高层建筑设计—高层建筑结构设计.pptx

高层建筑结构设计;02;高层建筑整个结构单元的简化计算模型就是一根竖向的悬臂梁，受竖向荷载和水平荷载的共同作用。竖向荷载W在竖向构件中产生的轴向力N、水平荷载q在悬臂梁底部产生的倾覆弯矩M和在顶端产生的水平侧移△与建筑高度H有如下关系：;同低层建筑相比，高层建筑结构的内力与变形有以下的特征：

(1）水平荷载成为决定要素（强度设计）

在低层建筑中，一般是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却往往起着决定性的作用。随着建筑层数的增多、建筑高度的增加，水平荷载更加成为结构设计的控制因素。

一方面，建筑的竖向荷载所造成的结构应力与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载所造成的结构应力与建筑高度的二次方成正比，说明水平荷载对结构的作用远大于竖向荷载。

另一方面，对某一高度的高层建筑来讲，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，其数值随高层建筑结构动力特征的不同而有较大幅度的变化，因此水平荷载的作用更突出。;(2）侧移成为控制指标（刚度设计）

与低层建筑不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，在水平荷载作用下，结构的侧向变形迅速增大。因为结构顶点的侧移△与建筑高度H的4次方成正比。

高层建筑结构设计不仅要求结构有足够的强度，还要有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载作用下的侧移被控制在某一限度之内。这是因为侧移与高层建筑的安全和使用都有密切关系：

（1）过大的侧向变形会使结构产生过大的附加内力，这种内力与位移成正比（即附加内力越大产生的位移也越大），形成恶性循环，以加速建筑物的倒塌。

（2）过大的侧向变形会导致结构性的损坏或裂缝，从而危及结构的正常使用和耐久性。

（3）过大的侧向变形会使隔墙、围护墙、幕墙、电梯以及各种饰面出现破坏或裂缝。

（4）过大的侧向变形会影响人的正常工作与生活。

整体而言，高层建筑结构在水平荷载作用下要满??结构顶点水平位移、层间水平位移的一定限值要求。同时，高层建筑结构通常还要满足风振加速度的一定限值要求。;(3）结构延性是重要设计指标（延性设计）

高层建筑的抗震设计要求建筑物达到“小震不坏、大震不倒”的标准。即在发生概率较大的小地震作用下，建筑结构保持在弹性阶段工作，不受损坏；在遇到相当于设计烈度的地震时，建筑物经一般修理仍可继续使用；而在发生概率很小的强烈地震作用下，建筑物的损坏不至引起倒塌。

为了达到这方面的要求，必须使结构在强震作用下当构件进入屈服阶段后，具有良好的塑性变形能力——即结构在维持一定承载力的前提下，具有经受较大塑性变形的能力，以便通过结构的塑性变形吸收地震所输入的能力，避免结构倒塌。结构的这种塑性变形能力，成为结构的延性。

为了使结构具有较好的延性，需要从结构材料、结构体系、结构总体布置、构件设计、节点连接构造等方面采取恰当的措施来保证。

;虽然高层建筑的结构体系多种多样，然而组成这些结构体系的构件不外乎有一下三种基本形式：线性构件、平面构件和立体构件。

（1）线性构件

（2）平面构件

（3）立体构件;（1）线性构件

具有较大长细比的细长构件称为线性构件或线构件。当它作为框架中的柱或梁使用时，主要承受弯矩、剪力和压力。其变形中最主要的部分是垂直于杆轴方向的弯曲变形。当它作为桁架或支撑中的弦杆和腹杆使用时，主要是承受轴向压力或拉力；轴向压缩或拉伸是其变形中的主要部分。线构件是组成框架体系、框-撑体系、框-墙体系和板-柱体系的基本构件。

;（2）平面构件

具有较大横截面宽厚比的片状构件，成为平面构件或面构件。作为楼板使用时，承受平面外弯矩；垂直其平面的饶杜是它变形的特点。作为墙体使用时，承受着沿其平面作用的水平剪力、弯矩和一部分竖向压力；弯曲变形和剪切变形是其变形中的主要部分。面构件平面外的刚度和承载力均很小，结构分析中常略去不计。面构件是组成全墙体系、框——墙体系、框支剪力墙体系的基本构件。

;（3）立体构件

由线构件或面构件组成的具有较大横截面尺寸和较小的壁厚的整体筒状构件，成为立体构件，又称空间构件。框筒就是由梁和柱等线性构件组成的立体构件。实腹墙筒、空腹墙筒和支撑筒则是由3片及3片以上的实心墙体、带孔墙体或平面支撑围成的立体构件。在高层建筑中，立体构件作为竖向筒体使用时，主要承受倾覆力矩，水平剪力和扭转力矩。与线性构件和面构件相比，立体构件具有大得多的侧向刚度和较大的抗扭刚