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1、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、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）,目 录,1.1 高层建筑的发展与特点1、高层建筑的发展简介,高层建筑的发展大致可以分成古代高层建筑和现代高层建筑两部分。,在古代，高层建筑主要是寺庙或纪念性建筑，结构形式大都是木结构或砖石结构。如砖塔，许多砖塔经受了上千年的风吹雨打和地震的摇撼而屹立至今，足见其设计和施工的高超技术。,河北定县开元寺塔,但是，
2、真正意义上的高层建筑，却是自从1885年美国芝加哥市建成10层高的家庭生命保险大厦开始的。,此后10年中，在芝加格和纽约相继建成了30幢类似的高层建筑，尤其是1895年奥提斯（Otis）安全电梯的投入应用，对高层建筑的发展起到了巨大的推动作用。,20世纪30年代，是现代高层建筑发展的第一个高潮。,19291933年美国经济发生严重经济危机，1939年第二次世界大战全面爆发，使得高层建筑的发展几乎处于停顿状态。,二战后，随着钢材焊接技术的成熟和发展，尤其是60年代美国人坎恩（Fazler Khan）提出的框筒体系，为建造超高层建筑提供了理想的结构形式。,从框筒体系中衍生出来的筒中筒、成束筒等结构
3、体系，将高层建筑的发展推向了第二个高潮。在美国出现了一批100层以上的超高层建筑。如1969年芝加哥建成了100层、高344m的汉考克大厦；1972年纽约建成了110层、高417m的世界贸易中心；1974年芝加哥又建成了110层、高443m的西尔斯大厦。其中，西尔斯大厦作为新的世界最高建筑，享誉22年之久。,日本是一个地震多发生国家，从抗震防灾角度出发，政府曾规定房屋高度不得超过31m。自从1965年取消此项规定后，高层建筑在日本也得到了充分的发展。,位于芝加哥，是美国第三高度，1969年建成，100层，343.51米，几何形状为上小下大的截锥体。结构型式为钢斜撑周边桁筒体系，在每个建筑立面形
4、成巨大的X形斜向支撑。是世界最早的巨型钢桁架结构。,汉考克大厦,世界贸易中心双塔楼竖立在曼哈顿岸边地带，与自由女神像在海湾的另一边遥遥相对，给纽约市提供了一个令人印象深刻的入口门道；大楼于1966年开工，历时7年，1973年竣工（北塔在1972年，而南塔在1973年完工）。1995年对外开放，有“世界之窗”之称。整个工程耗资7亿美元。整个中心占地16公顷，共有7座建筑物，出租给代表25个国家的350家公司，每天有40,000人在 里面工作。,阿联酋BurjAl-Arab酒店，又称又称阿拉伯塔 世界上唯一的建筑高度最高的七星级酒店，共有56层，321米高，由英国设计师设计。,我国的高层建筑的真正
5、发展是在新中国成立以后。,在5060年代，受当时经济条件的限制，高层建筑规模小，发展速度也慢。1959年建成的北京民族饭店(12层，高47.4m）1964年建成了北京民航大楼(15层，高60.8m）1966年建成了广州人民大厦(18层，高63m）,民族饭店,70年代以后，高层建筑在我国的发展速度逐渐加快。1974年建成的北京饭店东楼（20层，高87.15m，是当时北京最高的建筑）,1976年建成的广州白云宾馆(33层、高114.05m),尤其是改革开放以后，国民经济的发展为高层建筑的发展创造了充分的经济基础，科学技术的发展又提供了技术条件，高层建筑，甚至是超高层建筑在全国各地像雨后春笋般地矗立
6、了起来。,1985年，深圳建成了63层、高158.65m的国际贸易中心大厦,1987年年，63层、高200m的广州国际大厦和57层、高208m的北京京广中心大厦又相继开工。,1998年，88层、高420.5m的上海金茂大厦的建成，标志着我国高层建筑的建设水平已经达到了世界先进水平。,香港国际金融大厦，楼高415.8米，拥有90层楼,广州的市民广场大厦，楼高321.9米，拥有80层楼,深圳地王大厦 高325米,上海明天广场：60层，238m，最高的框架剪力墙结构，98年建成。,上海中心大厦,2008年11月29日开工建设，主体建筑结构高度为580米，总高度632米，是目前中国国内规划中的第二高楼
7、。“上海中心”总投入将达148亿元，预计在2010年时地下部分封顶，2012年结构封顶且部分投入运营，2014年竣工交付使用。,深圳平安国际金融大厦,总高度646米，主体高度588米。将于2014年竣工完成。,武汉绿地国际金融城 2010年12月8日正式动工兴建，其核心部位将建一栋606米的超高层综合体建筑，计划打造为集超五星级酒店、国际甲级办公、高档商业、顶级公寓等为一体的超高层城市综合体。武汉绿地国际金融城项目位于长江大桥和长江二桥之间的武昌滨江商务区，与汉口百年外滩隔江相望，是武汉市新一轮城市发展的重点区域。项目建筑面积约300万平方米，总投资超过300亿元人民币。,世界最高十大建筑,左
8、起台北101大楼、芝加哥席尔斯大楼、吉隆坡双子星大楼、上海金茂大厦、香港国际金融中心、纽约帝国大厦,设有住宅、办公室和豪华酒店，能容纳1.2万人。人们可到122楼的餐厅，边欣赏海拔440米的壮丽景色，边享受世界各地中西美食。123层的高层大堂设有健身室和室内泳池，没有恐高症的人还可以挑战露天泳池。,哈利法塔和其他世界高层建筑对比,国际金融中心大厦，中国台北。,台北101大楼高508米（含天线），有世界最大且最重的“风阻尼器”，还有两台世界最高速的电梯，从一楼到89楼，只要39秒的时间,台北101大厦,台北101金融大楼 高508米，超过美国芝加哥的西尔斯大楼，马来西亚双塔等大楼，成为新的全球第
9、一高楼。采用方钢管混凝土柱，混凝土核心筒混合结构。,大楼历时5年多，耗资600亿币。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。,上海环球金融中心,上海环球金融中心工程是一幢以办公为主，集商贸、宾馆、观光、展览及其他公共设施于一体的大型超高层建筑，位于浦东陆家嘴，与金茂大厦相距仅40米。工程总建筑面积377300平方米，塔楼地上101层，地面以上高度为492米。环球金融中心在100层、距地面472米处设计了长度约为55米的观光天阁，此外，在94层还设计了面积为700平方米、室内净高8米的观光
10、大厅。上海环球金融中心顶部即94层至100层之间有一个倒梯形的通风口，以减小风的吹袭。,上海环球金融中心,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,核芯筒,底部剪力墙,香港环球贸易广场,环球贸易广场（International Commerce Centre，简称ICC）位于香港西九龙。第一期（低层楼面）已于2008年9月落成，其余楼面于2011年落成。而环球贸易广场在2008年末已有各大小商户进驻营业。大楼顶层设有一间六星级酒店，提供312间房间。大楼在100楼设有公众观景层，让游客可在高处欣赏维多利亚港景色。,国家石油双子星座大厦，451.9
11、米，位于马来西亚吉隆坡。由两个并排的圆形建筑，各自采用23m见方的混凝土墙体内芯和底部直径为46.2的16个混凝土圆柱周边框架组成。地上88层，高390m，连同桅杆总高450m，从底层至84层采用的都是混凝土结构。整个建筑高宽比为8.64，属于细长型建筑。,紫峰大厦,紫峰大厦也叫绿地广场，建筑用地面积为18721平方米。A1地块总建筑面积约26万平方米，基地内设一高一低2栋塔楼（主楼和副楼），用商业裙房将2栋塔楼联成一个整体建筑群；主楼地上89层，总高度450米，屋顶高度389米，主要功能设有六星级酒店（约65000平方米）、甲级办公楼（约55000平方米，副楼地上24层，地上建筑有效高度99
12、.7米，主要功能甲级办公楼（约21000平 方米）；裙房地上6层局部7层，地上有效高度37米局部44米，主要功能为商场（约45000平方米）与酒店附属用房。地下4层，主要功能为商场、停车库及设备机房（约61000平方米）。,西尔斯大楼，443米，位于美国芝加哥。西尔斯大厦由9座塔楼组成。它们的钢结构框架焊接在一起，这样也助于减少因其高度所造成的在风中摇动。所有的塔楼宽度相同，但高度不一。大厦外面的黑色环带巧妙地遮盖了服务性设施区。西尔斯大厦有110层，一度是世界上最高的办公楼。每天约的1.65万人到这里上班。在第103层有一个供观光者俯瞰全市用的观望台，它距地面412米。,京基100,京基10
13、0原名京基金融中心，楼高441.8米，共100层，总投资近50亿元。本项目位于罗湖区蔡屋围金融中心区内，涵盖全市74%的银行机构、80%的保险机构和40%的证券机构，集中了全市60%的金融资产、90%的外资银行，区域价值得天独厚。,广州国际金融中心,广州国际金融中心项目于2007年1月31日开工，2009年竣工。主塔楼地上103层，地下4层，广州国际金融中心集办公、酒店、休闲娱乐为一体，成为展示广州城市新形象的地标建筑。,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,上海金茂大厦,办公层平面,客房平面,第88层平面,剖面,耗能减震技术的应用将得到发展,高层建筑的发展趋势
14、,高阻尼夹层橡胶垫支座兼有隔震器与阻尼器的作用，其阻尼比可达0.25，可以在隔震系统中单独使用。,高层建筑的发展趋势,智能建筑,指通过将建筑物的结构、设备、服务和管理根据用户的需求进行最优化组合，从而为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境。智能建筑是集现代科学技术之大成的产物。其技术基础主要由现代建筑技术、现代电脑技术现代通讯技术和现代控制技术所组成。,！急需解决的问题！,高层建筑在向人们展示它的美丽和优势的同时，也逐渐暴露出了一些急需解决的问题，,如防火、防灾、热岛效应、交通、污染等。,2001年9月11日，恐怖分子劫机撞毁纽约世界贸易中心大楼，大楼彻底坍塌，造成了巨大的生命和财产损
15、失，使上述问题受到社会各界的普遍关注。2010年11月15日14时，上海余姚路胶州路一栋28层高层公寓起火。起火点位于10-12层之间，大火导致58人遇难，另有70余人受伤。,世贸中心遭撞击示意图,世界贸易中心南塔楼倒塌后,高层建筑的定义？,通常以建筑的高度和层数两个指标来判定，但世界范围内目前还没有一个统一的划分标准。1、国外：（1）美国规定：高度为2225m以上或7层以上建筑为高层建筑；（2）英国规定：高度为24.3m以上的建筑为高层建筑；（3）日本规定：8层以上或高度超过31m的建筑为高层建筑。2、我国：（1）高层民用建筑设计规范GB50045-95 和高层民用建筑设计防火规范 GBJ5
16、0045-2002和 规定：10层的居住建筑（包括首层设置商业服务网点的住宅）或24m的公共建筑。（2）高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）规定：10层 或 28m；（本课程内容的依据）,3）国际上1972年国际高层建筑会议将高层建筑分为4类：第一类为916层（最高50米）第二类为1725层（最高75米)第三类为2640层（最高100米）第四类为40层以上（高于100米）注：高层建筑的高度般是指从室外地面至檐口或主要屋面的距离，不包括局部突出屋面 的楼电梯间、水箱间、构架等高度。4）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
17、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。,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，一般一般泛指某个国家和地区内较高的高层建筑。4）实际上结构没有确切的划分低层、多层和高层的界限，对于结构设计而言影响设计的重要因素水平荷载及其效应是随高度而渐变的。,高层建筑的科学界定,究竟什么样的建筑算作高层建筑，应该视建筑
18、的结构体系受力特点而定。,如果建筑的结构体系，在侧向力的作用下，表现出了高层建筑的受力特点，则不论其高度如何，应该按照高层建筑来对待。,2、高层建筑的特点,一般而论，高层建筑具有占地面积少、建筑面积大、造型特殊、集中化程度高的特点。,正是这一特点，使得高层建筑在现代化大都市中得到了迅速的发展。,在现代化大都市中，过度的人口和建筑密度，城市用地日趋紧张，真可谓寸土千金，使得人们不得不向空间发展。,高层建筑占地面积少，可以大量的节省土地的投资，而且有较好的日照、采光和通风效果。,但是，随着建筑高度的增加，建筑的防火、防灾、热岛效应等已成为人们急待解决的难题。,从结构受力角度来看，随着高层建筑高度的
19、增加，,水平荷载（风载及地震作用）对结构起的作用将越来越大。,结构的内力将明显加大，,侧向位移增加更快。,问题：与多层建筑相比有哪些的设计特点？,1、水平荷载成为设计的决定性因素 1）竖向荷载产生轴向压力与结构高度的一次方成正比；2）水平荷载产生的倾覆力矩以及轴力与高度的二次方成正比。,高层建筑结构的特点,2、侧移成为设计的控制指标 1）结构顶点的侧移 ut与结构高度 H 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；使填充墙和主体结构出现裂缝或损坏，影响正常使用；因P-（重力二阶效应）效应而使结构产生的附加内力，甚至破坏。3）必须选择可靠的抗
20、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。,3、轴向变形的影响在设计中不容忽视 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)对预制构件的下料长度和楼面标高会产生较大的影响；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，其底层钢柱压缩变形比墙多260mm。,3）水平荷载产生的结构轴向变形对其内力及侧移的影响 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。表中为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。,4、延性成为结构设计的重要指标 1）延性表示构件和结
21、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）延性系数：用来衡量延性的大小。3）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。4）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。,5、结构材料用量显著增加 1）对于高层建筑结构，随高度增大，材料用量增大较多。2）特别是水平荷载对材料用量影响较大。3）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。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，
22、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。,小结1）高层建筑同时承受竖向荷载和水平荷载，随着房屋层数的增加，虽然竖向荷载对结构设计仍有着重要的影响，但水平荷载已成为结构设计的控制因素。水平荷载产生的内力与高度的二次方成正比，侧移与高度的四次方成正比。2）对高层建筑，水平荷载和竖向荷载产生的轴力均很大，不容忽略。3）为了保证高层建筑的抗震性能，结构应具有较大的延性。4）高层建筑的材料用量随高度增加而加大，可通过优化设计减小材料用量。,现代高层建筑所采用的材料，主要是钢材和混凝土两种。,不同国家、不同地区、不同结构形式所
23、采用的结构材料不同，大致有以下几种形式：,钢结构,钢筋混凝土结构,钢混凝土组合结构,钢材强度高、韧性大、易于加工。钢结构构件可以在工厂加工，缩短了现场施工工期，施工方便。高层钢结构具有结构断面小、自重轻、抗震性能好等优点。,高层钢结构用钢量大，造价高，而且钢材的防火、防腐性能不好，需要大量的防火涂料和防腐处理，增加了工程工期和造价。,钢筋混凝土结构造价低，材料来源丰富，可以浇注成各种复杂的断面形式，节省钢材，承载能力也不低。经过合理的设计，现浇钢筋混凝土结构具有较好的整体性和抗震性能。尤其是在防火和耐久性能方面，更是有着钢结构无法比的优势。,自重较大，抗震性能不如钢结构，建造高度也不如钢结构。
24、,将型钢布置在构件内部，外部由钢筋混凝土做成，或者是在钢管内部填充混凝土，做成钢混凝土组合结构。此种形式使上述两种结构材料优势互补，结构具有很好的抗震性能，建造高度可与钢结构相当。经济合理、技术性能优良的钢混凝土组合结构，是目前的发展趋势。,3、高层建筑的结构类型,钢骨钢筋混凝土构件,钢结构,美国芝加哥的西尔斯大厦,香港的中环广场大厦 朝鲜平壤市的柳京饭店，101层，高度319.8m。,钢筋混凝土结构,钢混凝土组合结构,马来西亚吉隆坡国家石油大厦，也就是双子星大楼，楼高452米，88层。,1.2高层建筑的结构体系,高层建筑的结构体系,所谓高层建筑的结构体系，是指结构抵抗外部作用的构件类型和组成
25、方式。,在高层建筑中，随高度增加，抵抗水平力作用下的侧向变形是主要问题。,高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、实腹筒、框筒等，由此组成的结构体系有以下几种。,因此，抗侧力结构体系的合理选择和布置，就成为高层建筑结构设计的关键。,框架结构体系,剪力墙结构体系,框架剪力墙及框架筒体结构体系,筒体结构体系,一、框架结构体系 1、定义：房屋结构均由梁、柱构件通过节点连接而构成。,注：由形、形、形或十字形截面柱构成的异形柱框架结构，截面各肢的肢高肢后比不大于4。,2.1 结构体系,2.1 结构体系,2、分类：按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。在地震区，多采用梁、柱、板全现
26、浇或梁柱现浇、板预制的方案；在非地震区，有时可采用梁、柱、板均预制的方案。,3、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（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩）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。,4、优缺点：1）优点：建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商场、餐厅等）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
27、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。（以1520层以下为宜）,二、剪力墙结构体系 1、定义：房屋竖向承重结构全部由剪力墙组成。,2、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，对于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。3、优缺点：1）优点：剪力墙结构水平
28、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（一般剪力墙间距38m）。,4、框支剪力墙结构：1）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。3）布置原则：在底部大空间剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布置在两端或中部，并将纵、横向墙围成筒体；另外，还应采取增大墙体厚度、提高混凝土
29、强度等措施加大落地墙体的侧向刚度，使上、下部侧向刚度差别尽量小。（上部可采用短肢剪力墙）,5、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左右的、十、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）,高规规定短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。（2）高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构；,三、框架-剪力墙结构体系 1、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
30、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，可采用框架和剪力墙共同工作的结构体系。,2、受力变形特点：框架-剪力墙结构体系以框架为主，并布置一定数量的剪力墙，通过水平刚度很大的楼盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载。其中剪力墙承担大部分水平荷载，框架只承担较小的一部分。注：在水平荷载作用下，框架的侧向变形属剪切型，层间侧移自上而下逐层增大；剪力墙的侧向变形一般是弯曲型，其层间侧移自上而下逐层减小。当框架与剪力墙通过楼盖形成框架-剪力墙结构时，各层楼盖因其巨大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致，其侧向变形介于剪切型与弯曲型之间，一般属于弯剪型。,3、优点：兼有框架
31、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 1020 层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。4、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。,框架筒体结构的典型布置（外框内筒）,框架筒体结构与框架剪力墙结构并无本质上的区别，框架筒体结构实际上就是在框架内的一定位置上，设置剪力墙内筒，外周为一般框架，其平面形状较为自由、灵活多样；筒体可以由剪力墙组成，也可以由密柱深梁构成（框筒）。但是，为
32、了尽可能较少在水平力作用下的扭转，还是应尽可能采用具有对称轴的简单、规则平面。其常见到平面图如左图所示，上海联谊大厦（28层，101.15m）、南京金陵饭店（37层，110m）均是框架筒体结构。,框架筒体结构体系,四、筒体结构体系 1、定义：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,2、分类1）框筒,60年代美国工程师法卢齐.坎恩首次提出，并设计了第一幢框筒结构：芝加哥43层德威特切斯纳特公寓。,筒体通常放在建筑外围，由间距很密的柱与截面很高的梁组成，筒体内设置一些柱子，以减小楼板和梁在垂直荷载下的跨度，但是对抵抗侧向力几乎不起作用。,密柱深梁结构实际上是一个开了很多窗洞的筒体，
33、靠空间筒体受力特性来抵抗水平力。,整个结构象一个悬臂筒体一样，刚度和承载力很大，水平荷载下楼板只是一个刚性隔板，保持框筒的侧向稳定和刚度，如竹子中竹节。,楼板中板梁按承受垂直荷载要求单独设计。,与框架筒体区别：筒体位置、柱子位置。,2）筒中筒,筒体内设置剪力墙，组成筒中筒内筒可以设置电梯、楼梯和竖向管道等。,内、外筒不再设柱，内筒、外筒共同抵抗垂直与水平荷载。,优点：较大的灵活空间，使用合理，结构也合理，适用于较高建筑，,50层深圳国贸中心大厦，63层广州国际大厦均采用筒中筒体系。,结构尺寸：,筒体柱距很密，1.23m，最大4.5m,窗裙梁高0.61.2m，宽0.30.5m,窗洞面积不超过建筑
34、立面面积50%，,平面接近方或圆形，长、短边比值不宜超过2。,通常：H/B3时，才能充分发挥作用，多层及较低层中，宜采用框架筒体结构，而不适宜采用框筒或筒中筒。,3）多筒结构,顾名思义是将几个筒体合在一起抵抗外力。,（1）束筒：将多个筒体合并一起形成，成束筒抗侧刚度比筒中筒更大，可建造很高的结构；,美国芝加哥西尔斯大楼采用9个框筒合并在一起成束筒体系，随高度增加，筒数目不断减少。,悬挂结构,巨形框架结构,巨形桁架结构,刚性横梁或刚性桁架结构,高层建筑新型结构体系,由主次两级结构组成：一级为：跨越若干楼层的巨梁、巨柱组成超级框架（或巨型桁架），提供较大的抗侧刚度和承载力承受水平力和竖向荷载；二级
35、：其它楼层梁柱，承受竖向荷载并将荷载产生的内力传递到一级结构上。,巨型结构体系特点,五、各种结构体系的最大适用高度和适用的最大高宽比 1、最大适用高度 级高度的钢筋混凝土高层建筑是指符合表 2.1.1 高度限值的建筑，也是目前数量最多，应用最广泛的建筑；级高度的高层建筑是指较高的（其高度超过表 2.1.1 规定的高度）、设计上有严格要求 高层建筑，其最大适用高度应符合表 2.1.2 的规定。,2、适用的最大高宽比 房屋的高宽比愈大，水平荷载作用下的侧移愈大，抗倾覆作用的能力愈小。因此，应控制房屋的高宽比，避免设计高宽比很大的建筑物。,注：按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比；对带有裙房的高层建
36、筑，当裙房的面积和刚度相对于其上部塔楼的面积和刚度较大时，计算高宽比时房屋的高度和宽度可按裙房以上部分考虑。,一、结构平面布置（参考课本）高层建筑的结构平面布置，应有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，受力明确，传力直接，力求均匀 对称，减少扭转的影响。1、在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。,1.3 结构总体布置高层建筑结构总体布置包括：结构平面布置和结构竖向布置,2、高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。对抗风有利的平面形状是简单、规则的凸平面。例如：圆形、正多边形、椭圆形、鼓形等平面。对抗风不利的平面是有较多凹、凸的复
37、杂平面形状，如形，形、形、弧形等平面。,3、抗震设计的级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心；平面长度 L 不宜过长，突出部分长度 l 不宜过大；不采用角部重叠或细腰形平面图形。,4、抗震设计的级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑，其平面布置应简单、规则，减少偏心。注：级高度钢筋混凝土高层建筑和混合结构高层建筑的最大适用高度较高，复杂高层建筑的竖向布置已不规则，这些结构的地震反应较大，故对其平面布置的规则性应要求更严一些。5、结构平面布置应减少扭转的影响。平面不规则、质量中心与刚度中心偏心较大和抗扭刚度太弱的结构，其震害严重。注：对结构的扭转效应从
38、以下两个方面加以限制：（1）限制结构平面布置的不规则性，避免质心与刚心存在过大的偏心。（2）结构的抗扭刚度不能太弱。,几种对抗震有利的结构布置形式,二、结构竖向布置 高层建筑结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化宜均匀、连续,不应突变。竖向布置应符合下列要求：1）竖向宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收；侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化；不应采用竖向布置严重不规则的结构。,2）抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的 70%或其上 相邻三层侧向刚度平均值的 80%。注：楼层的侧向刚度可取该楼层剪力与该楼层层间侧移的比值。,3）为防止结构出现 薄弱层，A 级高度高
39、层建筑楼层层间的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的 65%；B 级高度高层建筑楼层层间的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的 75%。4）抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。,5）当结构上部楼层相对于下部楼层有收进、或外挑时，应满足：（1）当上部楼层有收进，且 H1/H之比大于 0.2 时，B1宜小于B的 0.75 倍；（2）当上部楼层有外挑时，B不宜小于上部楼 层水平尺寸B1的 0.9 倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。,6）结构顶层取消部分墙、柱形成空旷房间时，其楼层侧向刚度和承载力与其下部楼层相 差较多，形成刚度和承载力突变，此时应进
40、行详细的计算分析，并采取有效的构造措施。如用弹性动力时程分析进行补充计算、沿柱子全长加密箍筋、大跨度屋面构件要考虑竖向地震作用效应等。7）高层建筑设置地下室，可利用土体的侧压力防止水平力作用下结构的滑移、倾覆，减轻地震作用对上部结构的影响；还可降低地基的附加压力，提高地基的承载能力。震害经验也表明，有地下室的高层建筑，其震害明显减轻。因此，高层建筑宜设地下室，而且同一结构单元应全部设置地下室，不宜采用部分地下室，地下室应有相同的埋深。,三、变形缝的设置1、缝的分类：沉降缝、伸缩缝和防震缝。2、设缝的优缺点：优点：用缝将复杂建筑分为规则的部分，或减小温度应力。缺点：影响建筑使用功能；立面处理不便
41、；基础防水不易处理等。、趋势：目前趋势是避免设缝，或尽可能少设缝。,4、沉降缝（1）设缝：高层建筑的主体结构周围常设置裙房，它们与主体结构的重量相差悬殊，会产生相当大的沉降差。这时可用沉降缝将二者分成独立的结构单元，使各部分自由沉降。（2）不设缝：需采取以下措施：A、采用桩基，桩支承在基岩上；或采取减少沉降的有效措施并经计算，沉降差在允许范围内。B、先施工主楼，后施工裙房，使两者最终沉降量一致。C、将裙房坐在悬挑基础上。,5、伸缩缝 由温度变化引起的结构内力称为温度应力，使房屋产生裂缝，影响正常使用，底部数层和顶部数层较为明显。伸缩缝可减少温度应力。高层规程规定了伸缩缝的最大间距,增大伸缩缝间
42、距的措施，（1）增加顶层、底层、山墙等部位的配筋;（2）采用有效隔热措施;（3）使用混凝土添加剂等减少收缩;（4）施工中预留后浇带；（5）上部改变结构形式或局部（顶部）设伸缩缝;（）增大楼板配筋或采用预应力楼板等。,后浇带是在建筑施工中为防止现浇钢筋混凝土结构由于温度、收缩不均可能产生的有害裂缝，按照设计或施工规范要求，在基础底板、墙、梁相应位置留设临时施工缝，将结构暂时划分为若干部分，经过构件内部收缩，在若干时间后再浇捣该施工缝混凝土，将结构连成整体。后浇带的浇筑时间宜选择气温较低时，可用浇筑水泥或水泥中掺微量铝粉的混凝土，其强度等级应比构件强度高一级，防止新老混凝土之间出现裂缝，造成薄弱部
43、位。设置后浇带的部位还应该考虑模板等措施不同的消耗因素。,后浇带,注：（1）施工后浇带的作用在于减小混凝土的收缩应力，提高建筑物对温度应力的耐受能力，并不直接减少温度应力。（2）后浇带，应通过建筑物的整个横截面，将全部墙、梁和楼板分开；在后浇带处，板、墙钢筋应采用搭接接头（图），梁主筋可不断开；后浇带应从结构受力较小的部位曲折通过，不宜在同一平面内通过；一般情况下，后浇带可设在框架梁和楼板的 1/3 跨处，设在剪力墙洞口上方连梁跨中或内外墙连接处。,6、防震缝（1）设缝的优点：地震作用下，复杂高层结构会产生扭转及复杂的振动形式，并在房屋的连接薄弱部位造成损坏，宜通过设缝将复杂建筑分为规则建筑。
44、（2）设缝的缺点：地震作用时，防震缝两侧的房屋很容易发生碰幢而造成震害。（）防震缝宽度为防止缝两侧建筑的碰撞，缝必须留有足够的宽度。防震缝最小宽度为：框架结构：15时，取70mm；15时，每增加25m，加宽20mm；框架-剪力墙结构：取上述规定的70%,但不小于70mm。剪力墙结构：取框架结构的50%，但不小于70mm。缝两侧结构体系不同时，缝宽按不利的结构类型确定。（4）抗震设防的建筑，其伸缩缝，沉降缝宽度均应符合防震缝宽度的要求。,沉降缝伸缩缝防震缝,避免地震时结构间的相互碰撞,注：必要时可以三缝合一。,避免主体与裙房过大的沉降差,减小结构温度应力,高层建筑设置“三缝”，可以解决产生过大变
45、形和内力的问题，但又产生许多新的问题。例如：由于缝两侧均需布置剪力墙或框架而使结构复杂或建筑使用不便；“三缝”使建筑立面处理困难；地下部分容易渗漏，防水困难等。更为突出的是：地震时缝两侧结构进入弹塑性状态，位移急剧增大而发生相互碰撞，会产生严重的震害。近年的高层建筑结构设计和施工经验总结表明：高层建筑应当调整平面尺寸和结构布置，采取构造措施和施工措施，能不设缝就不设缝，能少设缝就少设缝；如果没有采取措施或必须设缝时，则必须保证有必要的缝宽以防止震害。,结 论,现浇楼盖、装配式楼盖,四、高层建筑的楼盖结构,五、基础形式及埋置深度 高层建筑基础占的工程量大、造价高、消耗的材料多，对建筑物施工工期也
46、影响很大。一般9一16层民用高层住宅的工期占总工期的13左右，造价也占总造价的l3左右。因此，基础设计对高层建筑的经济技术指标有较大的影响。基础设计应满足要求：1）沉降：基础的总沉降量和差异沉降量满足规范规定的允许值；2）承载力：满足天然地基或复合地基承载力及桩基承载力的要求；3）防水：地下结构满足建筑防水的要求；4）影响：尽可能避免或减轻对毗邻房屋或市政设施的影响；5）经济：应考虑综合经济效益，不仅考虑基础本身的用料和造价，还应考虑土方、降水、施工条件和工期等因素。,1、基础形式 高层建筑应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。基础的选型应根据上部
47、结构情况、工程地质、施工条件等因素综合考虑确定。1）单独柱基适用于层数不多，地基土质较好的框架结构。2）一般宜采用整体性好和刚度大的筏形基础、交叉梁基础、箱形基础。3）当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础。4）当表层土质较差时，为了利用较深的坚实土层，减少沉降量，提高基础嵌固程度，可以采用桩基，成为桩筏基础或桩箱基础。,2、基础埋置深度 1）埋置深度可从室外地坪算至基础底面。2）在确定埋置深度时，应考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。(1)当采用天然地基或复合地基时，埋置深度可取房屋高度的 1/15；(2)当采用桩基础时，埋置深度可取房屋高度的 1/18（桩长不计在内）；(3)当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定性及基础底面与地基之间零应力 区面积不超过限值的前提下，基础埋置深度可不受上述条件的限制,但应验算倾覆和滑移。3）高层建筑基础必须有足够的埋置深度，主要是考虑：(1)防止基础发生滑移和倾斜，提高基础的稳定性。(2)增大埋深，可以提高地基的承载力，减少基础的沉降量。(3)增大埋深后，地面运动时，阻尼增大，可减轻震害。,
