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高层建筑结构课程习题解答土木工程学院二0一二年秋Chap11、高层建筑定义JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》将10层及10层以上或高度超过28ｍ的住宅建筑结构和房屋高度大于24ｍ的其他民用建筑，划为高层民用建筑。
1）层数大于10层；2）高度大于28m；3）水平荷载为主要设计因素；4）侧移成为控制指标；5）轴向变形和剪切变形不可忽略；2、建筑的功能建筑结构是建筑中的主要承重骨架。
其功能为在规定的设计基准期内，在承受其上的各种荷载和作用下，完成预期的承载力、正常使用、耐久性以及突发事件中的整体稳定功能。
3、高层按结构体系分类结构体系是指结构抵抗外部作用构件的组成方式。
从结构体系上来分，常用的高层建筑结构的抗侧力体系主要有：框架结构、剪力墙结构、框架－剪力墙结构、筒体结构、悬挂结构及巨型框架结构等。
Chap 21、为什么活荷载的不考虑不利布置？计算高层建筑结构在竖向荷载作用下的内力时，一般不考虑楼面及屋面竖向活荷载的不利布置，而是按满布考虑进行计算的。
其一，在高层建筑中各种活荷载占总竖向荷载的比例很小，尤其对于住宅、旅馆和办公楼等，活荷载一般在1.5～2.5kN/㎡范围内，只占全部竖向荷载的10％～20％，因此活荷载不同的布置方式对结构内力产生的影响很小；其二，高层建筑结构是个复杂的空间结构体系，层数与跨数多，不利分布的情况复杂多样，计算工作量极大且计算费用上不经济，因此，为简化起见，在实际工程设计中，可以不考虑活荷载不利分布，按满布方式布置作内力计算后再将框架梁的跨中弯矩乘以1.1～1.3的放大系数。
2、高层建筑结构抵抗水平力的构件有哪几种？各种构件有哪些类型（1）有：梁、柱、支撑、墙和筒组成；（2）梁：钢梁、钢筋混凝土梁、钢骨（型钢）混凝土梁；柱：钢柱、钢筋混凝土柱、钢骨（型钢）混凝土柱；钢管混凝土柱等；支撑有：中心支撑和偏心支撑等；墙：实体墙、桁架剪力墙；钢骨混凝土剪力墙等；筒有：框筒、实腹筒、桁架筒、筒中筒、束筒等；3、如何确定高层建筑的结构方案（1）、结构体系的确定：按：高度、风荷载、地震作用；功能、场地特征；经济因素、体型等因素确定采用以下结构体系；（2）、构件的布置（3）、对构件截面进行初选；4、如何确定高层建筑的风荷载和地震作用；1、风荷载的确定：大多数建筑（300m 以下）可按荷载规范规定的方法计算；少数建筑（高度大、对风荷载敏感或有特殊情况者）还要通过风洞试验）；规范规定的方法：0k z s z w βμμω=z β--基本风压；s μ--风载体型系数；z μ--风压高度变化系数；z β--z 高度处的风振系数；2、地震荷载分为：反应谱法和时程分析法；《抗震规范》要求在设计阶段按照反应谱方法计算地震作用，少数情况需要采用时程分析进行补充；5、减少高层建筑温差影响的措施是什么？减少温差影响的综合技术措施主要有：（1）采取合理的平面和立面设计，避免截面的突变。
1.什么是高层建筑和高层建筑结构？JGJ3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》和JGJ99—1998《高层民用建筑钢结构技术规程》是如何规定？答：对于高层建筑，目前尚无一个统一的定义，不同国家、不同时期，对高层的定义也不同，原则上以层数和高度来确定。
可以认为10层或10层以上的住宅建筑和约24m以上高度的其他建筑为高层建筑。
JGJ3—2010《高层建筑混凝土技术规程》将10层及10层以上或高度超过28m的住宅建筑结构和房屋高度大于24m的其他民用建筑，划为高层。
JGJ99—1998《高层民用建筑钢结构技术规程》规定，10层及10层以上的居住建筑和高度超过24m以上的其他民用建筑为高层高层建筑结构:用于高层建筑的结构形式或体系，是建筑中的主要承重骨架；在荷载作用下具有足够的安全性、适用性、耐久性和稳定性。
2.高层建筑结构抗震设防的三水准要求是什么？为达到这些要求，应采用那几个阶段抗震设计方法？答：三个水准要求是:“小震不坏，中震可修，大震不倒”,即：高层建筑结构在小震作用下维持在弹性状态，建筑物不坏或不修就可以使用；在中震作用下，可以局部进入塑性状态，可能有一定损坏，但是结构不坏，经一般修复即可使用；在大震作用下，不倒塌或发生危及生命的破坏。
为达到这些要求，应采用以下两个阶段的设计：第一，除了确定结构方案和结构布置时考虑抗震，还应按小震进行抗震计算和保证结构延性构造设计，以满足三个水准。
针对所有抗震设计的高层建筑。
第二，用大震进行结构易损部位的塑性变形验算，针对甲级建筑和特别不规则的建筑。
3.高层建筑结构的工作特点有哪些？其布置原则是什么?答：①水平作用对高层建筑结构的影响占主导地位，轴向变形和剪切不可忽视。
②高层建筑结构刚度大、延性差、易损布置原则：①综合考虑使用要求、建筑美观、结构合理、便于施工等因素；②体型规则，a结构平面布置均匀、对称、，并具有较好的抗扭刚度；b结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力、质量力分布均匀，无突变。
2012年3月（上）建筑科学科技创新与应用浅谈高层建筑结构设计李广强唐树斌（辽宁福斯特建筑设计有限公司，辽宁沈阳110001）1选择合理的结构类型正确认识高层建筑的受力特点高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构。
竖向荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。
从受力特性看，竖向荷载方向不变，随建筑物的增高仅引起量的增加；而水平荷载可来自任何方向。
当为均布荷载时，弯矩与建筑物高度呈二次方变化。
从侧移特性看，竖向荷载引起的侧移很小，而水平荷载当为均布荷载时，侧移与高度成四次方变化。
由此可以看出，在高层结构中，水平荷载的影响要远远大于竖向荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素。
结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。
高层建筑有上述的受力特点，因此设计中在满足建筑功能要求和抗震性能的前提下，选择切实可行的结构类型，使之具有良好的结构性能、经济效果和建筑速度是非常必要的。
高层建筑上常用的结构类型主要有钢结构和钢筋砼结构。
钢结构具有整体自重轻，强度高、抗震性能好、施工工期短。
并且钢结构构件截面相对较小，具有很好的延性等优点。
但造价相对较高。
与钢结构相比，现浇钢筋砼结构具有结构刚度大，空间整体性好，造价低等优点，可以组成多种结构体系，以适应各类建筑的要求，在高层建筑中得到广泛应用。
其突出缺点是结构自重大，抵抗塑性变形能力差。
因此，高层建筑采用何种结构形式，应取决于其结构体系和材料特性。
2正确选择合理的结构体系通过受力因素分析，下一步就考虑采用什么结构体系，有下面几种高层建筑结构体系可供选择，其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构、筒中筒结构等。
根据其受力特点，结合高层概念设计的三维层次考虑，选取合适的结构体系或其组合体系。
2.1框架结构体系由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由梁联系起来，形成空间结构体系。
浅谈对高层建筑结构的认识浅谈对高层建筑结构的认识高层建筑是现代城市发展的重要组成部分，其结构设计对于建筑的安全性和稳定性至关重要。
本文将从多个方面对高层建筑结构的认识进行详细论述。
一、高层建筑的概念及发展1.1 高层建筑的定义高层建筑是指高度超过一定限制的建筑物，通常对于高于60米的建筑会被称为高层建筑。
1.2 高层建筑的发展历程从人类文明发展的角度看，高层建筑的发展经历了多个阶段，从传统的木结构建筑发展到现代的钢结构、混凝土结构和复合材料结构。
二、高层建筑结构设计原则2.1 承载力原则高层建筑结构设计的首要原则是保证其承载力，通过合理的结构布局和材料选择来满足建筑物的强度和刚度需求。
2.2 抗震设计原则由于地震活动的存在，高层建筑结构设计必须考虑抗震能力，采取适当的抗震措施，如增加结构的刚度和采用阻尼器等。
2.3 稳定性原则在高层建筑结构设计中，稳定性是考虑的重要因素，通过合理设计建筑的重心位置和采取适当的支撑措施来提高建筑的稳定性。
三、高层建筑的常用结构形式3.1 钢框架结构钢框架结构是一种常见的高层建筑结构形式，通过钢材的高强度和抗拉性能来满足建筑物的承载和刚度需求。
3.2 钢混凝土结构钢混凝土结构是将钢筋混凝土两种材料组合使用的结构形式，钢筋提供了一定的拉力强度，而混凝土提供了压力强度，使结构更加稳定。
3.3 玻璃幕墙结构玻璃幕墙结构是一种常见的高层建筑外立面形式，通过玻璃和铝材的组合搭建，提供了良好的视觉效果和采光条件。
四、高层建筑结构设计中的挑战与创新4.1 超高层建筑的设计挑战超高层建筑因其高度的特殊性，会面临更加复杂的设计挑战，如风荷载、地震荷载等，需要采用更加创新的结构设计方法。
4.2 可持续性设计的创新随着环保意识的增强，高层建筑结构设计也需要考虑可持续性发展，包括能源利用、生态设计等，以减少对环境的影响。
五、本文档所涉及附件如下：附件1：高层建筑结构设计规范附件2：高层建筑结构案例分析报告六、本文档所涉及的法律名词及注释：1. 承载力：指结构在预定工作条件下能够承担的荷载。
谈谈高层建筑结构概念设计的若干问题[摘要]通过对高层建筑结构概念设计几方面阐述,强调以承载力、刚度和延性为主导高层建筑结构概念设计的重要性,从宏观上决定高层建筑结构设计中的基本问题,综合处理好功能、技术、艺术、经济等方面的矛盾,并最终实现抗震设防三水准(小震不坏,中震可修,大震不倒)的基本要求。
【关键词】高层建筑结构概念设计基本原则结构布置原则基础的合理选型分析判断一、高层建筑结构概念设计的基本原则(1) 结构的简单性应将复杂的变成简单。
将结构的受力与传力途径设计成越简单、直接和明确就越好。
尽可能避免出现以抗扭为主导的关键性传力构件。
传力途径越复杂就越易形成内力与变形的不协调和难以预料的薄弱环节。
同理,对结构进行分析计算时,应该运用最简单、最直接、概念很清楚地计算方法;切忌使用概念含糊不清,有的甚至连概念都看不出来,系数套系数的繁琐计算方法。
(2) 结构的规则性和均匀性1)建筑平面规则,平面内结构布置宜规则、对称、均匀、减少偏心,使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递,并使质量分布与结构刚度分布协调,限制质量与刚度之间的偏心。
建筑平面规则、结构布置均匀,有利于防止薄弱层的子结构过早破坏、倒塌,使地震作用能在各子结构之间重分布,增加结构的超静定的数量,发挥整个结构耗散地震能量的作用。
2)沿建筑物竖向的结构布置宜规则、均匀,避免刚度、承载能力和传力途径的突变,避免有过大的外挑和内收,,以限制结构在竖向某一楼层或少数几个楼层出现敏感的薄弱部位,以致在这些部位因产生过大的应力集中和过大的变形而使结构不安全。
(3)结构的刚度和抗震能力1)水平地震作用是双向的,结构布置应使结构能抵抗任何方向的地震作用。
一般情况,可使结构沿平面在两个主轴方向均具有足够的刚度和抗震能力,同时还应具有抗扭转刚度和抵抗扭转振动的能力,现在抗震设计计算中不考虑地震地面运动的扭转分量,在概念设计中应该注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。
浅谈多高层的建筑结构概念设计探讨摘要：在多高层建筑结构设计中，概念设计起着关键的作用。
结构工程师，要善于运用概念设计的基本原理及注重整体设计的构思等设计出概念优秀的作品。
关键词：高层建筑概念设计意义探讨一概念设计意义多高层结构概念设计的基本原则有结构简单、规则及具有足够的水平刚度和抗震能力；注重结构的整体性。
概念设计的范围较大，即有大的方案选择，又有小的细节构造，应该贯穿在设计的各阶段和步骤中。
概念设计是结构工程师通过自身的力学知识和工程经验，运用经无数事故分析，震害分析，模拟实验的定量定性分析及长期的困内外设计与使用经验分析、归纳、总结出来的具有基础性、整体性、全局性和关键性的设计基本原则、规定和方法。
通过概念设计能够从宏观上确定结构设计的基本问题，在初步设计时把握建筑的概念性整体方案，明确结构总体系与各分体系之间的传力关系，加强结构整体性，保证结构成为高延性的抗震耗能结构。
二概念设计的应用分析⑴平立面形式是保证结构简单的重要基本条件。
结构平面的布置必须考虑有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，做到受力明确，传力集中，尽可能减少扭转影响。
许多震害表明，平面不规则不对称的建筑，无论是砌体结构还是混凝土结构都会因扭转产生而破坏。
因此，简单、规则、对称、长宽比不大，平面外伸长度小的平面形式是理想的选择。
这样做可使结构的刚度、质量和承载力分布均匀，质量中心和刚度中心宜重合，实现扭转效应的减小。
建筑的立面形式以连续、简洁为宜，较大程度的内收、外挑或中间层部分构件不连续会造成结构的刚度和质量沿竖向分布不均匀，竖向抗剪承载力不连续，竖向刚度出现突变和不规则，对建筑结构的抗震不利。
面对当前建筑方案中出现平立面不规则的情况，作为结构工程师应该运用概念设计的原则尽可能地与建筑工程师沟通，通过调整结构布置和加强构造措施等设计手段使结构趋于合理。
对于平面规则的结构，如果刚度中心偏心，仍会有扭转现象产生。
这时可调整抗侧力构件，使其均匀布置，尤其是考虑具有较大刚度的楼梯间布置。
浅谈高层建筑结构的概念设计
摘要：随着我国经济的发展，城市的发展有横向发展转化为立体发展，高层建筑越来越受到人们的重视，怎样使高层建筑更好的满足社会的需求。
通过分析高层建筑结构的受力性能，阐述了结构概念设计方法，可对建筑师和结构工程师在建筑方案设计时的结构选型起指导作用，而建造出适用、安全、经济、美观的现在高层经济。
关键词：概念设计；高层建筑；抗震设计
近年来我国的建筑设计水平有了很大的提高。
大量的工程实践表明：对高层建筑而言，在设计前期通过建筑师与结构工程师的密切配合，正确运用结构概念，对主要结构体系有比较地选择，就能创作出一个性能良好、造价经济、令人满意的建筑方案，为后续工作打好坚实的基础。
本文试图对高层建筑的结构设计概念及设计方案中的结构抗震设计作一论述。
一、概念设计的重要性
概念设计是展现先进设计思想的关键，一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。
大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天，对计算机结果明显不合理、甚至错误而不能及时发现。
随着年龄的增长，导致他们在大学所的那些孤立的概念都被逐渐忘却，更谈不上设计成果
的不断创新。
强调概念设计的重要，主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性，比如对混凝土结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远，为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。
二、高层建筑结构一般概念设计
高层建筑的结构性能与一般中、低层建筑有所不同，必须引起设计人员的重视。
在混凝土和钢结构设计中，在不增加更多成本的前提下，只要我们遵守下列基本原则，按照高层建筑的结构概念进行结构布置，就能够增加高层建筑抵抗侧向力和变形的能力：一是增加抗弯结构体系的有效宽度，因为增加宽度可以直接减小倾覆力矩，并且当其它条件不变时，变形按宽度增加的三次方比例减小。
二是增加主要承受荷载构件的有效截面。
例如在建筑的底部楼层中，加大柱子翼缘和连系梁截面，就能够直接减小侧移变形，而不会增加上部各层的重量，否则重量的增加将使抗震问题变得更加复杂。
三是使大部分垂直荷载直接由主要抗弯构件来承受，使主要的抗倾覆构件受到预压而有助于在倾覆拉力作用下房屋的稳定。
四是在竖向结构体系中布置实心墙或者利用斜撑构件可以最有效地抵抗每层楼的局部剪力，完全用受弯的竖向构件抗剪一般是不经济
的，因为做到使柱子或者连系梁有足够的弯曲抵抗力，比用墙或斜撑构件需要更多的材料和施工工作量。
五是每层楼板应具有一定的厚度，足以起到水平隔板的作用，这就可以使各种抵抗外力的构件共同工作，而不是独立工作。
六是房屋高宽比较大时，可以采用筒体结构。
这种结构的空间受力性能非常好而且比较经济。
三、高层建筑结构抗震概念设计
地震动及其影响是不确定的，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异，但是地震动及其影响又具有一定的规律性。
对于高层建筑而言，一个合理的抗震设计，需要建筑师和结构工程师的密切配合，不能仅仅依赖于“计算设计”，而往往在很大程度上取决于良好的概念设计。
高层建筑抗震概念设计的基本内容有3个部分：一是建筑设计应重视结构的规则性；二是建筑设计应选择合理的结构体系；三是结构设计应考虑构件和整体结构的延性。
对于第三项内容主要由结构工程师来把握，对于第一、第二项要求，则必须由有经验的、有抗震知识素养的建筑师和结构工程师在方案设计阶段中共同考虑，并讨论几种可供选择的结构形式，以便在结构专业开始设计之前，就能把不合要求的几何图形排除在体系之外。
四、关于建筑结构抗震设计的规则性
高层建筑物的体形是否对抗震有利是抗震设计首先遇到的问题。
结构布置的不规则常常难以避免，但不规则的布置却使结构性能复
杂化，如果不认识到这一点，可能导致始料不及的破坏，甚至倒塌。
对不规则结构布置的识别和为避免或减缓其负面影响而采取补救
措施的概念依赖于对结构性能的正确理解。
1．建筑形状力求规则和简单
历次地震震害经验表明：简单和规则的结构遭遇地震后的破坏较轻。
通常认为简单的结构其受力性能比较明确，设计时容易分析结构在地震作用下的反应和内力分布规律，且结构细部的构造也好处理。
形状的简单和复杂又是怎样区别呢？通常认简单的平、立面图形是方形或圆形的，而复杂的图形是有凹角的，容易造成有应力集中或变形集中的薄弱环节。
抗震设计能做到平、立面简单当然是较理想的，但实际工作中，建筑的平、立面出现凹角是经常的，比较现实的做法是要求建筑体型规则一些，规则的意思是有一定的对抗震有利的要求，也允许带有一定限度区的复杂性质。
区分规则与不规则的界限很难划定。
我国新的高层建筑结构设计规程给出了一些划分原则。
2．建筑结构尽量对称
建筑的平、立面刚度和质量的分布不对称，地震时往往产生扭转破坏，为此在设计上做到对称是十分必要的，但实际工作中常常由于建筑的要求而做不到这一点。
不对称的情况通常表现在以下几个方面：一是建筑周边构件的强度和刚度不对称；二是建筑外形对称而抗侧力系统不对称；三是具有细长伸出翼的平面；四是质量偏心。
3．尽可能满足建筑竖向均匀性
均匀性问题存在于建筑的竖向布置中，无论是几何图形还是楼层刚度变化其规则匀称应该是立面设计中优先考虑的。
布置不均匀的结果产生了刚度、强度的突变，引起竖向的应力集中或变形集中，以致在中小型地震中损坏，在大震时倒塌。
但是，要使结构做到完全均匀性，在实际设计中也有一定的困难。
均匀性问题表现如下：其一，竖向收进问题。
竖向收进是常见的建筑处理方式，结构上产生的问题是在凹角处应力集中。
由于房屋的不同部分其振动特征不同，所以在收进处的横隔（楼盖或屋面板）产生应力突变。
为此，在抗震设计时，可考虑几种处理方法：限制收进尺寸；当设置防震缝有利时，可设缝把复杂的体型划分成若干简单、规则的独立单元，分割后的建筑体型应是均衡的，不致过分细高；不设缝时应进行较细致的空间动力分析；对刚度突变的构件采取加强措施。
其二，柔性层框架。
建筑上往往因底层需要开敞或任意层需要大的空间，使结构处于上下不连续状况，产生竖向刚度突变，特别是柔性底层建筑，在历次大地震中，震害都很普遍，甚至完全倒塌。
分析研究表明，这类构件的应力和变形集中是非常严重的，所以在抗震设计时应力求避免，底层应尽可能配置具有相当强韧性的构件以承受大的侧移。
其三，同一层间的柱子刚度不同。
建筑上由于空间需要或由于艺术构思，使得同一层间柱子的刚度差异较大，通常在刚性较大的柱
子上产生较大的内力。
为此设计时宜从抗震的角度重新安排结构系统。
以使刚度尽量均衡。
其四，抗震墙的不连续。
由于建筑上的需要。
可能出现上下不连续的抗震墙，这就产生了不均匀性。
为此在设计时，应考虑限制上下层的刚度以及连续抗震墙的间距。
其五，填充墙设置的影响。
框架内的填充墙若设置不当，地震时往往会改变结构的受力状态而产生不利影响。
例如，由于填充墙设置不当，可使框架柱形成短柱而造成破坏。
为此在设计时，应把墙同柱分开或采用轻质墙以使框架柱连续。
4．洞口的开设要整齐
建筑上往往由于需要使门、窗、管道等开洞不规则、不整齐．削弱了结构的强度和刚度，形成了有应力集中的薄弱环节，这在设计的初期阶段必须引起重视。
5．防震缝
同建筑体型密切相关的问题是防震缝的设置。
因为防震缝在不同程度上影响建筑的立面效果。
防震缝的设置与否应根据建筑物的体型、结构体系等具体情况区别对待，不提倡一切都设，也不主张不设，分要分的彻底，连要连的牢固。
不宜采用似分不分，似连不连的结构方案。
五、结束语
所谓结构概念，就是处理建筑空间形式与结构受力性能之间关系
的某些准则。
对于高层建筑的方案设计，掌握了结构概念，就能进行合理的结构布置，就能控制大局，预见薄弱部位，通过合适的计算与构造，使未来的建筑更完全、更经济、更适用。
参考文献
[1] 梁兴文、史庆轩、童岳生编著.钢筋混凝土结构设计.北京：科学技术文献出版社，1999
[2] 崔立成.钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[j].中国
新技术新产品，2010.1
[3] 包世华编著.新编高层建筑结构.北京：中国水利水电出版社，2001
[4] 吕西林主编.高层建筑结构.武汉：武汉工业大学出版社，2001.8。
