高层建筑结构设计第10章

高层建筑结构设计整体性能指标控制1.平均重度《高混规》5.1.8条文说明目前国内钢筋混凝土结构高层建筑由恒载和活载引起的单位面积重力，框架与框架-剪力墙结构约为12kN／m2～14kN／m2，剪力墙和筒体结构约为13kN／m2～16kN／m2，而其中活荷载部分约为2kN／m2～3kN／m2，只占全部重力的15％～20％，活载不利分布的影响较小。

另一方面，高层建筑结构层数很多，每层的房间也很多，活载在各层间的分布情况极其繁多，难以一一计算。

【注】平均重度可用于衡量荷载输入的准确性与初步判断结构构件尺寸合理性。

2.结构基本周期结构基本周期可用于判断结构质量和刚度等结构特性合理性的指标。

一般7度区剪力墙结构T=0.1N，N为楼层层数，6度区与8度区上下浮动。

3.结构整体位移角（弹性）4.楼层剪重比根据《抗规》5.2.5【注】《抗规》5.2.5条文说明地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3.5s的结构，由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能太小。

而对于长周期结构，地震动态作用中的地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，但是规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。

出于结构安全的考虑，提出了对结构总水平地震剪力及各楼层水平地震剪力最小值的要求，规定了不同烈度下的剪力系数，当不满足时，需改变结构布置或调整结构总剪力和各楼层的水平地震剪力使之满足要求。

例如，当结构底部的总地震剪力略小于本条规定而中、上部楼层均满足最小值时，可采用下列方法调整：若结构基本周期位于设计反应谱的加速度控制段时，则各楼层均需乘以同样大小的增大系数；若结构基本周期位于反应谱的位移控制段时，则各楼层i均需按底部的剪力系数的差值△λ0增加该层的地震剪力——△F Eki＝△λ0G Ei；若结构基本周期位于反应谱的速度控制段时，则增加值应大于△λ0G Ei，顶部增加值可取动位移作用和加速度作用二者的平均值，中间各层的增加值可近似按线性分布。

图1 收进前后结构平面布置示意图
2 弹性时程分析
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（简称《高规》）4.3.4条要求，除采用振型分解反应谱法（CQC法）进行地震作用计算外，本工程属于第10章规定的复杂高层结构，应采用弹性时程分析法进行多遇地震补充计算。

时程分析法是根据结构
图2 楼层剪力计算结果对比图
抗震构造措施
高位收进高层除在分析阶段采用弹性时程分析进行补充计算外，在设计阶段尚应考虑抗震构造加强措施，根据计算结果，收进层的层间位移角为相邻下部区段最大层间位移角的倍，满足《高规》10.6.5条第1款要求的1.15倍；另根据《高条及10.6.5条要求，采用抗震构造加强措施及其部位如下：在竖向突变部位（27层）楼板厚度按150mm
10@200通长，配筋率0.26%>0.25%，体型突变部位的、26层）楼板板厚按130mm适当加强；收进部位上、下二层周边竖向构件抗震等级提高一级，即25
层楼面剪力墙抗震等级按一级设计。

在危旧改项目中，由于场地限制，为满足功能和立面需求，转换、竖向收进等复杂高层并不少见，对高位收进高层，。

《高层建筑混凝土结构技术规程》修订简介徐永基中国建筑西北设计研究院二○一○年九月《高层建筑混凝土结构技术规程》修订简介依照原建设部建标（2006）77号文《关于印发〈工程建设标准规范制定、修订打算（第一批）〉的通知》的要求，规程编制组经广泛调研、总结工作经验、地震震害经验和研究成果，参考有关国际标准和国外先进标准，在广泛征求意见的基础上，对本规程进行了修订。

本规程包括13章，6个附录，13章为：1、总则；2、术语和符号；3、结构设计差不多规定；4、荷载和地震作用；5、结构计算分析；6、框架结构设计；7、剪力墙结构设计；8、框架—剪力墙结构设计；9、筒体结构设计；10、复杂高层建筑结构设计；11、混合结构设计；12、地下室和基础设计；13、高层建筑结构施工。

共有三十一条强制性条文，即：3.8.1条；3.9.1条；3.9.3条；3.9.4条；4.2.2条；4.3.1条；4.3.2条；4.3.12条；4.3.16条；5.4.4条；5.6.1条；5.6.2条；5.6.3条；5.6.4条；6.1.6条；6.3.2条；6.4.3条；7.2.17条；8.1.5条；8.2.1条；9.2.3条；9.3.7条；10.1.2条；10.2.7条；10.2.10条；10.2.19条；10.3.3条；10.4.4条；10.5.2条；10.5.6条；11.1.4条。

本规程要紧的修订内容为：1、修改了适用范围。

2、修改、补充了结构平面和立面规则性有关规定。

3、调整了部分结构最大适用高度，增加了8度（0.3g）抗震设防区房屋最大适用高度规定。

4、增加了结构抗震性能设计差不多方法及抗震连续倒塌设计差不多要求。

5、修改、补充了房屋舒适度设计规定。

6、修改、补充了风荷载及地震作用有关内容。

7、调整了“强柱弱梁、强剪弱弯”及部分构件内力调整系数。

8、修改、补充了框架、剪力墙（含短肢剪力墙）、框架—剪力墙、筒体结构的有关规定。

9、修改、补充了复杂高层建筑结构的有关规定。

[资料]超限高层建筑工程界定标准1/3超限高层建筑工程界定标准根据国家建设部《超限高层建筑工程抗震设防审查技术要点》确定的超限高层建筑工程界定标准，结合我省实际予以细化，归纳整理如下：一、房屋高度超过以下规定的高层建筑属于超限高层建筑（一）现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（M）结构类型烈度6 7 8 9框架 60 55 45 25框架-抗震墙 130 120 100 50抗震墙 140 120 100 60部分框支抗震墙 120 100 80 不应采用框架-核心筒 150 130 100 70筒中筒 180 150 120 80板柱-抗震墙 40 35 30 不应采用注：1、房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）；2、框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；3、部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构；4、乙类建筑可按本地区抗震设防烈度确定适用的最大高度；5、超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。

（以上摘自《建筑抗震设计规范》表6.1.1）《建筑抗震设计规范》第6.1.1条还规定：平面和竖向均不规则的结构或建造于Ⅳ类场地的结构，适用的最大高度应适当降低（规范条文说明规定“一般降低20%左右”）。

（二）钢结构房屋适用的最大高度（M）结构类型 6、7度 8度 9度框架 110 90 50框架-支撑（抗震墙板） 220 200 140筒体（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒）和巨型框架 300 260 180注：1、房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）；2、超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。

（以上摘自《建筑抗震设计规范》表8.1.1）《建筑抗震设计规范》第8.1.1条还规定：平面和竖向均不规则或建造于Ⅳ类场地的钢结构，适用的最大高度应适当降低。

（三）短肢剪力墙较多房屋适用的最大高度（M）《高层建筑混凝土结构技术规程》相关规定：第7.1.2条高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。

课程名称：高层建筑结构设计课程代码：06001第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点本课程是土木工程专业专业课之一，课程的依据是《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2002），课程中的框架结构设计方法也可用于多层钢筋混凝土结构设计中，本课程主要讲述了高层建筑常用结构形式的受力特点、内力分析方法（手算），也结合高规讲述了高层建筑结构设计中的各种规定和构造要求，框架结构设计方法（抗震）是毕业设计中要用到的知识。

二、课程目标与基本要求通过本课程的学习，使学生了解高层建筑结构布置原则、结构受力特点、内力分析方法、高规中设计规定，其中框架设计方法为重点，应掌握并能应用。

了解剪力墙结构、框－剪结构计算方法。

三、与本专业其他课程的关系本课程一般在大学四年级第一学期开设，本课程是以《钢筋混凝土结构设计》为基础，钢筋混凝土基本构件设计方法在本课程中不再详加讲述，本课程的学习要求学生有一定的数学力学基础，故本课程开设前《结构力学》应已学完。

第二部分考核内容与考核目标第一章概述一．学习目的与要求了解高层建筑的定义、常见的结构形式，了解国内外高层建筑发展的现状，及未来发展的方向。

二．课程内容第一节高层建筑和高层建筑结构定义第二节高层建筑结构的功能第三节高层建筑的结构型式第四节高层建筑结构的发展与展望三．考核知识点与考核目标识记：高层建筑的结构型式，各结构类型在实际工程的应用。

第二章高层建筑结构受力特点和结构概念设计一．学习目的与要求通过本章学习，使学生进一步了解高层建筑所受荷载种类、特点、计算方法，结构平面布置、竖向布置的注意事项，各种结构类型的特点的适用情形。

二．课程内容第一节高层建筑结构上的荷载与作用第二节高层建筑结构的受力特点和工作特点第三节高层建筑结构的结构体系和结构布置第四节高层建筑结构的概念设计三．考核知识点与考核目标识记：基本风压，风载体形系数，风压高度系数，三水准抗震设计目标，两阶段抗震设计方法，抗震设防类别，底部剪力法，反应谱曲线，特征周期，重力荷载代表值，结构基本自振周期，A级高度建筑，B级高度建筑。

第一章概述1、对于高层建筑，抵抗水平荷载成为结构设计需要解决的主要问题2、荷载效应：由荷载引起的结构内力、位移、速度、加速度等3、高层建筑结构设计，主要是抗水平力设计4、高层建筑结构的材料主要为钢、钢筋和混凝土5、按采用的材料，高层建筑的结构构件可分为钢构件、钢筋混凝土构件及组合构件，组合构件是指型钢或钢管与混凝土组合的构件6、按采用的材料，高层建筑结构的类型可分为钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构，混合结构包括由全部构件为组合构件的结构，钢构件与钢筋混凝土组成的结构，钢构件与组合结构组成的结构，钢筋混凝土构件与组合构件组成的结构等7、钢结构以及混合结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢8、混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件，不应低于C20；剪力墙不宜超过C60；其他构件，9度时不宜超过C60，八度时不宜超过C70第二章结构体系1、高层建筑的结构体系包括框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构、巨型结构。

2、框架结构的设计要点：（1）必须在两个主轴方向上设置框架，以抵抗各自方向的水平力。

（2）抗震框架结构的梁柱不允许铰接，必须采用梁端能传递弯矩的刚接，以使结构具有良好的整体性和比较大的刚度。

（3）甲、乙类建筑以及高度大于24m的丙类建筑，不应采用单跨框架结构。

（4）承重体系主要取决于楼板布置。

（5）沿建筑高度，柱网尺寸和梁截面尺寸一般不变。

在建筑比较高的情况下，柱的截面尺寸沿建筑高度减小。

（6)侧向刚度小，总高度受到限制。

（7）框架结构的非承重墙宜采用轻质材料，减轻对结构抗震的不利影响。

（8）不应采用部分由框架承重、部分由砌体墙承重的混合承重形式。

（9）框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。

第10章高层钢结构施工10.1 课后思考题目1简述钢结构的特点。

答：优点：①材料的强度高，塑性和韧性好；②质量轻；③材质均匀和力学计算的假定比较符合；④钢结构制造简便，施工周期短；⑤钢结构密闭性较好；⑥钢结构抗震性能好。

缺点：①钢结构耐腐蚀性差；②钢结构在低温等条件下可能发生脆性断裂；③钢结构耐热但不耐火。

10.2 课后思考题目2钢结构用钢材，按其化学元素组成主要有以下几种：碳素结构钢、低合金钢、耐候结构钢和其他钢材。

题目3碳素结构钢按其含碳量的多少，可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。

其中低碳钢是最主要且最多使用的钢材品种。

题目4Q235AF 表示屈服点为235N/mm2的级沸腾碳素结构钢。

A 级沸腾题目5碳素结构钢按其含碳量的多少，可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。

题目6碳素结构钢按屈服点的大小，分为四种牌号。

Q195、Q215、Q235 及Q275题目7我国目前生产的耐候钢分为高耐候结构钢和焊接结构用耐候钢两种。

题目8钢结构用钢材的主要品种有钢板、钢带、普通型材、H型钢、冷弯型钢、厚度方向性能钢板等几种类型。

题目9钢板按轧制方法可以分为冷轧钢板和热轧钢板，在建筑钢结构中主要用热轧钢板。

题目10H型钢有热轧H型钢和焊接H型钢两种。

题目11钢结构选用钢材的一般考虑哪些原则？答：一般应考虑：结构的重要性、荷载情况、连接方法、结构所处的温度和工作环境等几方面的情况。

10.3 课后思考题目12钢结构的连接部位应有足够的静力强度和疲劳强度，来满足传力和使用要求。

题目13高层建筑在制作和安装施工时采用的连接方法，主要是焊接连接和高强度螺栓连接等。

题目14钢结构常用的焊接方法是手工电弧焊、自动埋弧焊、气体保护焊和电渣焊等。

题目15手工电弧焊常见的接头型式有对接接头、搭接接头、角接接头和T型接头等。

题目16手工电弧焊对接接头的坡口型式有Ⅰ型坡口、Y型坡口、双Y型坡口和U型坡口等。

题目17手工电弧焊的焊接工艺参数有：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数和电源种类及极性。