1、1.1.3 3 高層建筑結構的發展展望高層建筑結構的發展展望目前我國高層建筑的發展特點：目前我國高層建筑的發展特點：u層數不斷增多，高度不斷加大層數不斷增多，高度不斷加大u高層建筑向多用途、多功能方向發展高層建筑向多用途、多功能方向發展u平面布置和立面體型日益復雜化平面布置和立面體型日益復雜化u結構體系日趨多樣化結構體系日趨多樣化u高強材料和新技術的應用高強材料和新技術的應用u玻璃幕墻的廣泛應用玻璃幕墻的廣泛應用u計算機應用水平迅速提高計算機應用水平迅速提高u設計規程的不斷完善設計規程的不斷完善1.3 1.3 高層建筑結構的發展展望高層建筑結構的發展展望2121世紀高層建筑的高新技術預測世紀高

2、層建筑的高新技術預測1 1高層建筑復雜大系統高層建筑復雜大系統2 2高性能建筑材料高性能建筑材料3 3計算機仿真計算機仿真4 4專家系統專家系統5 5參數控制與決策準則參數控制與決策準則 軟設計理論軟設計理論 6 6結構控制與控制結構結構控制與控制結構7 7結構可靠性識辯和檢測治理結構可靠性識辯和檢測治理8 8超高層建筑的先進消防系統超高層建筑的先進消防系統9 9智能性服務系統智能性服務系統1010節能環保技術與太陽能利用節能環保技術與太陽能利用1.3 1.3 高層建筑結構的發展展望高層建筑結構的發展展望未來未來1010年高層建筑的若干研究領回年高層建筑的若干研究領回1 1、高層建筑技術研究、

3、高層建筑技術研究2 2、超高層建筑結構新體系研究、超高層建筑結構新體系研究3 3巨型結構體系研究與應用巨型結構體系研究與應用4 4超高層建筑地震與反應控制超高層建筑地震與反應控制5 5深基礎設計與施工技術深基礎設計與施工技術6 6高性能混凝土應用技術高性能混凝土應用技術7 7超高層建筑成套設備開發超高層建筑成套設備開發8 8 . . 鋼管混凝土結構應用技術鋼管混凝土結構應用技術1.3 1.3 高層建筑結構的發展展望高層建筑結構的發展展望1.1.4 4 高層建筑結構的基本特點高層建筑結構的基本特點v1 1、水平力是設計主要因素、水平力是設計主要因素v2 2、豎向構件的軸向變形不容忽視豎向構件的軸

4、向變形不容忽視v3 3、側移成為設計的關鍵、側移成為設計的關鍵v 過大的位移對結構的影響過大的位移對結構的影響v4 4、抗震設計要求更高、抗震設計要求更高v5 5、概念設計與理論計算同等重要、概念設計與理論計算同等重要v6 6、減輕高層建筑自重比多層建筑更重、減輕高層建筑自重比多層建筑更重要要v7 7、軸向變形不容忽略、軸向變形不容忽略1.4 1.4 高層建筑結構的基本特點高層建筑結構的基本特點1 1、水平荷載成為設計的主要因素、水平荷載成為設計的主要因素 1 1）豎向荷載產生軸向壓力與結構高度的一次方成正比；）豎向荷載產生軸向壓力與結構高度的一次方成正比； 2 2）水平荷載產生的傾覆力矩以及

5、軸力與高度的二次方成正比。）水平荷載產生的傾覆力矩以及軸力與高度的二次方成正比。1.4 1.4 高層建筑結構的基本特點高層建筑結構的基本特點v說明：說明：v(1)(1)、豎向荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的、豎向荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對數值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩以及由此在豎向構件中所引起的結構產生的傾覆力矩以及由此在豎向構件中所引起的軸力與軸力與H H的二次方成正比，側移更大，為四次方。的二次方成正比，側移更大，為四次方。v(2)(2)、豎向荷載一般為定值（除了需考慮豎向地震作、豎向荷載一般為定

6、值（除了需考慮豎向地震作用外），水平荷載（風、地震）均為不確定的因素，用外），水平荷載（風、地震）均為不確定的因素，且隨很多因素（時間、地點、結構動力特性、周邊環且隨很多因素（時間、地點、結構動力特性、周邊環境等）變化有較大幅度的變化。境等）變化有較大幅度的變化。 22qH48qHEI2max3qH4max11120qHEIv軸力軸力 N=f(H) N=f(H) v彎矩彎矩M=f(HM=f(H2 2) )v變形（側移）變形（側移）vf(Hf(H4 4) ) 公式公式水平荷載水平荷載1.4 1.4 高層建筑結構的基本特點高層建筑結構的基本特點M M均布荷載均布荷載倒三角荷載倒三角荷載 2 2、

7、軸向變形的影響在設計中不容忽視軸向變形的影響在設計中不容忽視 1 1）對連續梁彎矩的影響對連續梁彎矩的影響中柱、邊柱軸向應力不同引起壓縮變形的差異中柱、邊柱軸向應力不同引起壓縮變形的差異2 2 ) ) 對預制構件的下料長度和樓面標高會產生較大的影響；對預制構件的下料長度和樓面標高會產生較大的影響；美國休斯頓美國休斯頓7575層漢克薩斯商業大廈，采用型鋼混凝土墻和層漢克薩斯商業大廈，采用型鋼混凝土墻和鋼柱組成的混合體系。根據計算，中心鋼柱由于受荷面積鋼柱組成的混合體系。根據計算，中心鋼柱由于受荷面積大，重力荷載下軸向壓縮變形要比型鋼混凝土墻多大，重力荷載下軸向壓縮變形要比型鋼混凝土墻多260mm

8、260mm，總下料多總下料多260mm260mm，并且要逐層調整，并且要逐層調整1.4 1.4 高層建筑結構的基本特點高層建筑結構的基本特點3 3）水平荷載產生的結構軸向變形對其）水平荷載產生的結構軸向變形對其內力及側移的影響內力及側移的影響 水平荷載作用下，使豎向結構體系一水平荷載作用下，使豎向結構體系一側構件產生軸向壓縮，另一側構件產生軸側構件產生軸向壓縮，另一側構件產生軸向拉伸，從而產生整體水平側移。向拉伸，從而產生整體水平側移。一般情況下不考慮豎向構件的軸向變形，一般情況下不考慮豎向構件的軸向變形，在高層中，考慮軸向變形計算的剪力與不在高層中，考慮軸向變形計算的剪力與不考慮結果相差考慮

9、結果相差3030以上，結構頂點側移減以上，結構頂點側移減小一半以上（考慮軸向變形計算的側移大）小一半以上（考慮軸向變形計算的側移大） 表中為某剪力墻的計算結果。表中為某剪力墻的計算結果。由表可知，結構層數越高，軸向變形所產生的影響越大。由表可知，結構層數越高，軸向變形所產生的影響越大。1.4 1.4 高層建筑結構的基本特點高層建筑結構的基本特點3 3、側移成為設計的關鍵、側移成為設計的關鍵 要求：強度滿足要求，足夠的抗推剛度，控制水平荷載作要求：強度滿足要求，足夠的抗推剛度，控制水平荷載作用下產生的側移用下產生的側移. . 高規高規P30 4.6.3P30 4.6.3條規定限值（鋼筋混條規定限

10、值（鋼筋混凝土結構）層間位移凝土結構）層間位移 樓層層間最大位移與層高之比的限值樓層層間最大位移與層高之比的限值U/hU/h：1.4 1.4 高層建筑結構的基本特點高層建筑結構的基本特點3 3、側移成為設計的關鍵、側移成為設計的關鍵 1 1）結構頂點的側移）結構頂點的側移 u ut t與結構高度與結構高度 H H 的四次方成正比；的四次方成正比； 2 2）結構的側移與結構的使用功能和安全有著密切的關系；）結構的側移與結構的使用功能和安全有著密切的關系； 過大側移會使人產生不安全感；會使隔墻、圍護結構以及過大側移會使人產生不安全感；會使隔墻、圍護結構以及 修損壞，使電梯軌道變形使填充墻和主體結構

11、出現裂縫或修損壞，使電梯軌道變形使填充墻和主體結構出現裂縫或 損壞，影響正常使用；損壞，影響正常使用；高樓重心位置較高，過大側移使結高樓重心位置較高，過大側移使結 構因構因P P效應而產生較大的附加應力，甚至導致惡性循環效應而產生較大的附加應力，甚至導致惡性循環 直至倒塌。直至倒塌。 3 3）必須選擇可靠的抗側力結構體系，使結構不僅具有較大的）必須選擇可靠的抗側力結構體系，使結構不僅具有較大的 承載力，而且還應具有較大的側向剛度。承載力，而且還應具有較大的側向剛度。4t41 qH8EIu11 qH120EI 水平均布荷載水平均布荷載水平倒三角荷載水平倒三角荷載1.4 1.4 高層建筑結構的基本

12、特點高層建筑結構的基本特點4 4、延性成為結構設計的重要指標、延性成為結構設計的重要指標 1 1）延性表示構件和結構屈服后，）延性表示構件和結構屈服后，具有承載能力不降低、具有足夠塑具有承載能力不降低、具有足夠塑性變形能力的一種性能。性變形能力的一種性能。 2 2）延性系數）延性系數：用來衡量延性的大小。：用來衡量延性的大小。 3 3）結構的抗震性能決于其）結構的抗震性能決于其“能量吸收與耗散能量吸收與耗散”能力的大能力的大小，即決于結構延性的大小。小，即決于結構延性的大小。 4 4）為了保證結構具有較好的抗震性能，除承載力、剛度）為了保證結構具有較好的抗震性能，除承載力、剛度外，還需要有較好

13、的延性。可通過加強結構抗震概念設計，外，還需要有較好的延性。可通過加強結構抗震概念設計，采取恰當的抗震構造措施來保證。采取恰當的抗震構造措施來保證。 uy 1.4 1.4 高層建筑結構的基本特點高層建筑結構的基本特點5 5、構件的基本形式構件的基本形式 線形構件線形構件具有較大的長細比的細長構件具有較大的長細比的細長構件 梁、柱、桁架支撐弦桿、腹桿梁、柱、桁架支撐弦桿、腹桿 線性構件是組成框架體系、框撐體系、框墻體系或板柱線性構件是組成框架體系、框撐體系、框墻體系或板柱 體系的基本構件體系的基本構件 平面構件平面構件具有較大橫截面邊長比（寬厚比）的片狀構件具有較大橫截面邊長比（寬厚比）的片狀構

14、件 樓板、墻體：構件平面外剛度和承載力很小，樓板、墻體：構件平面外剛度和承載力很小， 結構分析中常常忽略結構分析中常常忽略 面構件是組成全墻體系、框墻體系、框托墻體系面構件是組成全墻體系、框墻體系、框托墻體系 和疊和體系的基本構件和疊和體系的基本構件 1.4 高層建筑結構的基本特點 立體結構立體結構由線構件或面構件組成具有較大橫截面尺寸和較小由線構件或面構件組成具有較大橫截面尺寸和較小壁厚的整體筒狀構件壁厚的整體筒狀構件框筒梁柱構成的立體構件；具有較大的抗推剛度、抗扭剛度框筒梁柱構成的立體構件；具有較大的抗推剛度、抗扭剛度 立體構件是框筒體系、筒中筒體系、筒體體系、框筒束體系、立體構件是框筒體

15、系、筒中筒體系、筒體體系、框筒束體系、 支撐框筒體系、大型支撐筒體系和巨型框架體系中的基本構件支撐框筒體系、大型支撐筒體系和巨型框架體系中的基本構件 1.4 高層建筑結構的基本特點6 6、概念設計與理論計算同等重要、概念設計與理論計算同等重要概念設計概念設計: :以功能優越、造型美觀、技術先進的總體方案以功能優越、造型美觀、技術先進的總體方案為目標的設計階段為目標的設計階段是指一些難以作出精確力學分析或在規范中難以具體規定是指一些難以作出精確力學分析或在規范中難以具體規定的問題，必須由工程師運用的問題，必須由工程師運用“概念概念”進行分析，作出判斷，進行分析，作出判斷，以便采取相應措施。以便采

16、取相應措施。例如結構破壞機理的概念、力學概念以及由震害和試驗現例如結構破壞機理的概念、力學概念以及由震害和試驗現象等總結提供的各種宏觀的和具體的經驗，也包括一些教訓，象等總結提供的各種宏觀的和具體的經驗，也包括一些教訓，以及建筑要求和造價、施工要求等以及建筑要求和造價、施工要求等1.4 高層建筑結構的基本特點1.51.5高層建筑的結構形式高層建筑的結構形式v結構方案選擇：在滿足建筑使用要求的前提下，選擇結構形結構方案選擇：在滿足建筑使用要求的前提下，選擇結構形式、結構體系和結構布置式、結構體系和結構布置v1 1、磚石結構、磚石結構l優點優點：取材容易、施工簡便、造價低廉；：取材容易、施工簡便、

17、造價低廉；l缺點缺點：脆性材料，其抗拉、：脆性材料，其抗拉、 抗彎、抗剪強度均較低抗彎、抗剪強度均較低，自重自重大，強度低，抗震性能差，施工難以機械化，工人勞動強度高，大，強度低，抗震性能差，施工難以機械化，工人勞動強度高，工期長和結構面積大，難以用于高層房屋，國內目前磚石結構工期長和結構面積大，難以用于高層房屋，國內目前磚石結構房屋只建到房屋只建到1919層左右層左右l新型砌體結構新型砌體結構配筋砌體配筋砌體 10 10層層以上采用，以上采用， 北京（八度區）北京（八度區）擬建擬建3030層層 1 . 5 高 層 建 筑 的 結 構 形 式v 2 2、鋼筋混凝土結構、鋼筋混凝土結構l 優點：

18、取材容易、良好耐久性和耐火性、承載能力大，剛度優點：取材容易、良好耐久性和耐火性、承載能力大，剛度好、節約鋼材、降低造價、可模性好；好、節約鋼材、降低造價、可模性好；l 缺點：自重大、構件截面較大、施工工序復雜、建造周期較缺點：自重大、構件截面較大、施工工序復雜、建造周期較長且受季節的影響；長且受季節的影響；l 應用情況：我國絕大多數高層建筑都是采用混凝土結構，今應用情況：我國絕大多數高層建筑都是采用混凝土結構，今后仍將是高層建筑發展的主流。后仍將是高層建筑發展的主流。 最早混凝土框架結構高層建筑，是最早混凝土框架結構高層建筑，是19031903年在美國辛辛那提年在美國辛辛那提建造的因格爾斯大

19、樓，建造的因格爾斯大樓，1616層，高層，高64m64m。 目前世界上最高的混凝土建筑為香港中環廣場達目前世界上最高的混凝土建筑為香港中環廣場達7878層層374m374m、其次是平壤柳京飯店達其次是平壤柳京飯店達105105層層300m 300m 1 . 5 高 層 建 筑 的 結 構 形 式v 3 3、鋼結構、鋼結構l 鋼結構強度高、自重輕，具有良好的延性和抗震性能，能夠鋼結構強度高、自重輕，具有良好的延性和抗震性能，能夠滿足建筑上對大跨度、大空間的要求滿足建筑上對大跨度、大空間的要求l 抗震性能優于鋼筋混凝土結構：混凝土的抗拉和抗剪強度均抗震性能優于鋼筋混凝土結構：混凝土的抗拉和抗剪強度均較低，延性也差，混凝土構件開裂后的承載力和變形能力迅較低，延性也差，混凝土構件開裂后的承載力和變形能力迅速降低，鋼材基本上屬于各向同性的材料，抗壓、抗拉和抗速降低，鋼材基本上屬于各向同性的材料，抗壓、抗拉和抗剪強度均很高，重要的是具有良好的延性。地震作用下，鋼剪強度均很高，重要的是具有良好的延性。地震作用下，鋼結構因良好的延性，不僅能夠減弱地震反應，而且屬于較理結構因良好的延性，不僅能夠減弱地震反應，而且屬于較理想的彈塑性結構，具有抵抗強烈地震的變形能力想的彈塑性結構，具有抵抗強烈地震的變形能力l 減輕結構自重，降低基礎工程造價：兩類結構的結構自重的減輕結構自重，降低基礎工程造價：兩類