高层建筑结构设计.ppt

高层建筑结构,唐 兴 荣工学博士 教 授苏州科技学院 土木工程学院二一二年一月,一、课程性质 非学位课程选修课 研究生培养计划 学位公共课（7学分）学位课程 学位基础课（8学分）学位专业课（4学分）选修课（6学分）文献阅读（1学分）非学位课程 学术活动（1学分）必修环节（6学分）实践活动（2学分）科研训练（2学分）学位论文（必须在国内省级及以上学术刊物上以第一作者发表至少1篇本专业研究领域的学术论文）,二、课程主要内容（总32学时）第一讲 高层建筑结构的发展和现状 2 第二讲 抗风、抗震设计方法简介 4（反应谱方法；弹塑性时程分析；静力弹塑性分析）第三讲 结构概念设计 6 第四讲 钢筋混凝土框架结构设计 3（延性梁；延性柱、强节点、强锚固）第五讲 钢筋混凝土剪力墙结构设计 3（悬臂剪力墙；联肢剪力墙；连梁的延性和设计概念）第六讲 筒体结构设计概念 2（框筒、筒中筒和束筒的设计概念；框架-核心筒结构设计概念）,第七讲 复杂高层建筑结构设计 12 带转换层高层建筑结构 带加强层高层建筑结构 连体结构 错层结构 带塔楼高层建筑结构 其他复杂高层建筑结构三、考核方法 平时+测试+期末考试,四、参考书1、方鄂华编著，高层建筑钢筋混凝土结构概念设计，机械工业出版社，2004.82、唐兴荣编著，高层建筑转换层结构设计与施工，中国建筑工业出版社，2002.10（2012版）3、唐兴荣编著,特殊和复杂高层建筑结构设计,机械工业出版社,2006.54、唐兴荣编著，高层建筑结构设计，机械工业出版社，2007.15、徐至钧等主编、唐兴荣等编著,现代高层建筑结构设计与施工手册,中国建筑材料工业出版社,2006.56、徐至钧等主编、唐兴荣等编著,超高层建筑结构设计与施工,机械工业出版社,2007.67、高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）8、建筑抗震设计规范（GB50011-2010）9、有关国内外杂志,中国建筑工业出版社 2002.10（第二版将于2012出版）,2006年5月机械工业出版社,2007年1月机械工业出版社,2006年11月中国建材工业出版社,2007年6月机械工业出版社,第一讲高层建筑结构发展与现状,唐兴荣工学博士 教 授苏州科技学院 土木工程学院二一二年一月,一、“高层建筑”、“复杂高层建筑”、“超限高层建筑”的区别与联系1、高层建筑tall building/high-rise building 高层建筑混凝土结构 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）适用范围定为10层及10层以上的高层民用建筑结构，其房屋的最大适用高度和结构类型应符合高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）的专门条款。国际上诸多国家和地区对高层建筑的界定多在10层以上。为了适应我国高层建筑发展的形势并与国际诸多国家的界定相适应 对于不超过10层或房屋高度不超过28m但接近10层或28m(如8层或24m)的混凝土民用建筑可参照高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）的相关规定执行。考虑到有些钢筋混凝土结构建筑，其层数虽然并未达到10层，当其房屋高度较高，为适应设计需要，高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2012）中将房屋高度超过28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他民用房建筑也纳入了使用范围。,高层建筑（JGJ3-2010）10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑 高层建筑（JGJ3-2002）10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物 对于层数较少、房屋高度较矮的混凝土房屋，高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）的某些规定可根据具体情况适当放松；混凝土结构设计规范(GB50010-2010)、建筑抗震设计规范(GB50011-2010)有关多层建筑也有一些规定。随着规范的不断完善，对于多层混凝土结构房屋的结构设计宜有更详细的专门规定,高层建筑钢结构 建筑抗震设计规范（GB50011-2001）中采用不超过12层和超过12层的划分方法以12层为界 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）中采用不超过50m和超过50m的划分方法以50m为界,2、复杂高层建筑（complicated tall building）结构竖向布置不规则，或平面布置不规则，传力途径复杂，在地震作用下易形成敏感的薄弱部位，属于复杂高层建筑 复杂高层建筑结构包括：带转换层的结构 带加强层的结构 错层结构 连体结构 竖向体型收进、悬挑结构（本次修订增加，并将多塔结构并入其中）鉴于目前建筑多功能发展的需要，工程中往往会遇到这些复杂结构，为使结构的质量安全得到基本保证，高层建筑混凝土结构设计规程（JGJ3-2010）对复杂高层建筑结构的设计提出了各项专门的规定。（10 复杂高层建筑结构设计）,3、超限高层建筑（out-of codes tall building）超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点（2010版）定义：下列高层建筑工程属于超限高层建筑工程：房屋高度超过规定，包括 超过建筑抗震设计规范（GB50011-2010）第6章钢筋混凝土结构 超过建筑抗震设计规范（GB50011-2010）第8章钢结构适用的最大高度;超过高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）第7章中有较多短肢墙的剪力墙结构 超过高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）第10章错层结构 超过高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）第11章混合结构最大适用高度的高层建筑工程 房屋高度不超过规定，但建筑结构布置属于建筑抗震设计规范（GB50011-2010）、高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）规定的特别不规则的高层建筑工程。,超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点（2010版）,超限高层建筑工程主要范围的参照简表,房屋高度（m）超过下列规定高层建筑工程,同时具有下列三项及以上不规则的高层建筑工程（不论高度是否大于表1规定）,具有下列某一项不规则的高层建筑工程（不论其高度是否大于表1）,其他高层建筑,属于下列情况的，建议委托全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会进行抗震设防专项审查,B级高度高层建筑是否属于超限高层建筑范围？高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）将高层建筑结构的房屋高度分为A级高度和B级高度。A级高度是各种结构体系比较合适的房屋高度，是高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）根据国内外工程实践经验提出的高度。同时，高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）为适应现代建筑功能的需要，还提出了比A级高度更高的B级高度，B级高度建筑其结构受力、变形、整体稳定、承载力等更复杂，故其结构抗震等级、有关的计算和构造措施应相应加严，并应符合高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）有关条款的规定。B级高度高层建筑是相对A级高度高层建筑而言的，是指房屋高度超过高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）表3.3.1-1规定的框架-剪力墙、剪力墙及筒体结构高层建筑，其适用的最大高度不应超过高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）表3.3.1-2的规定，并应遵守高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）规定的更严格的计算和构造措施要求。B级高度高层建筑属于超限高层建筑工程，仍然需要进行抗震设防专项审查；审查可由各地超限高层建筑工程审查委员会完成，审查的主要依据是高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）中有关B级高度高层建筑的规定，其目的是检查、复核结构设计是否符合高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）的相关要求,郭允冲副部长在全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会第四届委员会第一次全体会议上的讲话 随着经济的发展和建筑技术的进步，我国的高层建筑发展很快，呈现出以下几个特点：建筑高度越来越高，各地竞相设计建造“全国第一”、“亚洲第一”乃至“世界第一”的高层建筑 高层建筑分布范围广，近年来不仅是中心城市、大城市，一些中等城市也开始建造超高层或者体型复杂的大型公共建筑 很多项目选用国外设计师的设计方案，但其中许多建筑师来自非地震区，缺乏抗震设计经验。,自1998年设立超限审查制度以来，我国的超限高层抗震管理工作取得了明显成效（1）管理制度日趋完善 超限审查制度是一项保留的行政许可；超限高层建筑工程抗震设防管理规定以及审查技术要点、审查办法等部门规章和规范性文件。（2）超限审查工作取得了明显的成效 保障了城市公共安全。超限建筑大多是大型公共建筑，有的还是所在城市的标志性建筑，如国家体育场、上海环球金融中心和正在建设的上海中心大厦等。通过超限审查，对这类建筑的设计加以完善，提高了抗震可靠度，特别是及时纠正、制止了一些设计公司不符合抗震设计原则的设计。通过超限审查，一些前沿的工程抗震新技术得到了实际应用，实践经验不断积累，促进了我国抗震设计规范的改进和完善。参加超限审查的国内高水平的专家在审查的同时，把先进的技术和理念带到相关设计单位，起到了交流和促进的作用，提高了我国高层建筑的整体设计水平。超限审查在保障超限建筑抗震安全的同时，也对一些不合理的设计提出了优化意见，为国家节约了资源。,超限高层建筑结构属于不规则结构，甚至是特别不规则结构。这些工程的抗震设计不能套用现行标准，缺少明确具体的目标、依据和手段，必须按照建设部第111号部长令超限高层建筑工程抗震设防管理规定（见附录四）、全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会抗震设防专项审查办法（见附录五）和超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点（见附录六）等要求，设计者需要根据具体工程实际的超限情况，进行仔细的分析、专门的研究和论证，必要时还要进行模型试验，从而确定采取比标准规范的规定更加有效的具体的抗震措施，业主也需要提供相应的资助，设计者的论证还需要经过抗震设防专项审查，以保证结构的抗震安全性能。（注：附录四-附录六见特殊和复杂高层建筑结构设计唐兴荣编著，机械工业出版社，2006年5月）,美国芝加哥的家庭保险大楼,建于1885年，10层，高42m，公认为世界第一幢摩天建筑，由美国建筑师威廉詹尼设计 1890年这座大楼又加建2层，增高至55m。下面6层使用生铁柱、熟铁梁框架 上面4层是钢框架，墙仅承受自己的重量 1931年拆毁,二、国内外高层建筑的历史和现状,塔（大都采用木与砖结构）古代高层建筑的典型代表,现代高层建筑,纽约帝国大厦（Empire State Building）,帝国大厦位于美国纽约市的一栋著名的摩天大楼，共有102层，天线顶：448.7m，屋顶：381m 由Shreeve,Lamb,and Harmon建筑公司设计 1930年动工，1931年落成 保持“世界最高建筑”40年之久,1960年以后，由于材料、结构体系和施工技术的不断发展，才开始进入大量建造50层以上高层建筑的时代。近年来，亚太地区经济迅速发展，高层建筑的建造速度和高度都受到世界瞩目。,1、哈利法塔模型,（162层，塔（杆）顶高度828m）,上海环球金融中心最新的外观造型效果图,2、上海环球金融中心（101层，楼顶高度492m）,在90楼（约395m）设置了两台风阻尼器，各重150t,（地下5层、地上101层，塔楼高509m、顶层顶板高449.2m、最高使用楼面地面高439.2m，裙楼高61.5m）,3、台北国际金融中心,唐兴荣2008.4摄于台北,最快的电梯速度：16.83m/s（约60km/h）,调谐质块阻尼器 在88至92楼挂置一个重达660t的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃动幅度,唐兴荣 2008.4 摄于台北,4、马来西亚吉隆坡石油大厦双塔（Petronas Twin Towers）,（地下3层，地上88层，屋顶高度379m，顶部有塔桅，总高度452m）,5、马来西亚吉隆坡石油大厦双塔（Petronas Twin Towers）,（地下3层，地上88层，屋顶高度379m，顶部有塔桅，总高度452m）,6、美国芝加哥 西尔斯大楼,(110层，结构顶高度442m，塔杆顶520m）,（地下3层，地上88层，高度为420.5m）,7、上海金茂大厦,（地上88层,高度1362英尺(415m)）,8、国际金融中心大厦（二期），中国香港,唐兴荣 2011.8 摄于香港,9、中信广场大厦，中国广州,（地上80层，总高度391m）,10、信兴广场大厦,信兴广场大厦：深圳的标志性建筑 楼高：69层，383.95m，一度是亚洲最高建筑 宽与高比例：1:9，创造世界超高层建比例最“扁”、最“瘦”记录 面积：26.7万平米 整个大厦形体分3部分：主体为68层写字楼，立面由两个柱型塔组成，辅楼是33层、120m高的酒店式商务住宅，形体是两块板式叠合相错，中间一巨型门洞，贯通大厦南北；5层高的购物裙楼，联接两主体 功能组成：地王大厦信兴广场由商业大楼、商务公寓和购物中心三部分组成。体形设计灵感源自：中世纪西方的教堂和中国古代文化中的通、透、瘦精髓。精点：层高的商务公寓最引人注目的设计是空中游泳池，空间跨距约25m，高20m，上下延伸由9层至16层。夹在商业大楼和商务公寓中间的是购物商场，它的平面设计以一个形似钥匙洞的5层高的中庭为主。与周围的人文、自然景观相配合，成为深圳独特的旅游景点。,11、帝国大厦，美国纽约,（地上102层，结构顶高度381m，塔杆顶高度449m）,上海环球金融中心实景模拟图(右侧为金茂大厦),上海环球金融中心项目1997年7月奠基,由日本森大厦株式会社即森财团的全额子公司森海外株式会社等36家企业联合投资。工程建设被迫放缓原因 当年爆发亚洲金融危机，经济急剧变化，房地产市场出现疲软。由于为数不少的中国建筑师联名上书有关部门，强烈要求更改易令人联想到“两把军刀托起一面日本太阳旗”的造型设计。这个远远地看正像日本太阳旗的设计方案“露光”，就遭遇一片斥责。“这建筑到时候是要代表中国形象的，代表国家形象的东西如果让人觉得有隐晦的意味总是不好受的。”2003年7月，建设工程重新启动，除了修改了最初的造型(圆洞下部出现了一座天桥)外，由460m、94层增到492m、101层。上海环球金融中心的外观造型，原本设在大楼顶部的圆形风洞改为倒梯形。2007年9月14日结构封顶，中心于2008年8月29日竣工。,(101层，高度492m),新设计倒梯形风洞,原设计圆形风洞,引起争议的原设计：设计图有如两把军刀穿破大地托起一轮红日。不少人在观看了设计图后，觉得它如同两把抗日战争时期日本军人使用的三八大盖刺刀深深地刺痛了中国人的心，而顶上的圆孔犹如日本的太阳旗。,世界400m以上的18座建筑物和独立构造物（含建设中的）1、迪拜塔：“迪拜塔”又称迪拜大厦或比斯迪拜塔，是位于阿拉伯联合酋长国迪拜的一栋已经建成的摩天大楼，160层，总高828m。2004年9月21日开始动工，2010年1月4日竣工启用，同时正式更名哈利法塔。2、深圳平安金融中心大厦：总高度646m，主体高度588m。将于2014年竣工完成【建设中】3、上海中心：大厦的主楼共有127层，总高为632m，结构高度为565.6m。将于2014年竣工完成【建设中】。4、武汉绿地国际金融城：高度606m。【建设中】5、韩国 国际商务中心（）大厦：地上130层，地下7层，高度580m。【建设中】6、自由之塔：“自由之塔”是纽约世贸中心遗址重建工程的重点，设计标高541.3m【建设中】7、台北101大楼：拥有目前已建好的“世界高楼”四项指标中的三项世界之最，即“最高建筑物”（508m）、“最高使用楼层”（438m）和“最高屋顶高度”（448m）8、上海环球金融中心：设计建筑高度492m，已于2008年竣工 9、吉隆坡双塔大楼：马来西亚国家石油公司双塔大楼位于吉隆坡市中心美芝律，高451.9m，共88层 10、紫峰大夏：位于南京市鼓楼广场，总高度450m。2008年9月28日竣工，2010年12月18日举行落成典礼,11、西尔斯大夏：位于美国芝加哥，高443m，108层 12、京基100中心广场：位于深圳，总高度441.8m，共100层，已于2011年2月23日主体封顶【建设中】13、上海金茂大夏：上海标志性建筑之一，高420.5m，88层 14、香港国际金融中心大厦：位于香港中环，高420m，共88层，为香港最高建筑物 15、广州珠江新城双塔之西塔：设计高度为432m，已完成室内外装修招投标，并举行了试运营仪式【建设中】16、加拿大国家电视台CN塔：高度553.33m，共181层 17、莫斯科电视台：高度540m 18、帝国大夏：高度448.7m,上海中心大厦（127层，总高为632m，结构高度565.6m）,“上海中心”美国建筑设计事务所设计,127层，总高为632m，结构高度565.6m,是目前中国国内规划中的第一高楼。“上海中心”建筑外观呈螺旋式上升，建筑表面的开口由底部旋转贯穿至顶部，与金茂大厦经典隽永的塔形和环球金融中心简洁明快的立体造型形成鲜明对比。从天空向下俯瞰，“上海中心”非对称的顶部卷折状造型，与金茂的点状和环球金融中心的线状顶部遥相辉应，将进一步丰富上海的城市天际线。“上海中心”总投入将达148亿元 2010年上海世博会时地下部分封顶 2012年结构封顶且部分投入运营 2014年竣工交付使用。,上海中心大厦,武汉绿地国际金融城暨绿地中心，总高度：606m，5年内建成,(地上130层，地下7层，高度580m),韩国“国际商务中心（）”大厦模型,南京紫峰大厦,89层，总高度450m，屋顶高度389m,441.8m,441.8m,441.8m,西塔外形像“通透水晶”，结构采用创新的套筒结构：钻石形状斜交网格筒体结构体系，钢管混凝土巨型斜交网格外筒，钢筋混凝土剪力墙内筒，钢砼组合楼盖连接内外筒,1、苏州国际金融中心，92层，总高度450m,苏州之高层建筑,2、新鸿基地产园区湖东CBD项目项目模型 总高度310m,3、东方之门，地下5层，地上88层，总高度301.8m,8项全国之最:世界第一门（高度约相当于法国凯旋门的6倍）中国第一大高楼（单体建筑面积约46万平米）中国结构最复杂的超高层建筑 中国单位用钢量最大的建筑（每平米300kg，为一般超高层建筑的1.5倍）中国最高的苏式园林（88层顶楼见两座苏式园林）中国最深的私家酒窖（地下五层的酒窖）中国最高的过街天河（门洞高246m，跨度68m）中国最高无边际泳池（200m以上室内游泳池）,4、苏州环球188，总高度282m，结构高度188m,5、中润苏州中心，52层，总高度268m,6、苏州香格里拉大酒店，54层，232m,7、苏州新地国际公寓，50层，总高185m,8、苏州沿海国际中心，49层，总高度174.8m,9、苏州金河国际大厦，42层，总高度152m,10、苏州创世纪大厦，31层，总高度138m,“王国大厦”（左，1600m）、迪拜大酒店（左二，1050m）、科威特穆巴拉克塔（左三，1001m）、迪拜哈利法塔（右，818m）,沙特皇室宣布方案说打算斥资120亿英镑建造世界上最高的大厦，约有1英里(1600m)高，需要乘电梯12分钟才能到顶 的王国大厦000,20世纪80年代末期及90年代 我国高层建筑在数量、质量和高度上都有了迅猛发展,深圳赛格广场（72层、总高度353.8米）,目前世界最高的钢管混凝土结构建筑,三、现代高层建筑的发展趋势,现代高层建筑 复杂高层建筑 1、高层建筑多用途、多功能发展趋势 五六十年代，前苏联、东欧一些学者提出了柔性底层房屋的方案，（上部全部为剪力墙，下部为框架的结构体系），并认为柔性底层有利于隔震，提高整座建筑物的抗震能力，因而兴建了不少这样的房屋，这也是首次通过设置转换层而取得底层大空间的尝试。实践表明：柔性底层房屋并不具有人们所期望的隔震、抗震能力，底层框架柱不能承受过大的变形，在地震中容易破坏而使整座建筑物倒塌。我国在这方面的研究及实际工程的应用始于70年代中期。通过试验研究、理论分析和工程实践，底部大空间剪力墙结构的整体刚度和楼层相对刚度的选择和控制，提供了实验和理论上的技术依据。已作为一种特殊的结构体系反映在规程（JGJ3-91）中。,近年来国内、外高层建筑发展迅速，现代高层建筑越建越高、越建越大，其建筑向着体型复杂、功能多样的综合性方向发展。,综合性多功能高层建筑示意,建筑功能：上部需要小开间的轴线布置和需要较多的墙体以满足旅馆和住宅的功能要求；中部则需要小的或中等大小的室内空间，可以在柱网中布置一定数量的墙体以满足办公用房的功能要求；下部需要尽可能大的自由灵活的室内空间，要求柱网大、墙体尽量少，以满足商店、餐馆等公用设施的功能要求。,结构受力：由于高层建筑结构下部楼层受力很大，上部楼层受力较小，正常的结构布置应是下部刚度大，墙体多、柱网密，到上部渐渐减少墙、柱的数量，以扩大柱网。这样，结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反,为满足建筑功能的要求，结构必须进行“反常规设计”，即将上部布置小空间，下部布置大空间；上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼层设置结构转换层（structure transfer story），在结构转换层布置转换结构构件(transfer member)。,从70年代中期，国内开始尝试使用底层大开间剪力墙结构（即梁式转换层），到现在短短的三十年时间，梁式转换层的工程应用发展很快。目前，在带转换层高层建筑结构中，梁式转换层的应用最为广泛，从结构传力方式看，梁式转换层具有传力直接、明确和传力途径清楚的优点。转换梁具有受力性能好、工作可靠、构造简单和施工方便的优点，结构计算也相对容易，因此，梁式转换层结构在实际工程中的应用较广，对国内、外150余幢带转换层的高层建筑结构的统计表明，有93幢采用梁式转换层高层建筑结构，约占60%。目前对下部数层大开间，上部为小开间，中间带转换层的高层建筑的理论分析和工程实践较多，近年来东南大学等结合实际工程对带转换层的结构（包括梁式转换层、桁架转换层、板式转换层及巨型框架结构等）进行了静力分析、拟动力分析和振动台试验研究，得到了很多有益的建议，为实际工程设计与施工提供了科学的依据。规程（JGJ3-2010）规定：对部分框支剪力墙结构，转换层设置高度，8度时不宜超过3层，7度时不宜超过5层，6度时其层数可适当增加。,转换层的结构功能,1、上层和下层结构类型的转换 转换层将上部剪力墙转换为下部框架，以创造一个较大的内部自由空间。这种转换层广泛用于剪力墙结构和框架-剪力墙结构中，称这种类型的转换层为第I类转换层（图中的转换层）。,2上层和下层柱网、轴线的改变 转换层上、下层的结构形式没有改变，通过转换层使下部柱的柱距扩大，形成大柱网。这种转换层常用于框架核心筒结构和外围密柱框架的筒中筒结构的底部形成大入口的情况，称这种类型的转换层为第类转换层（图中的转换层）。,3、同时转换结构形式和结构轴线位置 上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为框架的同时，柱网轴线与上部楼层的轴线错开，形成上、下结构错位的布置，称这种类型的转换层为第类转换层。,框架-核心筒结构采用转换梁与搭接柱转换示意图（a）转换梁；（b）搭接柱转换,框架-核心筒结构外围框架柱上、下不连续时，需要转换结构加以过渡，实际结构中采用的转换结构有：转换梁、转换桁架、搭接柱、斜撑等型式。搭接柱是一种新型转换结构。,搭接柱转换结构的受力示意（a）外悬搭接；（b）内收搭接,2、高层建筑平面布置和体型日益复杂 在80年代之前，我国高层建筑体型大多规则，平面多为矩形、少量为L形、槽形，一般比较简单。近年来，高层建筑结构的平面形状日益复杂（由于结构分析水平的提高，三维空间分析程序和计算机的广泛应用使复杂高层结构分析成为可能）。进入90年代，连体建筑和立面开洞建筑建得很多，为满足建筑艺术和城市规划对高层建筑体型的新要求，在建筑物的立面上开大洞或几座建筑物用若干楼层连为一个整体，就构成了连体建筑。,凯旋门式（图d），这种形式的两个主体结构一般采用对称的平面形式，在两个主体结构的顶部若干层连接成整体楼层，连接体的宽度与主体结构的宽度相等或接近,连体建筑示意,（a）立面开洞,（b）一个架空连廊,（c）多个架空连廊,（d）凯旋门式,立面开洞，是最普通的连体结构（图a）。,架空的连廊，在两个建筑之间有设置一个连廊的（图b），也有设置多个连廊的（图c），连廊的跨度有的约几米，有的长到几十米。连廊的宽度一般都在10米之内。,苏州“东方之门”外观,苏州“东方之门”项目由英国建筑设计公司和中国华东建筑设计研究院等合作设计，建筑高度301.8m，约88层，分南、北双塔式设计，是一个外形为门形的超高层建筑，门高246m，跨度间距68m。总建筑面积46万平方米。建成后的“东方之门”将集白金五星级酒店、大型商业中心、办公写字楼、酒店式公寓于一体的多功能综合楼宇。,高层建筑结构为了更好地适应建筑平面使用、景观视野等不断发展的技术要求，为了更有效地充分发挥结构的空间刚度，目前多趋向于采用框架核心筒结构体系(图)。框架-核心筒结构的外围框架都采用稀柱框架，当房屋较高时，结构的侧向刚度较弱，有时不能满足设计要求，此时可沿建筑物竖向利用建筑避难层、设备层空间，在核心筒与外围框架之间设置适宜刚度的水平伸臂构件，必要时可在周边框架柱之间增设水平环带构件，以构成带加强层的结构。,典型框架核心筒结构平面,加强层结构一般都在框架-核心筒结构中采用。框架-核心筒结构设置加强层后，其稀柱框架的轴力可平衡较大一部分水平力产生的倾覆力矩，从而减少内筒的弯曲变形，转换为外围框架柱的轴向变形，结构在水平力作用下的侧移可明显减小。对于侧向刚度较大的结构（如筒中筒结构等）没有必要设置加强层，即使设了加强层，对于提高结构侧向刚度的效果也不会明显。,沿建筑物竖向利用建筑设备层、避难层空间，在核心筒与外围框架之间设置适宜刚度的伸臂构件加强核心筒与框架柱间的连系，必要时可设置刚度较大的周边环带构件，加强外周框架角柱与翼缘柱间的连系，构成带加强层的高层建筑结构，也即框架核心筒伸臂结构 更有效地发挥周边外框架柱的抗侧作用，提高结构整体抗侧刚度以满足规范要求。,伸臂构件使一侧框架柱受压、另一侧框架柱受拉，对核心筒形成反向弯矩，减小结构的侧移和减小伸臂构件所在楼层以下核心筒各截面的弯矩。,3、结构体系日益多样化 1980年以前，高层建筑结构基本上是钢筋混凝土三大常规体系：框架结构、剪力墙结构和框架-剪力墙结构。他们的共同特点是以平面框架或平面剪力墙为抗侧力结构单元。多方向组合成空间受力结构。进入80年代，建筑功能和建筑艺术要求提高，平面布置与竖向体型日益复杂，而且层数增多，高度加大以及设防烈度提高，常规三大结构体系已难以满足要求。以空间结构受力为特征的筒体结构得到了广泛应用。在建和已建的100m以上高层建筑中，采用筒体结构的占80%以上。,（a）传统框架结构体系；（b）巨型框架结构体系 巨型框架结构体系比较,巨型框架结构体系是把结构体系中的框架部分设计成主框架和次框架。主框架是一种大型的跨层框架，每隔610层设置一根大截面框架梁，每隔34个开间设置一根大截面框架柱（图示）。主框架大梁之间的几个楼层，则另设置柱网尺寸较小的次框架。次框架仅负担这几个楼层的竖向荷载，并将它传给主框架大梁，而这些楼层的水平荷载则通过各层楼盖直接传到框架上。,错列结构体系(a)错列桁架结构体系；(b)错列墙梁结构体系,错列墙梁（或桁架）体系是由一系列与楼层等高的墙梁（或桁架）组成，墙梁（或桁架）横跨在两排外柱之间。采用这种结构体系能为建筑平面布置提供宽大的无柱面积，使楼面的使用更加灵活。在建筑平面上只有横向上的外柱而没有内柱。墙梁（或桁架）的排列可以有规则地设置（A型-B型-A型-B型，或A型-B型-B型-A型），以获得某一方面所需要的更大空间。,在传统的框架-剪力墙结构中，沿建筑物高度方向剪力墙是连续布置的，这种剪力墙的布置方式，即使在中等高度（20层）的结构中，结构的侧向变形和剪力墙底部的弯矩都很大。错列剪力墙结构体系（Staggered Shear Panels Structures System）是将一系列与楼层等高和开间等宽的墙板沿框架高度隔层错跨布置，这种布置方式可使整个结构体系成为几乎对称均质，具有优异的抵抗水平荷载的能力。只要墙板合理布置，错列剪力墙结构可提高结构的横向抗侧刚度，同时可大大地降低剪力墙的底部弯矩，这对剪力墙的基础设计是有益的。,（a）框架剪力墙结构（b）类型1（c）类型2 d）类型3 错列剪力墙结构,建设部科研项目（2000-285-3-10）江苏省社会发展项目（BS2000388）江苏省研究生科技创新计划项目（010150516）静力性能分析、抗震性能试验研究、设计和构造要求 建设部科研项目结题结论：该成果完成了研究任务，为该类特殊结构体系的推广应用提供了技术依据，总体达到了国际先进水平。,（a）SSW-0试件（b）SSW-1试件,（c）SSW-2试件（d）SSW-3试件,从各层墙板的裂缝分布可以看出：试件SSW-0只有一层和二层墙板出现了斜裂缝，三层和四层的墙板几乎没有斜裂缝，而试件SSW-1、SSW-2、SSW-3中所有墙板都出现了交叉的斜裂缝，这说明错列剪力墙结构中，每层墙板都充分发挥了作用，而传统框架-剪力墙结构中只有底部的墙板发挥了作用。错列剪力墙结构中试件SSW-2、SSW-3墙板斜裂缝的分布比试件SSW-1更多更均匀，这是由于在试件SSW-2、SSW-3的墙板内布置了X形斜撑钢筋，限制了斜裂缝的发展，使裂缝的分布更均匀。,唐兴荣，沈萍钢筋混凝土错列剪力墙结构抗震性能的试验研究()四川建筑科学研究2008，34（6）：138-144 唐兴荣，沈萍钢筋混凝土错列剪力墙结构抗震性能的试验研究()四川建筑科学研究2009，35（1）：161-165 唐兴荣，沈萍钢筋混凝土错列剪力墙结构抗震性能的试验研究()四川建筑科学研究2009，（2）：157-161 唐兴荣，何若全。侧向荷载作用下错列剪力墙结构的性能分析，苏州城建环保学院学报，2002.9.（2002-2003年度苏州市自然科学优秀论文二等奖）沈 萍，唐兴荣错列剪力墙结构的受力机理和静力性能分析，苏州科技学院学报(工程技术版)，2007.6唐兴荣编著高层建筑转换层结构设计与施工，中国建筑工业出版社，2002.10 唐兴荣编著特殊和复杂高层建筑结构设计，机械工业出版社，2006.5,异形柱框架结构1框架结构 错列桁架结构、错列墙梁结构 巨型框架结构 脊骨结构,全部落地剪力墙结构2剪力墙结构 部分框支剪力墙结构 短肢剪力墙结构 错列剪力墙结构,3框架剪力墙结构,框架核心筒结构4筒体结构 框筒和桁架筒 筒中筒结构 多束筒结构,目前实际工程中，高层和超高层钢筋混凝土结构体系主要有：,四、高层建筑结构体系,带转换层结构 带加强层结构 连体结构5、复杂高层建筑结构 错层结构 多塔结构 悬挑结构 竖向收进结构 平面不规则结构,板柱结构6、其他结构 板柱剪力墙结构,特殊和复杂高层建筑结构设计唐兴荣编著、机械工业出版社，2006,图2-1 北京长城饭店标准层平面图,1、框架结构（Frame Structure）框架结构由梁、柱组成的结构；框架结构的柱距大约为4m8m；具有建筑平面布置灵活的特点，可以取得较大的使用空间；在水平荷载作用下框架结构的侧向变形特征为剪切型。,地震区最高现浇钢筋混凝土框架结构：北京长城饭店（18层，局部22层）,图2-4 框架在侧向力作用下的侧移曲线,梁、柱的弯曲变形产生的侧移1呈剪切型（自下而上层间位移减小）,柱的轴向变形产生的侧移2呈弯曲型（自下而上层间位移增大）,框架在侧向荷载作用下的侧移1+2呈剪切型为主,巨型框架结构(Mega-Frame Structure)巨型框架结构框架部分设计成主框架和次框架主次框架结构 主框架是一种大型的跨层框架，每隔6 10层设置一根巨型框架梁，每隔3 4个开间设置一根巨型框架柱。次框架是在巨型框架梁之间的几个楼层设置的柱网尺寸较小框架。其主要作用是将各楼层的竖向荷载可靠地传递给主框架的巨型梁和巨型柱（当次框架采用有柱方案时），或将竖向荷载直接传递给巨型柱（当次结构采用无柱方案时）。巨型柱可采用由电梯井和楼梯间井筒构成，也可采用矩形截面巨型柱。而巨型梁可采用一般矩形截面或箱形截面梁，有时则可采用桁架。巨型框架梁本身就构成了结构转换层，因此，巨型框架结构是一种复杂的转换层结构。,特点：因为次框架的柱距小、荷载小，又不承担水平荷载，因而梁、柱截面可以做得很小，有利于楼面的合理使用。巨型框架梁之间的各个次框架是相互独立的，因而柱网的形式和尺寸均可互不相同，某些楼层也可以按照使用空间的需要抽去一些柱子，扩大柱网。当次框架采用有柱方案时，直接位于巨型梁下面的一层可以不设柱，形成完全无柱的楼盖，用作大会议室或展览厅。,（a）塔楼结构平面图,（b）小框架示意图,深圳亚洲大酒店由中央核心筒和三个端筒组成巨型框架的四根大柱，沿竖向每六层设置十二根转换梁，每一翼的四根梁截面分别为0.82.0m、1.0 2.0m、0.8 2.0m，组成巨型框架梁。其余楼层框架作为荷载作用在大梁上。,苏州八面风商厦22层高层商场及办公综合楼。由于商场在大厦的底部，需要大开间，故在14层以下，采用7.5m24m的柱网。将14层的预应力转换梁（截面尺寸为0.8m4.7m）与两侧的巨型柱（截面尺寸1.5m2.5m）一道形成巨型框架，14层以上8层采用8m开间的小跨度钢筋混凝土框架，14层以下各层采用梁高为1.3m的预应力混凝土梁。,（a）1层平面图,（b）14-22层平面图,（c）巨型框架立面图,苏州八面风商厦,脊骨结构（这种结构体系在国外有应用，国内尚没有采用）沿高度平面变化比较多的复杂建筑，取其形状规则部分做成刚度和承载力都很强大的结构骨架抵抗侧向力，称为脊骨结构。一般由巨型柱和柱之间的剪力膜组成，巨型柱可以做成箱型柱、组合柱、桁架柱等，剪力膜可做成图所示的一些形式：跨越若干层的斜支撑组成的桁架、空腹桁架、伸臂桁架等，或由几种形式结合，主要承受弯矩和剪力，大柱则主要承受倾覆力矩产生的轴力。,错列结构体系（Staggered Structures System）错列结构体系是由一系列与楼层等高的墙梁（或桁架）组成，墙梁（或桁架）横跨在两排外柱之间（图）。采用这种结构体系能为建筑平面布置提供宽大的无柱面积，使楼层的使用更加灵活。在建筑平面上只有横向上的外柱而没有内柱；具有与楼层等高的墙梁（或桁架）的跨度按合理的跨高比确定可达20m以上（楼层高一般约为3m），参考钢结构工程实例，纵向开间可做到69m。在同一楼层上墙梁（或桁架）可以间隔一个空间布置，其纵剖面（图）看来似砖的顺砌筑形式，所以无分隔空间的面积可达（1218）m20m之大。错列结构体系是一种新型的框架结构体系，也是一种复杂的转换层结构。采用这种结构体系能为建筑平面布置提供宽大的无柱面积，使楼层的使用更加灵活，适用于高层住宅和办公楼等要求大空间的建筑物。,错列墙梁结构体系是由一系列与楼层等高的大梁（墙梁）隔层交错布置组成的结构体系。墙梁的排列可以有规则地布置，例如图中A型B型A型B型，或A型B型B型A型等，以获得某一方面所需要的更大空间。这里，A型相应墙梁在框架的顶层，B型相应墙梁不在框架顶部，即相邻墙梁框架。,2、剪力墙结构(Shear Wall Structure)剪力墙结构用钢筋混凝土剪力墙抵抗竖向和水平力的结构 剪力墙结构的整体性好，抗侧刚度大，在水平力作用下侧向变形较小，有利于避免设备管道及非结构构件的破坏。但剪力墙结构中剪力墙的间距小（一般为38m），平面布置不灵活、建筑空间受到限制。全部落地剪力墙结构适用于住宅、旅馆等建筑，由于自重大，刚度大，使剪力墙结构的基本周期短，地震作用较大。,剪力墙结构的平面布置举例,剪力墙的侧移曲线,侧向荷载作用下，剪力墙结构的侧移曲线呈弯曲型（层间位移由下至上逐渐增大）。,部分框支剪力墙结构 部分框支剪力墙结构是由落地剪力墙或剪力墙筒体和框支剪力墙组成的协同工作的结构体系。这种结构类型由于底部几层有较大的空间，能适用于各种建筑的