高层建筑Word文件下载.docx
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当建筑高度超过100m时，称为超高层建筑。
我国的房屋一般8层以上就需要设置电梯，对10层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范，因此我国的《民用建筑设计通则》（GB50352—2005）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）将10层及10层以上的住宅建筑和高度超过24m的公共建筑和综合性建筑划称为高层建筑。
2.国外对高层定义
在美国，24.6m或7层以上视为高层建筑；
在日本，31m或8层及以上视为高层建筑；
在英国，把等于或大于24.3m得建筑视为高层建筑。
1、引言
自1885年美国兴建第一幢高层建筑——芝加哥保险公司大楼（10层，55m）以来，高层建筑的发展很快，从20世纪初至1979年，全世界建成200m以上的高层建筑有50幢以上，其中大部分建筑在美国。
其中著名的有1972年建造的纽约世界贸易中心大厦（110层，417m，415m），1974年建造的美国芝加哥西尔斯大厦（SearsTower，110层，443m）。
在我国，目前高度在104m以上的高层建筑超过100幢，分布在上海、广州、北京、深圳等20个大城市，其中以上海为最多。
1998年建成的金茂大厦（88层，420.5m），是世界第三高楼。
2、高层建筑结构设计特点
（1）水平荷载成为决定因素。
一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；
而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；
另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
（2）轴向变形不容忽视。
高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；
还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；
另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。
（3）侧移成为控制指标。
与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。
随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
（4）结构延性是重要设计指标。
相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，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恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
3、高层建筑的结构体系
（1）框架－剪力墙体系。
当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架－剪力墙体系。
在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。
在体系中框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。
框架－剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。
剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架－剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。
（2）剪力墙体系。
当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。
在剪力墙体系中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。
剪力墙体系属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。
剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架－剪力墙体系。
（3）筒体体系。
凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体、筒体－框架、筒中筒、多束筒等多种型式。
筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。
实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。
筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层
4、高层建筑结构分析
4.1高层建筑结构分析的基本假定
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件（框架、剪力墙、筒体等）通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。
要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。
各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。
下面是常见的一些基本假定：
（1）弹性假定。
目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。
在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。
但是在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移，出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。
此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。
（2）小变形假定。
小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。
但有不少人对几何非线性问题（P－Δ效应）进行了一些研究。
一般认为，当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>
1/500时,P－Δ效应的影响就不能忽视了。
（3）刚性楼板假定。
许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。
这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法。
并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。
一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。
但是，对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，楼板变形的影响较大。
特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。
可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。
（4）计算图形的假定。
高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种：
（1）一维协同分析。
按一维协同分析时，只考虑各抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。
在水平力作用下，将结构体系简化为由平行水平力方向上的各榀抗侧力构件组成的平面结构。
根据刚性楼板假定，同一楼面标高处各榀抗侧力构件的侧移相等，由此即可建立一维协同的基本方程。
在扭矩作用下，则根据同层楼板上各抗侧力构件转角相等的条件建立基本方程。
一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。
（2）二维协同分析。
二维协同分析虽然仍将单榀抗侧力构件视为平面结构，但考虑了同层楼板上各榀抗侧力构件在楼面内的变形协调。
纵横两方向的抗侧力构件共同工作，同时计算；
扭矩与水平力同时计算。
在引入刚性楼板假定后，每层楼板有三个自由度u，v，θ（当考虑楼板翘曲是有四个自由度），楼面内各抗侧力构件的位移均由这三个自由度确定。
剪力楼板位移与其对应外力作用的平衡方程，用矩阵位移法求解。
二维协同分析主要为中小微型计算机上的杆系结构分析程序所采用。
（3）三维空间分析。
二维协同分析并没有考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调（竖向位移和转角的协调），而且，忽略抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥当的。
三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度。
4.2高层建筑
（1）框架－剪力墙结构
框架－剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大都采用连梁连续化假定。
由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。
由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式亦不相同。
框架－剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。
（2）剪力墙结构
剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。
单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。
不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。
剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法。
此法较为精确，而且对各类剪力墙都能适用。
但因其自由度较多，机时耗费较大，目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。
（3）筒体结构
筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：
等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。
等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。
一种是只作几何分布上的连续化，以便用连续函数描述其内力；
另一种是作几何和物理上的连续处理，将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板，以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。
具体应用有连续化微分方程解法、框筒近似解法、拟壳法、能量法、有限单元法、有限条法等。
等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法来分析。
这一类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。
具体应用包括等代角柱法、展开平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子结构法。
比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆－薄壁杆系矩阵位移法。
这种方法将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构。
空间梁柱每端节点有6个自由度。
核心筒或剪力墙的墙肢采用符拉索夫薄壁杆件理论分析，每端节点有7个自由度，比空间杆增加一个翘曲自由度，对应的内力是双弯矩。
三维空间分析精度较高，但它的未知量较多，计算量较大，在不引入其它假定时，每一楼层的总自由度数为6Nc+7Nw（Nc、Nw为柱及墙肢数目）。
通常均引入刚性楼板假定，并假定同一楼面上各薄壁柱的翘曲角相等，这样每一楼层总自由度数降为3（Nc+Nw）＋4，这是目前工程上采用最多的计算模型。
5、结论
随着高层建筑进一步的发展，满足高层建筑的形式，材料，力学分析模型都将日趋复杂多元，为了革新高层建筑，体现其魅力，追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。
剪力墙的位置：
1）遵循均匀、分散、对称和周边的原则。
2）剪力墙应沿房屋纵横两个方向布置。
3）剪力墙宜布置在房屋的端部附近、平面形状变化处、恒荷载较大处以及楼（电）梯处。
4）在平面布置上尽可能均匀、对称，以减小结构扭转。
不能对称时，应使结构的刚度中心和质量中心接近。
5）在竖向布置上应贯通房屋全高，使结构上下刚度连续、均匀。
6）可布置成单片形（不少于三道，长度不超过8m）、L形、槽形、工字形、十字形或筒形最佳，H/L≥2。
7）洞口布置在截面中部，避免布置在剪力墙端部或柱边。
（2）剪力墙的间距：
为了保证楼（屋）盖的侧向刚度，避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形应控制剪力墙的最大间距。
（3）剪力墙的数量：
与结构体型、高度等有关。
从抗震性考虑，在一定范围内数量越多越好；
从经济性考虑，数量太多会使结构刚度和自重很大，地震力和材料用量增大，造价提高，基础设计困难。
因此，剪力墙的数量应适宜，只需满足侧向变形的限值即可。
（剪力墙的数量：
规范要求剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力距不宜小于结构总底部地震倾覆力距的50%）
成片的剪力墙最好对称布置，必须遵循“均匀、对称、周边、分散”的原则。
因为在地震时全靠它抵抗地震剪力。
根据高层砼规范7.2.2条第5款，剪力墙井筒中，分割电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小，但不宜小于160mm
第一章高层建筑结构体系及布置
1．高层建筑结构的特点如何？
答：
高层建筑结构要抵抗竖向和水平荷载，在地震区，还要抵抗地震作用。
在较低的建筑结构中，往往竖向荷载控制着结构设计；
随着建筑高度的增大，水平荷载效应逐渐增大；
在高层建筑结构中，水平荷载和地震作用却起着决定性作用。
因此，在高层建筑结构设计时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要求有足够的刚度，使结构在水平荷载作用下产生的位移限制在一定的范围内，以保证建筑结构的正常使用和安全。
另外，相对于低层建筑而言，高层建筑相对较柔，因此在地震区，高层建筑结构应具有足够的延性。
也就是说，在地震作用下，结构进入弹塑性阶段后，仍具有抵抗地震作用的足够的变形能力，不致倒塌。
这样可以在满足使用条件下能达到既安全又经济的设计要求。
综上所述，对于高层建筑结构，抵抗水平力的设计是个关键，应该很好地理解上述特点，使所设计的结构具有足够的强度、刚度和良好的抗震性能，还要尽可能地提高材料利用率，降低材料消
2．高层建筑采用的结构可分为哪些类型？
各有何特点？
高层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-钢筋混凝土组合结构等类型。
钢筋混凝土结构具有造价较低、取材丰富、并可浇筑各种复杂断面形状，而且强度高、刚度大、耐火性和延性良好，结构布置灵活方便，可组成多种结构体系等优点，因此，在高层建筑中得到广泛应用。
当前，我国的高层建筑中钢筋混凝土结构占主导地位
钢结构具有强度高、构件断面小、自重轻、延性及抗震性能好等优点；
钢构件易于工厂加工，施工方便，能缩短现场施工工期。
近年来，随着高层建筑建造高度的增加，以及我国钢产量的大幅度增加，采用钢结构的高层建筑也不断增多。
更为合理的高层建筑结构为钢和钢筋混凝土相结合的组合结构和混合结构。
这种结构可以使两种材料互相取长补短，取得经济合理、技术性能优良的效果。
组合结构是用钢材来加强钢筋混凝土构件的强度，钢材放在构件内部，外部由钢筋混凝土做成，成为钢骨（或型钢）混凝土构件，也可在钢管内部填充混凝土，做成外包钢构件，成为钢管混凝土。
前者可充分利用外包混凝土的刚度和耐火性能，又可利用钢骨减小构件断面和改善抗震性能，现在应用较为普遍。
例如：
北京的香格里拉饭店就采用了钢骨混凝土柱。
混合结构是部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构（或部分采用钢骨混凝土结构）。
多数情况下是用钢筋混凝土做筒（剪力墙），用钢材做框架梁、柱。
3．何谓结构体系？
高层建筑中常用的结构体系有哪些？
各有何特点和适用？
结构体系是指结构抵抗外部作用的构件总体组成的方式。
在高层建筑中，抵抗水平力成为确定和设计结构体系的的关键问题。
高层建筑中常用的结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合。
（1）框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系。
这种体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。
框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业室、教室等。
需要时，可用隔断分隔成小房间，或拆除隔断改成大房间，因而使用灵活。
外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。
框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能。
但由于高层框架侧向刚度较小，结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构件（如填充墙、建筑装饰、管道设备等）在地震时破坏较严重，这是它的主要缺点，也是限制框架高度的原因，一般控制在10～15层。
框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；
可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可以采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。
现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。
（2）剪力墙结构体系
剪力墙结构体系是利用建筑物墙体承受竖向与水平荷载，并作为建筑物的围护及房间分隔构件的结构体系。
剪力墙在抗震结构中也称抗震墙。
它在自身平面内的刚度大、强度高、整体性好，在水平荷载作用下侧向变形小，抗震性能较强。
在国内外历次大地震中，剪力墙结构体系表现出良好的抗震性能，且震害较轻。
因此，剪力墙结构在非地震区或地震区的高层建筑中都得到了广泛的应用。
在地震区15层以上的高层建筑中采用剪力墙是经济的，在非地震区采用剪力墙建造建筑物的高度可达140m。
目前我国10～30层的高层住宅大多采用这种结构体系。
剪力墙结构采用大模板或滑升模板等先进方法施工时，施工速度很快，可节省大量的砌筑填充墙等工作量。
剪力墙结构的墙间距不能太大，平面布置不灵活，难以满足公共建筑的使用要求；
此外，剪力墙结构的自重也比较大。
为满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共房间，以及在住宅底层布置商店和公共设施的要求，可将剪力墙结构底部一层或几层的部分剪力墙取消，用框架来代替，形成底部大空间剪力墙结构和大底盘、大空间剪力墙结构；
标准层则可采用小开间或大开间结构。
当把底层做成框架柱时，成为框支剪力墙结构。
这种结构体系，由于底层柱的刚度小，上部剪力墙的刚度大，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大的内力及塑性变形，致使结构破坏较重。
因此，在地震区不允许完全使用这种框支剪力墙结构，而需设有部分落地剪力墙。
（3）框架-剪力墙结构体系
框架-剪力墙结构体系是在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。
由于框架结构具有侧向刚度差，水平荷载作用下的变形大，抵抗水平荷载能力较低的缺点，但又具有平面布置较灵活、可获得较大的空间、立面处理易于变化的优点；
剪力墙结构则具有强度和刚度大，水平位移小的优点与使用空间受到限制的缺点。
将这两种体系结合起来，相互取长补短，可形成一种受力特性较好的结构体系-框架-剪力墙结构体系。
剪力墙可以单片分散布置，也可以集中布置。
框架-剪力墙结构体系在水平荷载作用下的主要特征：
1）受力状态方面，框架承受的水平剪力减少及沿高度方向比较均匀，框架各层的梁、柱弯矩值降低，沿高度方向各层梁、柱弯矩的差距减少，在数值上趋于接近。
2）变形状态方面，单独的剪力墙在水平荷载作用下以弯曲变形为主，位移曲线呈弯曲型；
而单独的框架以剪切变形为主，位移曲线呈剪切型；
当两者处于同一体系，通过楼板协同工作，共同抵抗水平荷载，框架-剪力墙结构体系的变形曲线一般呈弯剪型。
由于上述变形和受力特点，框架-剪力墙结构的刚度和承载力较框架结构都有明显的提高，在水平荷载作用下的层间变形减小，因而减小了非结构构件的破坏。
在我国，无论在地震区还是非地震区的高层建筑中，框架-剪力墙结构体系得到了广泛的应用。
（4）筒体结构体系
筒体结构为空间受力体系。
筒体的基本形式有三种：
实腹筒、框筒及桁架筒。
用剪力墙围成的筒体称为实腹筒。
在实腹筒的墙体上开出许多规则的窗洞所形成的开孔筒体称为框筒，它实际上是由密排柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。
如果筒体的四壁是由竖杆和斜杆形成的桁架组成，则成为桁架筒；
如果体系是由上述筒体单元所组成，称为筒中筒或组合筒。
通常由实腹筒做内部核心筒，框筒或桁架筒做外筒。
筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。
无论哪一种筒体，在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有很好的抗扭刚度。
因此，该种体系广泛应用于多功能、多用途，层数较多的高层建筑中。
4．《高层建筑混凝土结构技术规程》将高层建筑分为了哪两级？
《高层建筑混凝土结构技术规程》，对各种结构体系的高层建筑最大适用高度做出了规定。
规程中将高层建筑分为了两级，即常规高度的高层建筑（A级）和超限高层建筑（B级）。
5．《建筑抗震设计规范》根据建筑使用功能的重要性，将建筑抗震设防类别分为哪四个抗震设防类别？
《建筑抗震设计规范》根据建筑使用功能的重要性，将建筑抗震设防类别分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。
甲类建筑为属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑；
乙类建筑为属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑；
丙类建筑属于甲、乙、丁类建筑以外的一般建筑；
丁类建筑属于抗震次要建筑。
6．何谓“概念设计”？
什么情况下还要正确运用“概念设计”？
哪些方面须用概念设计的方法加以正确处理？
“概念设计”是指对一些难以做出精确计算分析，或在某些规程中难以具体规定的问题，应该由设计人员运用概念进行判断和分析，以便采取相应的措施，做到比较合理地进行结构设计。
理论与实践均表明，一个先进而合理的设计，不能仅依靠力学分析来解决。
因为对于较复杂的高层建筑，某些部位无法用解析方法精确计算；
特别是在地震区，地震作用的影响因素很多，要求精确计算是不可能的。
因此，不能仅仅依赖于“计算设计”，还要正确运用“概念设计”。
须用概念设计的方法加以正确处理的方面：
结构平面布置、结构竖向布置、变形缝的设置、基础设计。
7．结构平面布置与结构竖向布置有哪些要求？
（1）结构平面布置
高层建筑的开间、进深尺寸和选用的构件类型应符合建筑模数，以利于建筑工业化。
在一个独立的结构单元内，宜使结构平面形状和刚度均匀对称。
需要抗震设防的高层建筑，其平面布置应符合下列要求：
1）平面宜简单、规则、对称、减少偏心；
2）平面长度
不宜过长，突出部分长度
不宜过长，
、
值宜满足教材表1－3的要求；
3）不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。
（2）结构竖向布置
高层建筑中控制侧向位移常常成为结构设计的主要控制因素。
而且随着高度增加，倾覆力矩也相应迅速增大。
因此，高层建筑的高宽比
不宜过大。
一般将高宽比
控制在5～6以下，
是指建筑物地面到檐口高度，
是指建筑物平面的短方向总宽。
当设防烈度在8度以上时，
限制应更严格一些。
高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，这些应遵循《高层规程》中的具体规定。
8．基础设计的一般原则有哪些？
基础设计的一般原则：
（1）上部结构的特点是选择基础设计方案的重要因素。
基础设计时要把地基、基础和上部结构当成一个整体来考虑：
当上部结构刚度和整体性较差，地基软弱，且不均匀时，基础刚度应适当加强；
当上部结构刚度和整体性较好，荷载分布较均匀，地基也比较坚硬时，则基础刚度可适当放宽。
（2）一般情况下，地基的土质均匀，承载力高、沉降量小时，可以采取天然地基和竖向刚度较小的基础；
反之，则应采用人工地基或竖向刚度较大的整体式基础。
（3）单独基础和条形基础整体性差，竖向刚度小，不容易调整各部分地基的差异沉降，除非将基础搁置在未风化或微风化岩层上，否则不宜在高层建筑中应用。
在层数较少的裙房中应用时，也需在单独柱基之间
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