高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計（第2版）第二章高層建筑結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置

第2章高層建筑結(jié)構(gòu)體系

與結(jié)構(gòu)布置2主要內(nèi)容1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系2.結(jié)構(gòu)平面布置3.結(jié)構(gòu)豎向布置4.結(jié)構(gòu)縫設(shè)置5.高層建筑水平承重結(jié)構(gòu)選型6.高層建筑基礎(chǔ)選型3高層建筑結(jié)構(gòu)選型的主要內(nèi)容選擇合適的豎向承重結(jié)構(gòu)（框架、剪力墻、框架-剪力墻、筒體等）；選擇合適的水平承重結(jié)構(gòu)（單向板肋形樓蓋、雙單向板肋形樓蓋、井式樓蓋、密肋樓蓋、無梁樓蓋等）；選擇合適的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等）。4

高層建筑結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件是梁、柱、墻、支撐和筒體，這些構(gòu)件的組合形成了建筑的結(jié)構(gòu)體系，影響著結(jié)構(gòu)的受力性能

；選擇結(jié)構(gòu)體系要考慮的因素有：房屋高度、高寬比、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場地類別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)等。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系5所選結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合如下要求：

（1）滿足使用要求；（2）盡可能與建筑形式相一致；（3）平面和立面形式規(guī)則，受力好，有足夠的承載力、剛度和延性；（4）施工簡便；（5）經(jīng)濟合理。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系61.1框架結(jié)構(gòu)

框架是指同一平面內(nèi)由水平橫梁和豎柱通過剛性節(jié)點連接在一起，形成矩形網(wǎng)格的形式（見左下圖）?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系是指沿房屋的縱向和橫向均采用框架作為承重和抵抗側(cè)力的主要構(gòu)件所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系（見右下圖）。常用建筑結(jié)構(gòu)體系1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系71.高層建筑結(jié)構(gòu)體系8水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的位移圖2.2水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的剪切型變形側(cè)移曲線1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系9（1）適用范圍：鋼與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中；非抗震區(qū)和抗震區(qū)層數(shù)較少的建筑.

（2）承載結(jié)構(gòu)：梁（主要承受彎矩和剪力，軸力較少），

柱（主要承受軸力和彎矩，剪力較少）（3）優(yōu)點：能提供較大的空間，平面布置靈活。

缺點：a）層數(shù)受限（層數(shù)高將導(dǎo)致梁柱截面過大和配筋增多)；建造高度不超過60m。

b）較大側(cè)向位移（抗側(cè)剛度?。?；

c）震害較大。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系10民用建筑的柱網(wǎng)和層高根據(jù)建筑使用功能而定。圖2.3民用建筑的柱網(wǎng)布置1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系11

工業(yè)建筑的柱網(wǎng)尺寸和層高根據(jù)生產(chǎn)工藝要求而定。車間的柱網(wǎng)可歸納為內(nèi)廊式和等跨式兩種（見下圖）。圖2.4工業(yè)建筑的柱網(wǎng)布置1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系121.2剪力墻結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是指用鋼筋混凝土墻板來承受豎向荷載和水平荷載的空間結(jié)構(gòu)，墻體亦同時作為維護和分隔構(gòu)件。鋼筋混凝土剪力墻是一種能較好地抵抗水平荷載的墻，因此又被稱為抗震墻，結(jié)構(gòu)墻。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系13水平荷載作用下剪力墻結(jié)構(gòu)的位移

在承受水平荷載作用時，剪力墻相當(dāng)于一下部嵌固的懸臂深梁，剪力墻的側(cè)向位移曲線呈彎曲型，結(jié)構(gòu)層間位移隨樓層增高而增大圖2.6水平荷載作用下剪力墻結(jié)構(gòu)的位移1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系14

剪力墻對側(cè)向荷載的反應(yīng)與它的平面形狀有很大關(guān)系，即與其抗彎剛度的大小有關(guān)。下圖列出了一些常用的剪力墻截面形式。圖2.7典型的剪力墻結(jié)構(gòu)形式1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系15（1）適用范圍：

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中（住宅，旅館）；一般在10～40層范圍內(nèi)都可采用，從經(jīng)濟上分析，剪力墻結(jié)構(gòu)以30～40層左右為宜。

(2)受力特點：

抗側(cè)力能力強，變形小，抗震性能好。以彎曲變形為主，結(jié)構(gòu)層間位移隨樓層增高而增大.

剪力墻作為平面構(gòu)件，在自身平面內(nèi)承載力和剛度較大，平面外的承載力和剛度較小，結(jié)構(gòu)設(shè)計時一般不考慮墻的平面外承載力和剛度。因此，剪力墻要雙向布置，分別抵抗各自平面內(nèi)的側(cè)向力，抗震設(shè)計的剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量使兩個方向的剛度接近。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系16

墻體的平面布置應(yīng)綜合考慮建筑使用功能、構(gòu)件類型、施工工藝及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)等因素加以確定。剪力墻結(jié)構(gòu)體系的典型布置見下圖。圖2.8剪力墻結(jié)構(gòu)體系的典型布置1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系17大連友誼廣場商住樓結(jié)構(gòu)平面圖1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系18（3）優(yōu)缺點：

a）剪力墻間距太小，平面布置不靈活，不適于建造公共建筑；剪力墻的間距受樓板構(gòu)件跨度的限制，一般為3～8mb）結(jié)構(gòu)自重較大，比框架結(jié)構(gòu)剛度大，空間整體性好；

c）結(jié)構(gòu)頂點水平位移和層間位移通常較?。?/p>

d）能滿足抗震設(shè)計變形要求。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系191.3框架—剪力墻結(jié)構(gòu)

在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻可以組成框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，豎向荷載主要由框架承受，水平荷載主要由剪力墻承受。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系20框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的組成形式一般有：

（1）框架與剪力墻（單片墻、聯(lián)肢墻或較小井筒）分開布置，各自形成抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。（2）在框架結(jié)構(gòu)的若干跨度內(nèi)嵌入剪力墻（有邊框剪力墻）。下圖為北京飯店平面圖

（3）在單片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)內(nèi)連續(xù)布置框架和剪力墻。（4）上述兩種或幾種形式的混合。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系21圖2.11框-剪結(jié)構(gòu)變形特點1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系22（a）框架（b）剪力墻（c）框架-剪力墻圖2.12水平荷載作用下框-剪結(jié)構(gòu)的位移1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系23（1）適用范圍：高層辦公和旅館建筑中；（2）承載結(jié)構(gòu)：框架和剪力墻（3）優(yōu)缺點：

底部：剪力墻承受剪力，有利于控制框架的變形；頂部：框架的水平位移較剪力墻的小，可控制剪力墻的變形。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系241.4筒體結(jié)構(gòu)

層數(shù)超過40～50層時的超高層建筑，需要抗側(cè)剛度更大的結(jié)構(gòu)體系。筒體結(jié)構(gòu)體系的概念是在20世紀(jì)60年代初由美國工程師法盧齊·坎恩提出來的，他設(shè)計了第一幢鋼框筒結(jié)構(gòu)——

芝加哥43層的德威特切斯納特公寓。美國休斯敦市52層、高218m的貝殼廣場大廈是按著筒體概念設(shè)計的第一幢鋼筋混凝土高樓。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系25

筒體結(jié)構(gòu)由剪力墻或密柱框架組成，具有很大的空間剛度和抗側(cè)、抗扭能力，用于承受水平荷載。筒體有如以樓板作為剛性隔板加勁的箱形截面豎向懸臂梁。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系26筒體結(jié)構(gòu)的組成和分類（1）組成：

1）將剪力墻在平面內(nèi)圍起來，形成豎向布置的空間剛度很大的薄壁筒；

2）加密框架柱距（通常不大于3m），并加強梁的剛度，形成空間整體受力的框筒；（2）分類（房屋高度、荷載性質(zhì)、建筑功能、建筑美學(xué)）

1）框筒結(jié)構(gòu)；

2）筒中筒結(jié)構(gòu)；

3）框架核心筒結(jié)構(gòu)、

4）束筒結(jié)構(gòu)；1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系27筒體結(jié)構(gòu)類型1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系281）框筒結(jié)構(gòu)

框筒是由一般的框架結(jié)構(gòu)發(fā)展起來的，它不設(shè)內(nèi)部支撐式墻體，僅靠懸臂筒體的作用來抵抗水平力。為減少樓蓋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和撓度，中間往往要布置一些柱子，以承受樓面豎向荷載，如下圖所示。通常假定設(shè)置的內(nèi)部柱子只承受豎向荷載，不分擔(dān)外部的水平荷載。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系291.高層建筑結(jié)構(gòu)體系30

框筒結(jié)構(gòu)體系具有很大的抗側(cè)和抗扭剛度，適宜于平面布置靈活、室內(nèi)活動余地大的功能要求?？蛲步Y(jié)構(gòu)最明顯的應(yīng)用是美國紐約世界貿(mào)易中心大廈（110層，402m，見下圖）1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系31桁架式筒體

為了盡量減少剪力滯后效應(yīng)，外筒的四周需進一步加強，桁架式筒體就是在房屋四周的外柱之間用巨大的斜撐連接做成桁架（見下圖）。這樣剪力主要由斜撐而不是窗裙梁承擔(dān)，斜撐主要在軸向直接承受水平側(cè)向力，也作為斜柱支承豎向荷載。與框筒相比，它更加節(jié)省材料。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系321.高層建筑結(jié)構(gòu)體系33芝加哥約翰.漢考克大廈1969年在芝加哥建成的約翰·漢考克大廈，采用鋼桁架式筒體結(jié)構(gòu)，每邊墻上有五個巨大的X斜撐，有效地把集中荷載分布到整個結(jié)構(gòu)中去，使其近似于一個理想懸臂梁工作。紐約帝國大廈（102層）的用鋼量為2.06kN/m2，而漢考克大廈（100層）僅為1.45kN/m2。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系342）框架—筒體結(jié)構(gòu)

框架—筒體結(jié)構(gòu)一般在中央布置剪力墻薄壁筒，外框筒側(cè)向變形仍以剪切型為主，而核心筒通常是以彎曲型變形為主，兩者通過平面內(nèi)剛度很大的樓板聯(lián)系，以保證協(xié)調(diào)工作。它們協(xié)同工作的原理與框架—剪力墻類似。在下部，核心筒承擔(dān)大部分水平剪力；在上部，水平剪力逐步轉(zhuǎn)移到外框筒上。其抗側(cè)剛度遠大于框架—剪力墻。常用于50層左右的高層建筑中，最高可建到100層。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系35a）上海聯(lián)誼大廈（29層，高108.65m）；b）上海華東電管局（24層，高123m）；c）上海虹橋賓館平面圖（35層，高103.7m）；d）廣東肇慶星湖大酒店（34層，高118.4m）；1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系363）筒中筒結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)由內(nèi)外兩層筒體組合而成，筒中筒結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大于框架—筒體結(jié)構(gòu)，具有很大的抗側(cè)能力和抗扭能力；內(nèi)外筒之間的空間較大，可以靈活地進行平面布置；通過設(shè)計各種不同平面的筒體，可獲得較好的立面效果；此種筒體結(jié)構(gòu)一般用于65層左右的公用建筑中。圖2.17是香港中環(huán)廣場的剖面、平面圖。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系37圖2.17香港中環(huán)廣場的剖面、平面圖（CenterPlaza，78層，372m）1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系38筒中筒結(jié)構(gòu)實例a)深圳國際貿(mào)易中心(48層,高160m);b)上海電信大樓(24層,高110m)1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系39c)香港合和中心(64層,高215m)d)東京新宿住友大廈(三重筒體52層,高200m)1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系404）束筒結(jié)構(gòu)

兩個以上框筒（或其他筒體）排列在一起成束狀，稱為束筒。束筒結(jié)構(gòu)中的每一個框筒，可以是方形、矩形或者三角形(圖2.19)；多個框筒可以組成不同的平面形狀，其中任一個筒可以根據(jù)需要在任何高度終止。特點：集中了多個筒體共同抵御外部荷載，因而具有比筒中筒結(jié)構(gòu)更大的抗側(cè)能力，常用于75層以上的高層建筑中。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系41（a）三角形束筒（b）圓形束筒圖2.19束筒結(jié)構(gòu)1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系421.5.1鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)體系1.5新型結(jié)構(gòu)體系

鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)體系有兩種形式，一種是型鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)，即把型鋼埋入鋼筋混凝土中的一種獨立結(jié)構(gòu)形式；另一種是鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系，鋼管混凝土構(gòu)件是指在鋼管中充填素混凝土而形成的組合構(gòu)件。鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)體系主要有：

1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系43（1）鋼筋混凝土外框筒—鋼框架組合體系

這種體系主要是靠鋼筋混凝土外框筒抵抗水平荷載，內(nèi)部鋼框架僅需承擔(dān)豎向荷載。鋼柱可以按軸心受壓構(gòu)件計算，使截面尺寸達到最小值。圖2.22鋼筋混凝土外框筒—鋼框架組合體系平面1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系44

該結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點是：

①結(jié)合了鋼筋混凝土外框筒與鋼框架的優(yōu)點，內(nèi)部鋼框架僅承受豎向荷載，這樣既可發(fā)揮鋼框架結(jié)構(gòu)跨度大，重量輕的特點，且無需剛性節(jié)點，還可以賦予芯體設(shè)計的靈活性，平面上不強求正平面。

②這種組合體系能得出較輕的結(jié)構(gòu)，施工速度也較快，內(nèi)部鋼框架的安裝和外圈鋼筋混凝土框筒的澆灌可以交錯進行。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系45

坐落在美國新奧爾良市52層的貝殼廣場大廈如下圖所示。其外框筒柱距3.05m，內(nèi)鋼柱設(shè)在建筑核心四周，樓板梁邊跨度12.2m。圖2.23貝殼廣場大廈1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系46（2）鋼筋混凝土核心筒—鋼框架組合體系

鋼筋混凝土核心筒—鋼框架組合體系是指由鋼筋混凝土芯筒及鉸接或剛接鋼框架所組成的混合結(jié)構(gòu)體系,見下圖。圖2.24鋼筋混凝土核芯筒—鋼框架組合體系平面1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系47

混凝土芯筒是結(jié)構(gòu)體系中的主要的抗側(cè)力豎向構(gòu)件:

當(dāng)樓面外圈為剛接框架時，芯筒承擔(dān)著作用于整座樓房的水平荷載的大部分，小部分由鋼框架承擔(dān);

當(dāng)樓面外圈為鉸接框架時，芯筒則承擔(dān)樓房的全部水平荷載。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系48該結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點是：

①由于鋼框架極少承擔(dān)水平荷載，減少了抵抗這部分荷載的用鋼量。

②節(jié)點連續(xù)簡化，支撐亦取消，相應(yīng)費用亦減少。

③能充分發(fā)揮鋼柱抗壓強度高的性能，樓板結(jié)構(gòu)跨度可增大，使用面積得到了增加，也便于在底層布置大空間和大的出入口。

缺點是：混凝土核心筒布置不夠靈活，墻體也占據(jù)了空間.1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系49

法國巴黎1974年建成的蒙帕納斯大廈，地面以上59層，高209m，如右圖所示。大樓建筑平面尺寸為61.8m×37.9m，框架柱距5.37m，主梁跨度11m。樓面中心部位設(shè)置一個現(xiàn)澆鋼筋混凝土芯筒，其平面尺寸，42層以下，為37.3m×14.2m；43層以上，為21.5m×14.2m。圖2.25蒙帕納斯大廈的典型層結(jié)構(gòu)平面1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系50

上海希爾頓酒店也采用該結(jié)構(gòu)體系，地下1層，地面以上43層，高143m。其建筑平面的形狀為切角的三角形（見下圖），房屋高寬比為4.4，鋼框架柱距4m、8m，截面尺寸為0.4m×0.4m，樓面中心部位設(shè)置一個多邊形現(xiàn)澆鋼筋混凝土芯筒，墻沿高度分三段變化，為30～50cm。圖2.26上海希爾頓酒店的典型層結(jié)構(gòu)平面1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系511.5.2帶剪力墻的鋼框架結(jié)構(gòu)體系

在鋼框架內(nèi)嵌入鋼筋混凝土剪力墻板，并與鋼框架采取有效的連接時，可充當(dāng)鋼框架的支撐，大大增加鋼框架的抗側(cè)剛度，在日本的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中應(yīng)用較多。鋼筋混凝土墻分成預(yù)制和現(xiàn)澆兩種。帶剪力墻的鋼框架結(jié)構(gòu)體系中，鋼框架是主要的承重構(gòu)件，鋼筋混凝土墻是主要的抗側(cè)力構(gòu)件。水平荷載引起的傾覆力矩主要由帶剪力墻的鋼框架來承擔(dān)。

剪力墻的常用做法如下：

1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系521）內(nèi)藏鋼板支撐的鋼筋混凝土剪力墻

內(nèi)藏鋼板支撐可采用X形支撐、V形支撐、人字形支撐等。

北京京城大廈（52層，高183m）采用了內(nèi)藏鋼板支撐剪力墻的框架體系結(jié)構(gòu)，該剪力墻是在鋼筋混凝土墻板內(nèi)埋入厚20mm、寬300mm的人字形鋼板支撐。圖2.27內(nèi)藏鋼板支撐的預(yù)制混凝土剪力墻墻板1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系532）帶豎縫的鋼筋混凝土剪力墻

帶豎縫混凝土剪力墻（見圖1.55）嵌固于框架梁柱之間，它只承受水平荷載產(chǎn)生的剪力，不考慮承受豎向荷載產(chǎn)生的壓力。帶豎縫混凝土剪力墻比實體剪力墻具有更好的抗震性能。北京京廣中心主樓（53層，高208m）采用了帶豎縫混凝土剪力墻框架體系。圖2.28帶豎縫的鋼筋混凝土剪力墻1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系541.5.3巨型結(jié)構(gòu)體系

由若干個巨大的豎向支撐結(jié)構(gòu)（組合柱、角筒體、邊筒體等）與梁式或桁架式轉(zhuǎn)換層結(jié)合形成第一級結(jié)構(gòu)，承受主要的水平和豎向荷載，普通的樓層梁柱為第二級結(jié)構(gòu)，將樓面重量以及承受的水平力傳遞到第一級結(jié)構(gòu)上去，這種多級結(jié)構(gòu)體系就是巨型結(jié)構(gòu)體系。

優(yōu)點：主次結(jié)構(gòu)受力明確，布置靈活，可滿足特殊建筑形式和建筑功能的要求，特別適合于在大型復(fù)雜的高層與超高層建筑中應(yīng)用。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系55

較為新穎的豎向承重結(jié)構(gòu)有懸掛結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型桁架結(jié)構(gòu)、剛性橫梁和剛性桁架結(jié)構(gòu)等.圖2.29新型豎向承重結(jié)構(gòu)體系（a）懸掛結(jié)構(gòu)（b）巨型框架結(jié)構(gòu)（c）巨型桁架(d)剛性橫梁或剛性桁架結(jié)構(gòu)1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系56香港匯豐銀行懸掛結(jié)構(gòu)

該樓由建筑師N﹒福斯特和結(jié)構(gòu)師O﹒阿呂普設(shè)計，1986年建成。其上部結(jié)構(gòu)43層，高180米，地下4層。主體為“柱—桁架懸吊”體系,即主體結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件為自基礎(chǔ)延伸至不同高度處的兩列巨型鋼立柱（每列4個共8個），主要承受全樓的重力荷載和水平荷載。每個立柱的平面尺寸為4.8m×5.1m，由4個圓鋼管柱組成，鋼管柱沿豎向每隔3.9m（層高）連以矩形截面加腋鋼梁，形成一空腹桁架式的豎向構(gòu)件，各樓層的重力荷載由5個在不同高程上設(shè)置的“兩層高伸臂桁架”分別承受。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系571.高層建筑結(jié)構(gòu)體系58平面（13~28層）1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系591.高層建筑結(jié)構(gòu)體系60巨型框架結(jié)構(gòu)

在高層建筑結(jié)構(gòu)中，巨型結(jié)構(gòu)體系具有良好的抗震性能和靈活空間，抵抗水平荷載是十分經(jīng)濟有效的，比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式節(jié)約鋼材40%

左右，而且又有較大的靈活空間。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系61巨型結(jié)構(gòu)體系的三個基本形式：圖2.32巨型框架的三個基本形式1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系62香港中銀大廈：由建筑師貝聿銘和結(jié)構(gòu)師羅伯遜、福勒設(shè)計，1988年建成。其上部結(jié)構(gòu)72層，高369米，地下4層。結(jié)構(gòu)特點是用8個豎向有斜撐的平面鋼桁架（外包混凝土成為組合構(gòu)件）組成一個從正方形底部升起逐漸收進到頂部一點的棱柱筒體，其中4個筒側(cè)的平面桁架具有交叉斜撐，其余均為以平面三角形組成的桁架，其實質(zhì)就是一個固定在地基上的豎向懸臂空間桁架結(jié)構(gòu)，大樓所受到的主要荷載最后都由位于大樓四角的巨型組合立柱承受，并傳遞至基礎(chǔ)。巨型桁架結(jié)構(gòu)1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系63（a）立面圖（b）樓層平面圖（c）角柱圖2.33巨型空間桁架-香港中銀大廈結(jié)構(gòu)1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系64（a）鋼結(jié)構(gòu)高層建筑各種結(jié)構(gòu)體系可能達到的高度1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系651.高層建筑結(jié)構(gòu)體系661.6結(jié)構(gòu)體系的選擇建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇主要考慮以下兩個方面：（1）考慮建筑功能要求;（2）按結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，根據(jù)房屋高度、高寬比、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場地類別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)條件等因素初步選擇。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系67

由于不同的結(jié)構(gòu)體系的承載力和剛度不同，因此其適用的高度和范圍也不一樣。鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的最大適用高度和高寬比分為A級和B級。

B級的限值可比A級放寬，但其結(jié)構(gòu)抗震等級、有關(guān)的計算和構(gòu)造措施應(yīng)相應(yīng)加嚴(yán)。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系68表2.1A級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度（m）1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計抗震設(shè)防烈度6度7度8度9度0.20g0.30g框架7060554035-框架-剪力墻1501301201008050剪力墻

全部落地剪力墻1501401201008060部分框支剪力墻1301201008050不應(yīng)采用筒體框架-核心筒1601501301009070筒中筒20018015012010080板柱-剪力墻11080705540不應(yīng)采用69表2.2B級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度（m）1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計抗震設(shè)防烈度6度7度8度0.20g0.30g框架-剪力墻170160140120100剪力墻全部落地剪力墻180170150130110部分框支剪力墻15014012010080筒體框架-核心筒220210180140120筒中筒30028023017015070

為了對結(jié)構(gòu)整體剛度、抗傾覆能力、整體穩(wěn)定、承載能力以及經(jīng)濟合理性進行宏觀控制，結(jié)構(gòu)高寬比H/B的限值應(yīng)符合表2.3的規(guī)定。表2.3鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)適用的最大高寬比（H/B）1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計抗震設(shè)防烈度6度、7度8度9度框架板柱-剪力墻框架-剪力墻、剪力墻框架-核心筒筒中筒567884567834567——44571選型實例:某20層高層建筑，層高4m，共80m。設(shè)計使用年限50年，設(shè)防烈度7度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第一組。樓板厚120mm，樓面活荷載取2.5kN/m2，樓梯間活載取3.5kN/m2。柱子截面尺寸：1～10層為1000mmх1000mm，10～20層為800mmх800mm；主梁截面尺寸：250mmх800mm，次梁截面尺寸：250mmх600mm。墻、柱采用C40混凝土，梁、板采用C30混凝土；受力鋼筋采用HRB335，箍筋、分布筋采用HPB300。1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系72選取框架結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)進行比較：1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系73計算結(jié)果：（1）結(jié)構(gòu)自振周期1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系74（2）結(jié)構(gòu)位移、層間彈性位移角1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系75（3）角柱內(nèi)力和軸壓比1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系76（4）剪重比（各層水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的剪力與該層重力荷載代表值之比）1.高層建筑結(jié)構(gòu)體系772.結(jié)構(gòu)平面布置

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，除了要根據(jù)結(jié)構(gòu)高度選擇合理的結(jié)構(gòu)體系外，還要恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計和選擇建筑物的平面、立面、剖面形狀和總體型，也即進行結(jié)構(gòu)布置。結(jié)構(gòu)布置主要包括以下內(nèi)容：（1）結(jié)構(gòu)平面布置，即確定梁、柱、墻、基礎(chǔ)、電梯井和樓梯等在平面上的位置；（2）結(jié)構(gòu)豎向布置，即確定結(jié)構(gòu)豎向形式、樓層高度、電梯機房、屋頂水箱、電梯井和樓梯的高度，是否設(shè)置地下室、轉(zhuǎn)換層、加強層、技術(shù)夾層以及它們的位置和高度等。78

建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性對抗震能力的重要影響的認(rèn)識始自若干現(xiàn)代建筑在地震中的表現(xiàn)。典型例子：1972年2月23日南美洲的馬那瓜地震。

馬那瓜有相距不遠的兩幢高層建筑，一幢為十五層高的中央銀行大廈，另一幢為18層高的美洲銀行大廈。當(dāng)?shù)氐卣鹆叶裙烙嫗?度。一幢破壞嚴(yán)重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復(fù)使用。2.結(jié)構(gòu)平面布置7915層高的為中央銀行大廈，

18層高的為美洲銀行大廈2.結(jié)構(gòu)平面布置80馬那瓜中央銀行大廈試問：那一幢破壞嚴(yán)重呢？馬那瓜美洲銀行大廈811）平面不規(guī)則4個樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻。4層以上的樓板僅為5cm厚，擱置在高45cm長14m小梁上。

2）豎向不規(guī)則塔樓上部（4層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4層樓板水平處的過渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（間距9.4m）。上下兩部分嚴(yán)重不均勻，不連續(xù)。主要破壞：第4層與第5層之間(豎向剛度和承載力突變),周圍柱子嚴(yán)重開裂，柱鋼筋壓屈；橫向裂縫貫穿3層以上的所有樓板(有的寬達1cm),直至電梯井東側(cè)；塔樓西立面、其他立面窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其它非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均嚴(yán)重破壞或倒塌。震后計算分析結(jié)果:1.結(jié)構(gòu)存在十分嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)效應(yīng);2.塔樓3層以上北面和南面大多數(shù)柱子抗剪能力大大不足,率先破壞；

3.水平地震作用下,柔而長的樓板產(chǎn)生可觀的豎向運動等。

馬那瓜中央銀行大廈

結(jié)構(gòu)是均勻?qū)ΨQ的，基本的抗側(cè)力體系包括4個L形的筒體，對稱地由連梁連接起來，這些連梁在地震時遭到剪切破壞，是整個結(jié)構(gòu)能觀察到的主要破壞。分析表明：1.對稱的結(jié)構(gòu)布置及相對剛強的聯(lián)肢墻，有效地限制了側(cè)向位移，并防止了明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；2.避免了長跨度樓板和砌體填充墻的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞；3.當(dāng)連梁剪切破壞后，結(jié)構(gòu)體系的位移雖有明顯增加，但由于抗震墻提供了較大的側(cè)向剛度，位移量得到控制。美洲銀行822.結(jié)構(gòu)平面布置83

馬那瓜中央銀行結(jié)構(gòu)（a）底層平面；（b）剖面2.結(jié)構(gòu)平面布置84尼加拉瓜美洲銀行平面2.結(jié)構(gòu)平面布置852.1結(jié)構(gòu)平面布置原則（1）簡單、規(guī)則、均勻、對稱；（2）選擇風(fēng)作用效應(yīng)較小的平面形狀（平面為圓形或橢圓形可比矩形減小風(fēng)荷20%~40%）；（3）結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響（平面規(guī)則，剛度中心與外載合力中心或重心重合）。（4）建筑平面各部位尺寸滿足下表要求。2.結(jié)構(gòu)平面布置86平面尺寸限值2.結(jié)構(gòu)平面布置設(shè)防烈度L/BL/Bmaxl/bL’/Bmaxl/Bmax6、7度≤6.0≤5.0≤2.0≥1.0≤0.358、9度≤5.0≤4.0≤1.5≥1.0≤0.30872.結(jié)構(gòu)平面布置882.2平面不規(guī)則的類型不規(guī)則類型定義和參考指標(biāo)

扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%,或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯層2.結(jié)構(gòu)平面布置89扭轉(zhuǎn)不規(guī)則凹凸角不規(guī)則2.結(jié)構(gòu)平面布置90局部不連續(xù)大開洞錯層2.結(jié)構(gòu)平面布置913.結(jié)構(gòu)豎向布置原則（1）結(jié)構(gòu)高寬比H/B限制；

高層建筑的高寬比不宜過大，一般情況下應(yīng)滿足表2.3，鋼筋混凝土高層建筑如不超出上面兩個表中的限值，一般可以不驗算傾覆安全度和整體穩(wěn)定性。

92（2）豎向體型變化要求對于結(jié)構(gòu)上下有收進或挑出時，其收進或挑出部分的尺寸限制如下：

上部樓層收進時，且H1/H＞0.2時，應(yīng)有B1/B≥0.75；

上部樓層外挑時，應(yīng)有B/B1≥0.9且a≤4m。圖2.36結(jié)構(gòu)豎向收進和外挑示意3.結(jié)構(gòu)豎向布置原則93(3)基礎(chǔ)設(shè)置

為了防止高層建筑發(fā)生傾覆和滑移，高層建筑的基礎(chǔ)應(yīng)有一定的埋置深度，埋置深度根據(jù)建筑物的高度、體型、地基土質(zhì)、抗震設(shè)防烈度等因素。地下室的結(jié)構(gòu)功能：（1）利用土體的側(cè)壓力防止水平力作用下結(jié)構(gòu)的滑移、傾覆；（2）減小土的重量，降低地基的附加壓力；（3）提高地基土的承載能力；（4）減少地震作用對上部結(jié)構(gòu)的影響3.結(jié)構(gòu)豎向布置原則94（4）豎向不規(guī)則的類型不規(guī)則類型定義和參考指標(biāo)

側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架等向下傳遞）樓層承載力突變抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%3.結(jié)構(gòu)豎向布置原則95沿豎向的側(cè)向剛度不規(guī)則（有柔軟層）豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)3.結(jié)構(gòu)豎向布置原則96豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)屈服抗剪強度不均勻（有薄弱層）

嚴(yán)重不規(guī)則是指體型復(fù)雜，多項不規(guī)則指標(biāo)超過表中指標(biāo)或某一項大大超過規(guī)定值，具有嚴(yán)重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，將會導(dǎo)致地震破壞的嚴(yán)重后果者。注：以上規(guī)定主要針對鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的多層和高層建筑。3.結(jié)構(gòu)豎向布置原則97墻身蓋縫4.變形縫的設(shè)置984.變形縫的設(shè)置99（1）變形縫分類:

溫度縫、沉降縫、防震縫；（2）各縫特點：

A溫度縫（伸縮縫）：為釋放建筑平面尺寸較大的房屋因溫度變化和混凝土干縮產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力而設(shè)。建筑設(shè)置伸縮縫的最大間距如下：結(jié)構(gòu)體系施工方法最大間距（m）框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆55剪力墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆454.變形縫的設(shè)置100建筑物長度過長時，設(shè)置溫度縫4.變形縫的設(shè)置101建筑物長度過長時，設(shè)置溫度縫4.變形縫的設(shè)置102可適當(dāng)放寬伸縮縫間距的措施：（1）頂層、底層、山墻和縱墻端開間等溫度變化影響較大的部位提高配筋率；（2）頂層加強保溫隔熱措施，外墻設(shè)置外保溫層；（3）每30-40m間距留出施工后澆帶，帶寬800-1000mm，鋼筋采用搭接接頭，后澆帶宜在45d后澆灌。4.變形縫的設(shè)置103（4）采用收縮小的水泥，減少水泥用量，在混凝土中加入適宜的外加劑；（5）提高每層樓板的構(gòu)造配筋率或采用部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。（6）頂部樓層改用剛度較小的結(jié)構(gòu)形式或頂部設(shè)局部溫度縫，將結(jié)構(gòu)劃分為長度較短的區(qū)段。4.變形縫的設(shè)置104B沉降縫：當(dāng)相鄰部分基礎(chǔ)、埋深不一致、地基土層變化很大或房屋層數(shù)、荷載相差懸殊時，應(yīng)設(shè)沉降縫將相鄰部分分開。沉降縫在基礎(chǔ)處必須斷開。建筑物各部分不均勻沉降的三種處理方法：1）放—設(shè)沉降縫，讓各部分自由沉降，互不影響，避免出現(xiàn)由于不均勻沉降時產(chǎn)生的內(nèi)力。2）抗—采用端承樁或利用剛度很大的基礎(chǔ)3）調(diào)—調(diào)整地基壓力、調(diào)整施工順序（先主樓后裙房）、預(yù)留沉降差。4.變形縫的設(shè)置105某建筑高層與裙房之間設(shè)沉降縫106華東電管局結(jié)構(gòu)高差及荷載懸殊107虹橋金橋大廈結(jié)構(gòu)高差及荷載懸殊108相鄰部分結(jié)構(gòu)差異大109建筑在原來內(nèi)庭園中加建-——新老建筑相鄰110C防震縫：

房屋的平面較復(fù)雜，或房屋有較大錯層，或部分結(jié)構(gòu)的剛度、荷載相差懸殊而又未采用有效措施時設(shè)置。防震縫最小寬度（新規(guī)程）：框架結(jié)構(gòu)：高度不超過15m，取100mm；超過15m，框—剪：按上述數(shù)值的70%采用，≥100mm剪力墻：按上述數(shù)值的50%采用，≥100mm6度7度8度9度每增加5m4m3m2m縫加寬20mm20mm20mm20mm4.變形縫的設(shè)置111新老建筑相鄰華山醫(yī)院病房樓112某社會福利院113變形縫將復(fù)雜形體建筑劃分為相對簡單的獨立的單元大臺階與主體建筑脫開

雙側(cè)懸挑設(shè)縫

雙柱設(shè)縫114高層建筑設(shè)計和施工設(shè)縫經(jīng)驗：

高層建筑結(jié)構(gòu)宜調(diào)整平面形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)布置，采取構(gòu)造和施工措施，盡量不設(shè)變形縫；當(dāng)需設(shè)縫時，應(yīng)將高層建筑結(jié)構(gòu)劃分為獨立的結(jié)構(gòu)單元，并設(shè)置必要的縫寬，以防震害。變形縫的縫寬應(yīng)滿足防震縫最小寬度的要求。4.變形縫的設(shè)置115不設(shè)變形縫的做法●加強基礎(chǔ)處理●加強結(jié)構(gòu)易變形處的剛度●做后澆板帶上海海侖賓館上海太平洋飯店4.變形縫的設(shè)置116施工后澆帶4.變形縫的設(shè)置117用雙柱方案設(shè)縫上海浦東國際機場候機樓設(shè)變形縫處建筑的結(jié)構(gòu)布置：●在變形縫的兩側(cè)設(shè)雙墻或雙柱

—做法較為簡單，但易使縫兩邊的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)產(chǎn)生偏心（用于伸縮縫時因基礎(chǔ)可不斷開，所以無此問題）118●在變形縫的兩側(cè)用水平構(gòu)件懸臂向變形縫的方向挑出—基礎(chǔ)部分容易脫開距離，設(shè)縫較方便，特別適用于沉降縫

用懸臂方案設(shè)縫時基礎(chǔ)的狀況2－2

某用單邊懸臂方案設(shè)縫的建筑實例AAA-A119■懸臂方案實例(1)上海曙光醫(yī)院柱網(wǎng)■懸臂方案實例(2)新老建筑交接處新建筑結(jié)構(gòu)退讓原基礎(chǔ)再出挑與老建筑設(shè)縫連接建成后室內(nèi)某建筑設(shè)計研究院擴建1215.水平承重結(jié)構(gòu)選型（1）

樓蓋的作用

將各豎向抗力結(jié)構(gòu)（剪力墻、框架、筒體等）連接起來形成空間結(jié)構(gòu)。水平力通過樓板平面進行傳遞和分配，樓板在自身平面內(nèi)應(yīng)有足夠大的剛度。（2）

樓蓋的分類按施工方式分：現(xiàn)澆、裝配式、裝配整體式

122按結(jié)構(gòu)形式分：1）肋形樓蓋（包括梁板式樓蓋單向板肋梁樓蓋、雙向板肋梁樓蓋、密肋樓蓋或井式樓蓋）；

具有板薄，混凝土用量少，自重輕，施工方便，較經(jīng)濟的特點。但板底不平，可能影響美觀和使用。

肋形樓蓋在多高層建筑中廣泛應(yīng)用，一般采用現(xiàn)澆式。要求混凝土等級不應(yīng)低于C20，不宜高于C40。

5.水平承重結(jié)構(gòu)選型123梁板式樓蓋組成：

由板、次梁、主梁以及豎向承重的柱或墻所組成；優(yōu)點：有較好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)；缺點：占用空間較大，不便于布置管線，要求較大的層高。5.水平承重結(jié)構(gòu)選型124密肋樓蓋或井式樓蓋組成：板底有規(guī)則的“挖空”，縱橫兩向肋（梁）高度相同，間距相同。間距小于1.5米為密肋樓蓋，間距為2~3米為井式樓蓋；優(yōu)點：可以在不增加結(jié)構(gòu)自重的前提下，增加板的結(jié)構(gòu)高度，從而增大結(jié)構(gòu)跨度；而且，密肋樓蓋和井式樓蓋的建筑效果也較好；限制：鋼筋混凝土密肋樓蓋的跨度一般不超過9米，預(yù)應(yīng)力混凝土密肋樓蓋的跨度一般不超過12米。5.水平承重結(jié)構(gòu)選型1252）平板（包括非預(yù)應(yīng)力混凝土平板、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土平板、空心平板）；

平板樓面一般用于剪力墻結(jié)構(gòu)或筒體結(jié)構(gòu)。板底平整，可不另加吊平頂；結(jié)構(gòu)厚度小，適應(yīng)于層高較低的情況；缺點：適用的跨度不能太大，一般非預(yù)應(yīng)力平板跨度不大于6-7m，預(yù)應(yīng)力平板不大于9m，否則厚度太大不經(jīng)濟。5.水平承重結(jié)構(gòu)選型1263）無梁樓蓋

無梁樓蓋是在柱網(wǎng)尺寸近似方形以及層高受限制時采用的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，分為現(xiàn)澆帶柱帽（托板）和不帶柱帽（托板）兩種。對于普通混凝土結(jié)構(gòu)，無柱帽時跨度不宜大于7m