔些，不同的设计有不同的做法，因此各结构物的经济指标相差较大。产生的变形对构件内力的影响也是不一样的。因此，虽然u/h有限值要求，但不同的算法所得的数值有时会相差几倍，所以u/h实际上失去了指导意义。另外，衡量填充墙、装饰物等非结构构件的开裂的损坏与否，用u/h来控制也不是最妥当，如非结构构件与主体结构之间是刚性连接，则应主要看其主拉应力是否超出材料的开裂强度和破坏强度；若非结构构件与主体结构是柔性连接且连接材料具有较好的变形能力，则u/h超出限值
37、也并不会破坏。4.3 高宽比限制钢筋混凝土高层建筑设计与施工规程(JGJ3-91)中对高层建筑的结构高宽比H/B进行限值的目的是为了保证结构整体的稳定性和不倾覆。一般而言，随着建筑物高度的增加，倾覆力矩也将迅速增大，高宽比大的结构其安全性和经济性较差，所以高宽比限值原则上是需要的。但目前高宽比限值中考虑的钢筋混凝土高层建筑设计与施工规程(JGJ3-91)中对高层建筑的结构高宽比H/B进行限值的目的是为了保证结构整体的稳定性和不倾覆。一般而言，随着建筑物高度的增加，倾覆力矩也将迅速增大，高宽比大的结构其安全性和经济性较差，所以高宽比限值原则上是需要的。但目前高宽比限值中考虑4.4 侧向位移限制高
38、层建筑结构的水平位移随着高度的增长而迅速变大，为防止位移过大，规范对顶点位移和层间位移都作了一定的限制。控制顶点位移u/H的主要目的是保证居住、工作的人有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌，但人的舒适感主要与结构的自振周期和顶点的加速度有关，而与顶点位移并没有十分直接的关系，所以用控制u/H来保证人的舒适度根据并不充分。另外u/H较大的结构只是可能会倒塌，而结构遭遇到强烈地震时能保证不倒塌的关键，是结构构件、结构体系应具有足够的变形能力和耗能能力，如采用一些减振、隔振装置，关键部位用钢骨混凝土等。使结构具有足够的延性是抗震设计的关键，控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是u/
39、H限值。另外，为使结构具有较好的防倒塌能力，应在结构计算中考虑P-效应，对于今天计算机技术迅速发展的情况，这已不是一件难事。控制层间位移u/h的主要目的是防止填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏，但目前的限中没有明确u的定义，上下两层的水平位移差与层转角的含义又不同，下层转动引起的上层刚性位移对构件内力并不产生影响，弯曲产生的变形和剪切建筑更为突出，因此宜尽量采用简单规则的平面，立面型式也应避免过多外挑内收。目前有一些高层建筑的平面形状过于复杂，凹角很多，对抗震是不利的，特别是一些工程采用了收腰的平面，在平面的狭窄部位，地震时容易破坏，所以在方案选择阶段宜尽量调整，加大宽度、加厚楼板。再如近
40、年建成的同济大学图书馆等，这类悬挂结构只有中央电梯井落地，楼面全部悬挑，从整体上来看是竖向悬臂结构，缺少第二道防线，所以在抗震设计时宜慎重采用。为了建筑外形的标新立异而以结构抗震和安全隐患为代价是得不偿失的。大量震害的经验教训表明，建筑物平面布置不对称、刚度不均匀、高低错层连接、屋顶局部凸出或沿高度方向刚度突变等都容易造成震害。要使结构的刚度中心和质量中心尽量重合，以减小扭转。建筑平面愈复杂，在凹凸拐角等处愈易造成应力集中而遭到破坏。在完全对称的平面中，也应注意凸出部分的尺寸比例。如果凸出部分较长，要在结构设计中采取相应的措施。结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续，避免刚度突变，避免软弱层。刚度
41、突变及软弱层常常是由于切断剪力墙所致。如果有少数剪力墙切断，则其他剪力墙在该切断层应予以加强。5 结论与展望基于现在世界在不断的变化，社会上人口的增加，用地越来越紧张。世界上尤其使亚洲的高层建筑的发展势头还将持续下去，成为高层建筑的新橱窗。建筑的体型将更加复杂和多样化、智能化、生态化、摩天化、动人化。，在结构体系上也绝不会停留在原有的几种形式上，随着科学技术的发展，为更好地满足建筑的功能和建筑艺术上的需求，将会创造出更多，更新的，更符合广大人们需求的结构体系。在高层建筑的设计中，也将更多地采用计算机分析和绘图，并编制出集建筑、结构、设备、电气为一体的集成化程序，使高层建筑的设计更加趋近于完善和快捷。参考文献1 常跃峰，赵文忠。高层建筑结构用钢板的开发与生产A.1999.2 徐伟、胡晓依、刘匀。高层建筑施工。2003版.3 摩天大楼“热”的冷思考，中国工程咨询网.4 张完善，刘六.校园环境与学风建设.城市日报，2002年3月5日，第2版.5 赵西安.我国高层建筑的最近发展M.史佩栋等.北京:中国建筑工业出版社,2000.附 录以下内容可放在附录之内：(1) 正文内过于冗长的公式推导；(2) 方便他人阅读所需的辅助性数学工具或表格；(3) 重复性数据和图表；(4) 论文使用的主要符号的意义和单位；(5) 程序说明和程序全文。这部分内容可省略。如果省略，则删掉此页。
