1、LOGO高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures吳方伯 教授電話：電話-mail：湖南大學土木工程學院LOGOPage 2高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures緒論一、本課程講授的主要內容 高層建筑的一般知識 高層建筑結構的體系與布置 高層建筑結構的荷載與設計要求 框架結構的計算 剪力墻的計算 框架剪力墻結構的內力和位移計算 扭轉近似計算LOGOPage 3高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures二、本課程的學習重點 以現行鋼筋混凝土高

2、層建筑結構設計規范、規程為重點，介紹高層鋼筋混凝土結構的設計原理與方法 ; 能夠進行高層鋼筋混凝土結構，特別是高層框架結構、高層剪力墻結構和高層框架剪力墻結構的設計。 LOGOPage 4高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures三、本課程的學習方式 課堂講授與自學相結合 講課與作業相結合 四、主要參考文獻1.建筑結構荷載規范（GB 50009-2012）2.高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ 3-2010)3.建筑抗震設計規范(GB 50011-2010)4.混凝土結構設計規范（GB 50010-2010）5.現行地基與樁基設計規范6.趙西安，現代高

3、層建筑結構設計，1999年7.沈蒲生，高層建筑結構設計，20068.傅學怡，實用高層建筑結構設計，2010年LOGOPage 5高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures第一章 高層建筑的一般知識LOGOPage 6高層建筑結構設計Design of Tall Building structures一、高層建筑的定義（世界各國無統一的定義） 表1-1 一部分國家和組織對高層建筑起始高度的規定國家和組織名稱國家和組織名稱高層建筑起始高度高層建筑起始高度聯聯 合合 國國9層，分為四類：第一類：層，分為四類：第一類：916層（最高層（最高50m）；）；第第二

4、類：二類：1725層（最高層（最高75m）；第）；第三類：三類：2640層（最高層（最高100m）；）；第第四類：四類：40層以上（高度在層以上（高度在100m以上，為超高層建筑）。以上，為超高層建筑）。前前 蘇蘇 聯聯住宅在住宅在10層及層及10層以上，其它建筑為層以上，其它建筑為7層及層及7層以上層以上美美 國國2225m，或，或7層以上層以上法法 國國住宅為住宅為8層及層及8層以上，或層以上，或31m英英 國國24.3m日日 本本11層，層，31m德德 國國22m（從室內地面起）（從室內地面起）比比 利利 時時25m（從室內地面起）（從室內地面起）我我 國國防火規范防火規范GBK45-8

5、2：10層或層或24m民用建筑設計通則民用建筑設計通則JGJ37-87：同上面。：同上面。高層建筑混凝土結構技術規程高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2010：10層，或層，或28m住宅。住宅。高度等于和大于高度等于和大于100m的建筑為超高層建筑。的建筑為超高層建筑。LOGOPage 7高層建筑結構設計Design of Tall Building structures二、發展高層建筑的意義圖1-1 世界人口變化圖 節約用地 節省城市基礎設施費用 改善城市市容 LOGOPage 8高層建筑結構設計Design of Tall Building structures金茂大廈Jinmao Bu

6、ilding【竣工日期】：【竣工日期】：19991999年年3 3月月1818日日【占地面積】：【占地面積】：2.32.3公頃公頃 【建筑面積】：【建筑面積】：2929萬平方米萬平方米 【建筑層數】：地上【建筑層數】：地上8888層層， 地下地下3 3層層【建筑高度】：【建筑高度】：420.5420.5米米【結構形式】：鋼筋混凝土結構【結構形式】：鋼筋混凝土結構三、典型工程（已建成）LOGOPage 9高層建筑結構設計Design of Tall Building structures上海環球金融中心Shanghai World Financial Center 【竣工日期】【竣工日期】 ：

7、2008 2008年年8 8月月2929日日【用地面積】【用地面積】 ： 30,000 m 30,000 m2 2 【占地面積】【占地面積】 ： 14,400 m 14,400 m2 2 【建筑面積】【建筑面積】 ： 381,600 m 381,600 m2 2 【建筑層數】【建筑層數】 ： 地上地上101101層層、 地下地下3 3層層 【建筑高度】【建筑高度】 ： 492492米米 【結構形式】【結構形式】 ： 鋼筋混凝土結構鋼筋混凝土結構 （SRCSRC結構）、結構）、 鋼結構（鋼結構（S S結構）結構） LOGOPage 10高層建筑結構設計Design of Tall Buildin

8、g structures臺北101TAIPEI 101 【竣工日期竣工日期】 ：20032003年年1010月。月。【建筑層數】【建筑層數】 ：地上：地上101101層層、 地下地下5 5層層 。【建筑高度】【建筑高度】 ：508508米米 。【結構形式】【結構形式】 ：鋼筋混凝土結構：鋼筋混凝土結構 新型的巨型結構新型的巨型結構LOGOPage 11高層建筑結構設計Design of Tall Building structures吉隆坡石油雙塔The Petronas Twin Towers 【開工時間開工時間】：1993年年12月月27日日【竣工時間竣工時間】：1996年年2月月13日日

9、【占地面積占地面積】：40公頃公頃【建筑面積建筑面積】：28.95萬平方米萬平方米【建筑高度建筑高度】：452米米【建筑層數建筑層數】：88層層LOGOPage 12高層建筑結構設計Design of Tall Building structures廣州塔（小蠻腰）Canton Tower【竣工時間竣工時間】：2009年年9月月【占地面積占地面積】：17.546萬平方米萬平方米【建筑面積建筑面積】：11.4054萬平方米萬平方米【建筑高度建筑高度】：塔身主體：塔身主體454米米， 天線桅桿天線桅桿156米，米， 總高度總高度610米米。【建筑層數建筑層數】：108層，層， 最細處在最細處在66

10、層層【結構形式結構形式】：鋼筋混凝土結構：鋼筋混凝土結構LOGOPage 13高層建筑結構設計Design of Tall Building structures迪拜塔Burj Dubai【開工時間開工時間】：2004年年9月月21日日【竣工時間竣工時間】：2010年年1月月4日日【建筑面積建筑面積】：344,000萬平方米萬平方米【建筑高度建筑高度】：總高度：總高度828米米。 當前當前世界第一高樓世界第一高樓。【建筑層數建筑層數】：162層層【結構形式結構形式】：鋼筋混凝土結構：鋼筋混凝土結構LOGOPage 14高層建筑結構設計Design of Tall Building struct

11、ures四、典型工程（未建成）上海中心大廈Shanghai Center Tower【開工時間開工時間】：20082008年年1111月月2929日日【竣工時間竣工時間】：20152015年投入使用年投入使用【建筑高度建筑高度】：結構高度：結構高度580580米米 總高度總高度632632米米【建筑層數建筑層數】：127127層層【結構形式結構形式】：鋼筋混凝土：鋼筋混凝土核心筒核心筒 - -外框架外框架結構結構LOGOPage 15高層建筑結構設計Design of Tall Building structures深圳證券交易所營運中心Shenzhen International Trade

12、 Center 深圳證券交易所營運中心營運中深圳證券交易所營運中心營運中心占地面積心占地面積3.91萬平方米，建筑總高度萬平方米，建筑總高度245.8米，建設規模約米，建設規模約26.7萬平方米，萬平方米，其中地上部分約為其中地上部分約為18.3萬平方米，地下萬平方米，地下部分約為部分約為8.4萬平方米。萬平方米。 深圳證券交易所營運中心營運中深圳證券交易所營運中心營運中心大樓外觀為立柱形，大廈底座被抬心大樓外觀為立柱形，大廈底座被抬升至升至30多米多米形成一個巨大的形成一個巨大的“漂浮平漂浮平臺臺”，平臺的，平臺的“腰部腰部”由一條鮮亮的由一條鮮亮的紅色光帶紅色光帶“纏繞纏繞”，整體造型猶如

13、一，整體造型猶如一個漂亮的燭臺。個漂亮的燭臺。LOGOPage 16高層建筑結構設計Design of Tall Building structures深圳平安國際金融中心PingAn International Finance Center “平安國際金融中心平安國際金融中心”共共115層層，18層為裙房，用作商業，層為裙房，用作商業，8115層層是辦公區。是辦公區。帶外伸臂的混合結構帶外伸臂的混合結構。本。本工程于工程于2011年年11月月15日動工，工期日動工，工期45年，計劃于年，計劃于2016年年3月竣工。月竣工。 設計高度為塔頂設計高度為塔頂646米米，屋面，屋面588米米，該中心

14、將成為深圳市標志性建筑，該中心將成為深圳市標志性建筑物。物。 LOGOPage 17高層建筑結構設計Design of Tall Building structures九龍倉長沙國際金融中心Changsha International Finance Center “九龍倉九龍倉”位于長沙市五一商位于長沙市五一商圈和中央商務核心區。圈和中央商務核心區。 最高塔樓設計高度最高塔樓設計高度510米米，建，建成后將成為成后將成為湖南第一高樓湖南第一高樓，長沙市，長沙市的新地標。項目計劃于的新地標。項目計劃于2016年全部年全部建成。建成。 LOGOPage 18高層建筑結構設計Design of T

15、all Building Structures第二章 結構體系及布置LOGOPage 19高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures2-1 引言 一、高層建筑結構的受力特點 當建筑物高度增加時，水平荷載（風荷載及地震作用）對結構起的作用將愈來愈大。除了結構內力將明顯加大外，結構側向位移增加更快。圖2-1是結構內力（N，M）、位移（）與高度的關系，彎矩和位移都成指數曲線上升。內力或位移=f (H4)M=f (H2)N=f (H)H圖2-1 結構內力、位移與高度的關系LOGOPage 20二、高層建筑結構設計的一般規定 高層建筑結構設計應注重概念設計，重視

16、結構選型與平、立面布置的規則性，擇優選用抗震和抗風好且經濟的結構體系，加強構造措施。在抗震設計中，應保證結構的整體性能，使整個結構具有必要的承載力、剛度和延性。結構應滿足下列規定： 應具有必要的承載力、剛度和變形能力； 應避免因局部破壞而導致整個結構破壞； 對可能的薄弱部位要采取加強措施； 結構選型與布置合理，避免局部突變和扭轉； 宜具有多道抗震防線。高層建筑結構設計Design of Tall Building StructuresLOGOPage 21三、高層建筑結構體系 多層和高層建筑抗側力體系在不斷的發展和改進，建筑高度也不斷增高。 現在，多層和高層建筑結構體系大約可分為四大類型： 框

17、架結構； 剪力墻結構； 框架剪力墻結構； 筒體結構。各有不同的適用的高度和優缺點。高層建筑結構設計Design of Tall Building StructuresLOGOPage 222-2 常用結構體系 框架、剪力墻、框架-剪力墻結構體系是多層及高層建筑中傳統的、廣為應用的抗側力體系； 在高度較大的高層建筑中，利用結構空間作用，又發展了：框架-筒體結構、框筒結構、筒中筒結構及多筒結構等多種抗側力很好的結構體系。高層建筑結構設計Design of Tall Building StructuresLOGOPage 23一、框架結構 梁、柱、板構成 當采用梁、柱組成的結構體系作為建筑豎向承重結

18、構，并同承受水平荷載時，稱其為框架結構體系。1、結構特點： 建筑平面布置靈活； 可形成大空間； 施工簡便，較經濟； 抗側剛度小，側移大； 對支座不均勻沉降敏感； 宜用于15層以下，最大 適用高度70m。圖2-2 框架結構示例高層建筑結構設計Design of Tall Building StructuresLOGOPage 24 2、類別: 整體式框架整體現澆； 裝配式框架構件預制； 裝配整體式框架部分現澆、部分預制（采用疊合梁）。 3、承重分類： 橫向框架承重； 縱向框架承重； 縱橫向框架承重。高層建筑結構設計Design of Tall Building StructuresLOGOPag

19、e 25二、剪力墻結構剪力墻、梁、板構成 利用建筑物的墻體作為豎向承重和抵抗側力的結構，稱為剪力墻結構體系。 結構特點： 抗側剛度大； 整體性、抗震性好； 平面布置不靈活。 最大適用高度150-180m。高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures圖2-3 剪力墻結構示例LOGOPage 26高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures三、框架-剪力墻結構 結構特點： 剪力墻承受大部分水平荷載， 框架主要承受豎向荷載。 一般用于140-170m。圖2-4 框架-剪力墻結構示例LOGOPage 27高層建筑結構設計D

20、esign of Tall Building Structures四、筒體結構1、框架-核心筒結構 結構特點： 類似框架-剪力墻結構。 最大適用高度160-220m。 圖2-5 框架-核心筒結構示例LOGOPage 28高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures2、筒中筒結構 結構特點： 剛度大、空間整體性好。 最大適用高度200-300m。 圖2-6 筒中筒結構示例LOGOPage 29高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures3、多筒體結構圖2-7 多筒體結構示例 當建筑物高度大，受到的水平荷載較大，筒中筒

21、結構的強度和剛度不能滿足要求時，可以采用多重筒結構。 即：在建筑平面內也布置多個筒體，形成如圖2-7所示的多筒體結構。 LOGOPage 30高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures五、其他結構 結構特點： 分兩級結構，第二級為一般框架，只承受豎向荷載，并將其傳遞給第一級。第一級結構承受全部水平荷載和豎向荷載。 適用于超高層建筑。 圖2-8 新的豎向承重結構體系 巨型框架結構、巨型桁架結構、懸掛結構等。LOGOPage 31高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures2-3 結構布置 1、柱網、層高按300mm

22、進級，一般3m、3.3m、3.6m、3.9m、4.2m等。 2、主體結構不應采用鉸接。 3、抗震不宜采用單跨框架。 4、填充墻宜用輕質墻，抗震設計如采用砌體填充墻應符合如下要求: （1）上、下層剛度不宜變化過大; （2）減小抗側移剛度偏心； （3）避免形成短柱。 5、抗震不應采用砌體墻與框架梁混合承重。 6、抗震框架結構少量剪力墻位置產生較大剛度偏心時，宜將剪力墻減 薄，開豎縫等措施減小剪力墻的作用。一、框架結構LOGOPage 32高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures1、非抗震時宜雙向布置剪力墻，抗震時避免單向布置剪力墻，抗側移 剛度不宜過大。

23、2、不應采用全短肢剪力墻（h/b8）結構，其中，h為剪力墻墻肢截面高 度，b為剪力墻墻肢截面厚度。3、剪力墻門窗洞口宜上下對齊，成列布置，形成明確的墻肢和連梁。4、H/B應大于2，防止地震力太大和受剪破壞，其中，H為剪力墻高 度，B為剪力墻寬度。二、剪力墻結構LOGOPage 33高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures1、剪力墻布置力求對稱、均勻。2、各層剛度中心位置力求一致。3、剪力墻盡可能離開房屋重心，提高抗扭能力。4、沿高度剛度不宜發生突變，避免產生局部擺動。5、盡可能增加剪力墻承擔的豎向荷載，從而可以減少鋼筋的用量。6、每道剪力墻承擔的水平

24、剪力不宜超過總水平剪力的40%。三、框架剪力墻結構LOGOPage 34高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures2-4 變形縫的設置 1、伸縮縫 減小溫度變化和混凝土收縮對結構的影響而設置的縫，縫寬 t5cm。表2-1 伸縮縫最大間距結構體系結構體系施工方法施工方法最大間距（最大間距（m）框架結構框架結構現澆現澆55剪力墻結構剪力墻結構現澆現澆45 采用后澆帶可適當放寬伸縮縫間距：后澆帶每3040m一道，帶寬8001000mm；鋼筋采用搭接，宜在2個月后澆筑。LOGOPage 35高層建筑結構設計Design of Tall Building Str

25、uctures3、防震縫 避免地震附加力對結構的影響而設置的縫，縫寬按規范要求設置。防震縫最小縫寬應符合下列規定： （1）框架房屋，高度不超過15m 的部分，可取70mm；高度超過15m的部分，6度、7度、8度、9度相應每增加5m、4m、3m、2m，宜加寬20mm。 （2）框架-剪力墻結構房屋可按第一項規定的70%采用，剪力墻結構房屋可按第一項規定的50%采用，但二者均不宜小于70mm。2、沉降縫 避免不均勻沉降對結構的影響而設置的縫，縫寬t5cm。 沉降縫不但上部結構要斷開，基礎也要斷開。LOGOPage 36高層建筑結構設計Design of Tall Building Structure

26、s2-5 結構高寬比控制 結構高寬比應控制在相應的范圍內，保證抗側移剛度和抗傾覆能力。表2-2 A級高度鋼筋混凝土高層建筑適用的最大高寬比結構體系結構體系非抗震設非抗震設計計 抗震設防烈度抗震設防烈度6度、度、7度度8度度9度度框架、板柱框架、板柱-剪力墻剪力墻5432框架框架-剪力墻剪力墻5543剪力墻剪力墻6654筒中筒、框架筒中筒、框架-核心筒核心筒6654LOGOPage 37高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures2-6 結構平面和豎向布置原則 二、豎向布置 體型規則、均勻、避免過大的外挑和內收；側移剛度下大上小，逐漸均勻變化。一、平面布置

27、 結構平面應盡量設計成規則、對稱而簡單的平面形狀，盡量減少因形狀不規則產生結構扭轉的可能性。LOGOPage 38高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures2-7 樓蓋結構 1、房屋高度超過50m時宜采用現澆樓蓋； 2、高度不超過50m時，8、9度抗震設計的框架-剪力墻結構宜采用現澆樓蓋，6、7度抗震設計的框架或剪力墻結構可采用裝配式樓蓋。 3、樓蓋結構型式：普通肋形樓蓋、無梁樓蓋、組合式樓蓋等。LOGOPage 39高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures2-8 高層建筑的地基基礎設計 高層建筑地基基礎的設

28、計應該因地制宜，主要取決于具體工程及所在地的工程地質狀況和施工條件。 一、具有共性的三個必須遵循的設計原則： 1、適宜的地基（樁基）剛度，保證高層建筑的穩定和嵌固； 2、地基（樁基）的承載力控制，避免高層建筑在重力荷載、水平荷載等作用下發生地基破壞（主要是剪切破壞）。 3、重力荷載合力中心與基礎（樁基）平面形心的重合，保證高層建筑的穩定和抗傾覆。LOGOPage 40高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures二、基礎型式及選擇1、柱下獨立基礎 適用：層數不多、土質較好的框架結構。 2、交叉梁基礎 雙向為條形基礎 適用：層數不多、層數不多、土質一般的框架

29、、剪力墻、框架剪 力墻結構。 圖2-9 交叉梁基礎LOGOPage 41高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures3、片筏基礎 適用：層數不多土質較弱或層數較多土質較好時用。 圖2-10 帶墩基的片筏基礎圖2-11 梁板式片筏基礎LOGOPage 42高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures4、箱形基礎 適用：層數較多、土質較弱的高層建筑。 圖2-12 箱形梁基礎剖面圖( a )( b )( c )圖2-14箱形基礎橫剖面LOGOPage 43高層建筑結構設計Design of Tall Building S

30、tructures5、樁基礎 適用：地基持力層較深時采用。 圖2-13 樁基礎樁 承 臺樁圖 2 - 1 5 樁 基 礎圖 2-16 樁 筏 基 礎樁圖 2-17 樁 箱 基 礎樁圖2-14 樁筏基礎圖2-15 樁箱基礎6、復合基礎 適用：層數較多或土質較弱時采用。 LOGOPage 44高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures第三章 高層建筑的荷載及設計要求LOGOPage 45高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures高層建筑結構主要承受豎向荷載和水平荷載。1）豎向荷載2）水平荷載恒荷載活荷載風荷載地震作

31、用與多層建筑結構有所不同，高層建筑結構： 1）豎向荷載效應遠大于多層建筑結構； 2）水平荷載的影響顯著增加，成為其設計的主要因素； 3）對高層建筑結構尚應考慮豎向地震的作用。LOGOPage 46高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures3-1 豎向荷載 二、樓面活荷載 見表3-1一、恒載 為結構自重，裝飾層重等。 結構自重=構件設計尺寸材料單位體積自重LOGOPage 47高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures表3-1 民用建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、 頻遇值和準永久值系數 項次項次類類 別別標準

32、值標準值(kN/m2)組合值組合值系數系數 (c)頻遇值頻遇值系數系數 (f)準永久值準永久值系數系數 (q)1（1）住宅、宿舍、旅館、辦公室、醫院）住宅、宿舍、旅館、辦公室、醫院 病房、托兒院、幼兒園病房、托兒院、幼兒園（2）教室、實驗室、閱覽室、會議室、）教室、實驗室、閱覽室、會議室、 醫院門診室醫院門診室2.00.70.50.60.40.52食堂、餐廳、一般資料檔案室食堂、餐廳、一般資料檔案室2.50.70.60.53（1）禮堂、劇場、影院、有固定座位的）禮堂、劇場、影院、有固定座位的 看臺看臺（2）公共洗衣房）公共洗衣房3.03.00.70.70.50.60.30.54（1）商店、展覽

33、廳、車站、港口、機場）商店、展覽廳、車站、港口、機場 大廳及其旅客等候室大廳及其旅客等候室（2）無固定座位的看臺）無固定座位的看臺3.53.50.70.70.60.50.50.3LOGOPage 48高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures 項次項次類類 別別標準值標準值(kN/m2)組合值組合值系數系數(c)頻遇值頻遇值系數系數(f)準永久值準永久值系數系數(q)5（1）健身房、演出舞臺）健身房、演出舞臺（2）舞廳）舞廳4.04.00.70.70.60.60.50.36（1）書庫、檔案庫、貯藏室）書庫、檔案庫、貯藏室（2）密集柜書庫）密集柜書庫5.

34、012.00.90.90.87 通風機房、電梯機房通風機房、電梯機房7.00.90.90.88 汽車通道及停車庫：汽車通道及停車庫：（1）單向板樓蓋（板跨不小于）單向板樓蓋（板跨不小于2m） 客車客車 消防車消防車（2）雙向板樓蓋和無梁樓蓋（柱網尺寸）雙向板樓蓋和無梁樓蓋（柱網尺寸不小于不小于6m x 6m) 客車客車 消防車消防車4.035.02.520.00.70.70.70.70.70.70.70.70.60.60.60.6LOGOPage 49高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures 項次項次類類 別別標準值標準值(kN/m2)組合值組合值系

35、數系數 (c)頻遇值頻遇值系數系數 (f)準永久值準永久值系數系數 (q)9 廚房（廚房（1）一般的）一般的 （2）餐廳的）餐廳的2.04.00.70.70.60.70.50.710 浴室、廁所、輿洗室：浴室、廁所、輿洗室： （1）第一項中的民用建筑）第一項中的民用建筑 （2）其他民用建筑）其他民用建筑2.02.50.70.70.50.60.40.511 走廊、門廳、樓梯：走廊、門廳、樓梯：（1）宿舍、旅館、醫院病房、托）宿舍、旅館、醫院病房、托 兒所、兒所、 幼兒園、住宅幼兒園、住宅（2）辦公樓、教室、餐廳，醫院門診部）辦公樓、教室、餐廳，醫院門診部（3）消防疏散樓梯，其他民用建筑）消防疏散

36、樓梯，其他民用建筑2.02.53.50.70.70.70.50.60.50.40.50.312 陽臺：陽臺：（1）一般情況：）一般情況：（2）當人群有可能密集時）當人群有可能密集時2.53.50.70.60.5LOGOPage 50高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures四、雪荷載式中：Sk雪荷載標準值；r屋面積雪分布系數；S0基本雪壓。三、屋面均布活荷載上人的平屋頂 2.0 kN/m2不上人的平屋頂 0.5 kN/m2直升機的等效均布荷載為 5 kN/m2020.45kN/m(n50S 年）。長沙：2 ,48ah m am hakr0SS圖3-1

37、屋面積雪分布系數（3-1）LOGOPage 51高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures3-2 風荷載 式中： 高度z處建筑物表面單位面積上的風載標準值； 風載體形系數； 風壓高度變化系數； 基本風壓值； 風振系數。kwzzs0wkzzs0ww （3-2）LOGOPage 52高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures一、基本風壓值020.35kN/m(n50年）長沙：020.45kN/m(n100年）0w 一般高層建筑最大風壓重現期為50年； 特別重要或對風荷載比較敏感的高層建筑，按100年重現期的風壓值采

38、用。當沒有100年一遇的風壓資料時，也可近似將50年一遇的基本風壓值乘以增大系數1.1采用。 對風荷載比較敏感的建筑（H60m）,承載力設計時應按基本風壓的1.1倍采用。LOGOPage 53高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures二、風壓高度變化系數z 風壓高度系數為某類地表上空高度處的風壓與基本風壓的比值，該系數取決于地面粗糙程度指數。地面粗糙度類別地面特征A近海海面、海島、海岸、沙灘B鄉村田野丘陵、房屋比較稀疏的中小城市和大城市郊區C房屋密集的城市市區D房屋較高密集的大城市市區表3-2 地面粗糙度分類LOGOPage 54高層建筑結構設計Des

39、ign of Tall Building Structures表3-3 風壓高度變化系數z離地面或海離地面或海平面高度平面高度(m)地面粗糙度類別地面粗糙度類別ABCD5101520304050607080901001.091.281.421.521.671.791.891.972.052.122.182.231.001.001.131.231.391.521.621.711.791.871.932.000.650.650.650.740.881.001.101.201.281.361.431.500.510.510.510.510.510.600.690.770.840.910.981.04

40、LOGOPage 55高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures續表3-3離地面或海離地面或海平面高度平面高度(m)地面粗糙度類別地面粗糙度類別ABCD1502002503003504004505005002.462.642.782.912.912.912.912.912.912.252.462.632.772.912.912.912.912.911.792.032.242.432.602.762.912.912.911.331.581.812.022.222.402.582.742.91LOGOPage 56高層建筑結構設計Design of Tal

41、l Building Structures三、風荷載體型系數s 風荷載體型系數主要與建筑物的體型和尺度有關，也與周圍環境和地面粗糙度有關。一般采用相似原理，在邊界層風洞內對擬建的建筑物模型進行測試。 房屋和構筑物與表中的體型類同時，可按表規定取用； 房屋和構筑物與表中的體型類不同時，可參考有關資料采用； 房屋和構筑物與表中的體型類不同且無參考資料可借鑒時，宜由風洞試驗確定； 對重要且體型復雜的房屋和構筑物，應由風洞試驗確定。 建筑結構荷載規范（GB50009-2012）表8.3.1列出39項不同類型的建筑物和各類結構的體型系數，當建筑物與表中列出的體型類同時可參考應用。LOGOPage 57高

42、層建筑結構設計Design of Tall Building Structures 例：矩形截面sLOGOPage 58高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures四、風振系數z2z10z121gI BR 式中：g 峰值因子，可取2.5； I1010m高度名義湍流，對應A、B、C和D類地面粗糙度， 可分別取0.12、0.14、0.23和0.39； R 脈動風荷載的共振分量因子； Bz 脈動風荷載的背景分量因子。LOGOPage 59高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures注意：房屋高度大于200m時，宜采用風洞

43、實驗來確定建筑物的風荷載；房屋高度大于150m，有下列情況之一時，宜采用風洞實驗來確定建筑物的風荷載：平面形狀不規則，立面形狀復雜；立面開洞或連體建筑；周圍地形和環境較復雜。五、風洞試驗LOGOPage 60高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures3-3 地震作用 地震作用由于地面運動引起房屋的結構反應稱為地震。 我國是一個多地震的國家，地震災害的面積占國土面積的一半以上。660個城市中，位于地震區的占74.5%；118 個百萬以上的大城市中，有85.7%位于地震區，2/3的基本烈度為度及度以上。LOGOPage 61高層建筑結構設計Design o

44、f Tall Building Structures一、建筑抗震設防分類和設防標準分分 類類建建 筑筑 類類 型型設設 防防 標標 準準甲類甲類重大建筑、產生次生災害建筑重大建筑、產生次生災害建筑高于本地區設防烈度高于本地區設防烈度乙類乙類不能中斷或需盡快恢復建筑不能中斷或需盡快恢復建筑計算按本地區設防烈度構造高一度計算按本地區設防烈度構造高一度丙類丙類一般建筑一般建筑計算和構造均按本地區設防烈度計算和構造均按本地區設防烈度丁類丁類次要建筑次要建筑計算按本地區設防烈度構造適當降低計算按本地區設防烈度構造適當降低表3-4LOGOPage 62高層建筑結構設計Design of Tall Buil

45、ding Structures二、三水準設防目標和兩階段設計方法目標地震三個設防標準及要求結構狀態50年超越概率與基本烈度的關系設計階段6度7度8度9度多遇地震（小震） 眾值烈度（不壞或可不修）63%低一度半0.040.08(0.12)0.16(0.24)0.32第一階段：承載力驗算。取第一水準參數按彈性方法計算內力與變形并配筋偶遇地震（中震）基本烈度（可修）10%基本烈度0.230.450.90罕遇地震（大震）大震烈度（不倒）2%3%高一度0.50(0.72)0.90(1.20)1.40第二階段：變形驗算注：括號內數值分別用于設計基本地震加速度為注：括號內數值分別用于設計基本地震加速度為0.

46、15g0.15g和和0.30g0.30g的地區的地區表3-5LOGOPage 63高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures圖3-2 框架結構破壞程度與 房間側移的對應關系圖3-3 三個水準烈度的頻率 和對應關系EFf/ hI1.55度度 1度度150120015500不不倒倒可可修修不不壞壞眾值眾值烈度烈度基本基本烈度烈度大震大震烈度烈度0LOGOPage 64高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures三、設計地震分組分組的目的：體現震級于與震中距的影響。分組：分第一組、第二組和第三組三個組。湖南省縣級及縣級

47、以上設防城鎮，設計地震分組均為第一組。LOGOPage 65高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures四、特征周期值 （s）Tg設計地震分組設計地震分組場場 地地 類類 別別IIIIIIIV第一組第一組第二組第二組第三組第三組0.250.300.350.350.400.450.450.550.650.650.750.90表3-6LOGOPage 66高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures五、基本地震加速度抗震設防烈度抗震設防烈度6789基本地震加速度值基本地震加速度值0.05g 0.10g（0.15g） 0

48、.20g（0.30g）0.40g表3-7湖南省： 常德市抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值0.15g； 岳陽、岳陽縣、汨羅、湘陰、臨澧、澧縣、津市、桃源、安鄉、漢壽抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g; 長沙、益陽、張家界等抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g.LOGOPage 67高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures六、設計反映譜曲線mk單質點體系運動方程為：0mckmxxxx 式中: m，c，k 質量、阻尼系數和剛度系數； , , 質點的位移、速度、加速度； 地面運動加速度。x xx 0 x 圖3-4（3-3

49、-1）LOGOPage 68高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures如地面運動 已知，便可求出質點的位移、速度、加速度反應，反應的最大值分別為 ， ， 。有了質點最大加速度反應 后，由牛頓定律可得最大慣性力為：asdsvsas0max0maxgaaxsFmsmgk GGx 式中：m，G 單質點體系的質量及重量； g， k 重力加速度及地震系數； 為動力系數； 地震影響系數(t)x （3-3-2）LOGOPage 69高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures0.050.90.5510.02(0.05)/820

50、.0510.06 1.7 注： 小于0時，取0 ； 小于0.55時，取0.55 。12（3-3-3）（3-3-4）（3-3-5）)(sT01 . 0gTgT50 . 6max2max45. 0max2)(TTgmax12)5(2 . 0gTT 圖3-5 地震影響系數曲線LOGOPage 70高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures七、等效地震荷載計算方法1、水平地震作用計算（1）底部剪力法： 當結構高度小于40m，沿高度方向質量及剛度分布比較的均勻，并以剪切變形為主的高層建筑，可采用底部剪力法計算等效地震荷載。 采用底部剪力法時，各樓層可僅取一個自由

51、度，結構的水平地震作用標準值按下列公式計算：LOGOPage 71高層建筑結構設計Design of Tall Building StructuresE k1eqFGiiiE knjjj=1(1)nG HFFG HnnE kFFnnFF iFEkFnGiGjGiHjH式中： 相應于結構基本自振周期的水平地震影響系數值； 結構等效總重力荷載， 對單質點體系應取總重力荷載代表值的85%； 頂部附加地震作用系數，多層鋼筋混凝土和鋼結構房屋可 按表3-8采用，多層內框架磚房可采用0.2，其他房屋可采用0。1eqGn（3-3-6）（3-3-7）（3-3-8）圖3-6LOGOPage 72高層建筑結構設計

52、Design of Tall Building Structures表3-8 計算式n0.00.350.55g( )Ts1g1.4TT1g1.4TT0.350.5510.080.07T 10.080.01T 10.080.02T LOGOPage 73高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures結構基本自振周期 可按下式計算：1TT1.7Tu1T式中： 計算結構基本自振周期用的結構頂點假想位移（m)， 即假想把集中在各層樓面處的重力荷載代表值作為水平荷 載算得的頂點位移； 結構基本自振周期考慮非承重磚墻影響的折減系數。TuT框架結構框剪結構剪力墻結構T0

53、.6 0.7T0.7 0.8T0.9 1.0（3-3-9）LOGOPage 74高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures求建筑的重力荷載時，各荷載的組合值系數按表3-9采用。可變荷載種類可變荷載種類組合值系數組合值系數雪荷載雪荷載0.5屋面積灰荷載屋面積灰荷載0.5屋面活荷載屋面活荷載不考慮不考慮按實際情況考慮的樓面活載按實際情況考慮的樓面活載1.0按等效均布荷載考慮按等效均布荷載考慮 的樓面活載的樓面活載藏書庫、檔案庫藏書庫、檔案庫0.8其它民用建筑其它民用建筑0.5吊車懸吊重力吊車懸吊重力硬鉤吊車硬鉤吊車0.3軟鉤吊車軟鉤吊車不考慮不考慮表3-9

54、LOGOPage 75高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures(2)振型分解反應譜法適應范圍除底部剪力法以外的所有建筑，宜采用振型分解法。計算方法n個自由度體系有n個基本振型，如：圖3-7LOGOPage 76高層建筑結構設計Design of Tall Building StructuresA.第j振型i質點的水平地震作用的標準值jijjjiiFX G 式中： 相應于第j振型周期 的地震影響系數； j振型i質點的水平相對位移； 振型的參與系數。jijXjj ii1j2j ii1niniXGXGjT（3-3-10）（3-3-11）LOGOPage 7

55、7高層建筑結構設計Design of Tall Building StructuresB.水平地震作用效應（內力和位移）計算 水平地震作用效應先根據各振型的地震作用分別計算，然后再 采用平方和的平方根方法（SRSS法）計算： 2EKj1mjSS 一般情況下可只取前23個振型，當基本自振周期大于1.5秒或房 屋高寬比大于5時，振型個數應適當增加。 為計算各振型所用的自振周期也應按 考慮 建筑結構估計水平地震作用扭轉影響時，應按規定計算其地震作 用和作用效應jjTT1.7TujT（3-3-12）LOGOPage 78高層建筑結構設計Design of Tall Building Structure

56、s(3)時程分析法反應譜法的缺陷： 設計反應譜主要依據的是加速度反應譜，未反映速度與位移及持續時間影響。 是建立在彈性動力分析的基礎上，未考慮彈塑性性能的影響。 高層建筑是多質點體系，而反應譜曲線是從單質點體系得到的。 反應譜方法得到的地震過程中的最大慣性力值，不能得到地震過程中的變形及破壞過程，無法確定某些薄弱部位的各種危險狀態。LOGOPage 79高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures注： 特別不規則的建筑、甲類建筑和表3-10所列高度范圍內高層建筑，應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法

57、計算結果的較大值。表3-10烈度、場地類別房屋高度范圍（m）8 度、類場地和7度1008度、類場地809度60LOGOPage 80高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures 時程分析法又稱直接動力法，解動力方程式多自由度體系在地面運動作用下的振動方程式為： gXttTdT0 gMXCXKXMI X （3-3-13）圖3-8LOGOPage 81高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures注：采用時程分析法計算時：u 宜輸入本地區在設防烈度時記錄到的地震波進行分析；當缺少本地區達設防烈度的地震記錄時，宜按烈度、近

58、震、遠震和場地類別，選用不少于二組的實際地震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線計算。u 彈性時程分析時，每條時程曲線求得的底部剪力不小于振型分解反應譜法求得的底部剪力的65%時，至少應按80%取用多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結果的80%。LOGOPage 82高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures2、豎向地震作用計算（1）需進行豎向地震作用計算的范圍： 9度設防時; 水平長懸臂構件和大跨度結構。（2）豎向地震作用計算：結構總豎向地震計算的標準值按下式計算： EvkVmaxeqFG圖3-9結構豎向地震作用計算圖

59、形vnFviFiGnGEvkFiH（3-3-14）LOGOPage 83高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures質點的豎向地震作用標準值：注：各樓層的豎向地震作用效應按各構件承受的重力荷載代表值 比例分配。iiviEvkjj1njG HFFG HeqE0.75GGmaxmax0.65V式中： 結構總豎向地震作用標準值； 豎向地震影響系數的最大值。EvkFVmax（3-3-15）（3-3-16）（3-3-17）LOGOPage 84高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures3、水平長懸臂構件和大跨度結構豎向地震

60、作用 水平長懸臂構件和大跨度結構考慮豎向地震作用時，豎向地震作用的標準值在8 度和9度設防時，可分別取該結構及所承受重力荷載代表值的10%和20%進行計算。 設計基本地震加速度為0.3g時，可取該結構、構件重力荷載代表值的15%。LOGOPage 85高層建筑結構設計Design of Tall Building Structures八、地震作用考慮原則 一般情況下，應允許在結構兩個主軸方向分別考慮水平地震作用計算，有斜交抗側力構件的結構，當相交角度大于15時，應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。 質量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結構，應計算雙向水平地震作用下的扭轉影響；其它情況，應計