高层建筑的结构设计详解 提问 发帖 回复
作者:周建荣 高层建筑结构体系与宏观受力特点 建筑设计2482最新高度: 结构体系简述  悬臂柱体系(传统高层建筑结构体系)  传统高层建筑可整体看作一根巨型的悬臂柱; 在实心的巨型悬臂柱中,通过不同的空间开洞方式形 成不同的结构体系,例如框架结构、剪力墙结构、框 剪结构、框筒结构、巨型框架-
作者:周建荣
高层建筑结构体系与宏观受力特点
建筑设计2482最新高度: 1.png
结构体系简述 
悬臂柱体系(传统高层建筑结构体系)  传统高层建筑可整体看作一根巨型的悬臂柱; 在实心的巨型悬臂柱中,通过不同的空间开洞方式形 成不同的结构体系,例如框架结构剪力墙结构、框 剪结构、框筒结构、巨型框架-核心筒等等;  高层建筑结构属于特殊的空间结构,楼盖结构将所 有竖向构件(筒体、剪力墙、框架柱、支撑)连成 整体,实现共同工作; 在水平力(风、地震)作用下,整体结构具有悬臂 柱内力分布特点—弯矩、剪力沿根部方向逐渐增大, 根部弯矩、剪力最大。 索作为主抗侧力构件的超高层建筑 DCH塔属于索作为主抗侧力构件的新型超 高层建筑,有别于传统超高层建筑:  索作为第一抗侧力主构件;  水平力作用下,筒体不具有悬臂柱内力 分布特点;由于索的存在,筒体最大弯 矩出现在中部,非根部;  抵抗水平力由受拉侧索、筒体、受压侧 索共同承担;
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常见高层建筑结构体系
常见高层建筑结构体系如下: 3.png
250m以上高层建筑结构体系
高度超过250 m 的超高层建筑 结构,一般采用框架-核心筒、 框筒-核心筒、巨型框架-核心筒 和巨型框架-核心筒-巨型支撑4 种结构体系; 框架-核心筒、框筒-核心筒适 用于高度250 ~ 400 m 的超高 层建筑; 巨型框架-核心筒、巨型框架- 核心筒-巨型支撑适用于高度300 m 以上的超高层建筑。
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上海中心结构体系
塔楼抗侧力体系为巨型框架- 核心筒-外伸臂结构体系; 在8 个机电层区布置6 道两 层高的外伸臂桁架和8 道箱 形空间环形桁架。 由箱形空间环形桁架和巨柱 形成外围巨型框架
23.png 高层建筑结构宏观受力特点 高层tag_1中,水平荷 载(作用)是主要荷载,结 构高度和抵抗侧移是设计的 主要矛盾; 随结构高度增加,在水平 力作用下,侧向位移增加最 快,其次是弯矩、轴力。 234.png
用于承担重力荷载的结构 材料用量,与房屋层数成线 性比例增加; 其中用于楼盖结构的材料 用量大体是定值,几乎与结 构层数无关; 用于墙、柱等竖向承重构 件的材料用量,则随房屋的 层数比例增长; 用于抵抗水平侧力的结构 材料数量,则按房屋层数二 次方的关系曲线急剧增长。 2345.png 高层建筑结构设计指导思想
结构的均匀 对称性  结构的对称性
结构的对称性指高层建筑中抗侧力的主体结构对称; 对称的建筑容易实现结构的对称性; 不对称的建筑如平面形状L形、T形、S形等高层建筑, 需进行合理的结构布置(如筒体、剪力墙的合理布 置),设法调整的刚心与建筑质心、平面形心尽量 接近,实现结构的基本对称;  结构较大不对称,引起水平力下较大扭转变形,不 利非结构构件如填充墙幕墙正常工作,结构成本 较大增加。

结构的均匀性 
主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度接近、变形特 性接近; 主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀, 尽量减少突变。 主要体现—层刚度尽量减少突变, 层刚度突变(增大或减小过大),容易应力集中, 一般伴随抗剪承载力突变,引起薄弱层出现; 主体抗侧力结构平面布置,同一主轴方向各片抗侧 力结构刚度均匀,避免设置某一、两片刚度特别大 而延性较差的结构,如长窄的实体剪力墙。 个别构件刚度巨大,容易应力集中,首先破坏,从 而形成逐个击破,无法发挥整体结构的协调工作。尽量做到中央核心与周边结构刚度协调均匀,保证 主体结构具有较好扭转刚度,避免扭转变形过大, 有利于控制扭转周期比、扭转位移比。 如剪力墙结构中剪力墙尽量周边、均匀布置,结构 中部剪力墙满足重力荷载要求。
荷载的传力直接重力荷载的传力直接
传力路径:荷载(集中、线、面)通过楼盖的板、 梁,将重力荷载传至竖向构件墙、柱,后由竖向构 件传至基础,再由基础传至地基。 楼屋盖结构布置应尽量使重力荷载以最短路径传至 竖向构件墙、柱; 竖向构件的布置应尽量使其在重力荷载作用下压应 力水平接近均匀,减少竖向构件之间的压应力二次 转移。 如核心筒墙肢压应力水平差异较大,重力荷 载作用下连梁有较大的内力,墙肢通过连梁进行压 应力二次传递,应避免;转换结构的布置,应尽量使上部结构竖向构件传来 的重力荷载通过转换层一次至多二次转换,能传递 到下部结构的竖向构件。
水平荷载的传力直接
抗侧力结构体系明确、传力直接,抗侧力结构一般 由框架、剪力墙、筒体、支撑等组成,宜尽量贯通 连续,尽量减少变化,尽量变化缓慢均匀; 高层建筑结构本质为三维空间结构,应使各部分抗 侧力结构都能有效参与抗侧工作。楼屋盖起到协调 各抗侧力结构工作,应使其具有足够刚度、承载力 及整体性;  非结构构件的填充墙采用轻质材料,采用柔性连接。 避免有一定刚度的填充墙刚性连接使主体结构传力 不明确、不直接。
结构的合理刚度 楼盖结构合理的刚度 楼盖结构梁板截面尺寸合理、布置适当;  主体抗侧力结构的合理刚度 主体抗侧力结构刚度满足规范规定的水平位移、整 体稳定、结构延性的要求,保证结构正常工作,同 时结构刚度不宜过大; 结构抗侧刚度过大,地震作用增大,基础负担增大, 结构构件截面及构造配筋增加较大;结构构件占用 面积、空间加大,降低建筑使用率; 合理的结构抗侧力刚度应以满足和略大于规范限值 即可,建议按大于规范限值10%控制。
小结:高层建筑结构设计核心指导思想——均匀性,即质 量均匀、刚度均匀、受力均匀、承载力均匀,整体 结构共同工作。
高层建筑结构设计方法及主要设计指标
高层建筑结构设计方法 高层建筑结构设计方法 —重力荷载入手,水平荷载复 核。 重力荷载入手—根据重力荷载确定结构构件初始截 面,结构整体抗侧刚度也初步建立; 水平荷载复核—在水平荷载风及地震作用下,复核 重力荷载作用下确定的初始结构,在满足结构稳定、 承载力及变形条件下,对初始结构进行优化调整。 傅总的《实用高层建 筑结构设计》第3章给出 了一般的高层建筑结构 实用有效的设计方法、 步骤。 ? 右图的设计框图里面, 简化(手算)计算部分, 实际工作中建议采用电 算代替,但设计中应掌 握基本的手算技能,学 会对电算结果进行分析 和评价,切勿盲从软件。 233.png
主要设计指标 重力荷载及质量
结构自重占总重力荷载比一般在60%~80%,设计 中应扣除梁(墙)板重叠、梁柱重叠的部分自重; 钢筋混凝土容重25Kn/m3 ,钢材78.5Kn/m3;常用的 使用活荷载及其折减详《荷规》; 结构质量(重力荷载代表值)来源于重力荷载,为 结构恒载及考虑折减的活荷载,一般为1.0恒+0.5活。 常用结构体系单位重量如下,100m以上的高层建筑 取上限,200m以上的框筒结构宜在下表基础上放大 1.1倍。 
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层间位移角 111.png 222.png
主要设计指标—几个常用的“比”
高宽比
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长宽比:6、7度≤6.0, 8、9度≤5.0 质量比:上下层比值≤1.5 周期比:A级,0.9;B级,0.85 位移比:A级,不宜≥1.2,不应≥1.5 B级,不宜≥1.2,不应≥1.4
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楼层侧向刚度比: 框架:剪切变形为主, 侧向刚度=层剪力/层间侧移 本层与上层比≥0.7, 本层与上部三层平均值比≥0.8 框剪、框筒等:弯剪变形为主, 侧向刚度=层剪力/层间侧移角 本层与上层比≥0.9 ≥1.1(1.5倍层高比以上) ≥1.5(嵌固端) 楼层受剪承载力比:A级,本层与上层不宜≤80%, 不应≤ 65% B级,本层与上层不应≤75%, ? 剪重比:本层剪重比=地震作用层剪力(标准值) /本层及以上层重力代表值 须满足最小剪重比要求,如下:
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推荐学习资料 1、《实用高层建筑结构设计》,傅学怡著 2、《高层建筑结构分析与设计》,陈瑜、龚炳年校译 3、《结构概念与体系》,林同炎著
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  1. sun1bet
    sun1bet 2019年03月09日 21:47:30 3楼
    值得参考学习      724suncity.com
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  2. wxlyy
    wxlyy 2019年03月10日 15:07:40 4楼
    谢谢楼主得资料
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  3. liupoquan
    liupoquan 2019年03月11日 08:35:11 6楼
    学习使人进步!
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  4. bluceliang
    bluceliang 2019年03月11日 08:38:38 7楼
    好资料,学习了。
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  5. 学生刘
    学生刘 2019年03月11日 09:55:19 8楼
    感谢分享!!!
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  6. yccming
    yccming 2019年03月11日 10:02:35 9楼
    谢谢楼主得资料
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  7. men2005
    men2005 2019年03月12日 08:53:50 10楼
    多谢分享啦
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  8. uniqueus
    uniqueus 2019年03月12日 10:27:09 11楼
    《实用高层建筑结构设计》,傅学怡著
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  9. zaijianwo007
    zaijianwo007 2019年03月12日 11:09:31 12楼
    好资料,学习了。
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