高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)第1章-高層建筑結(jié)構(gòu)概述-課件

第1章高層建筑結(jié)構(gòu)概述

本章提要：了解高層建筑概念；熟悉高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況；掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要影響因素。第1章高層建筑結(jié)構(gòu)概述本章提要：1第1章高層建筑的發(fā)展和結(jié)構(gòu)體系

1.1高層建筑概念

1.2高層建筑的發(fā)展概況

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素

第1章高層建筑的發(fā)展和結(jié)構(gòu)體系1.1高層建筑概念21.1高層建筑概念什么是高層建筑？

1884年美國在芝加哥修建第一座11層的建筑被認(rèn)為是現(xiàn)代高層建筑開端。高層建筑結(jié)構(gòu)的劃分標(biāo)準(zhǔn)與世界上各個(gè)國家和地區(qū)的地理環(huán)境、地震烈度、建筑材料、建筑技術(shù)、電梯的設(shè)置標(biāo)化準(zhǔn)以及防火的特殊要求等很多因素有關(guān)。1.1高層建筑概念什么是高層建筑？31.1高層建筑概念根據(jù)1972年聯(lián)合國教科文組織所屬的世界高層建筑委員會的建議，一般將9層及其以上的建筑定義為高層建筑，并根據(jù)建筑層數(shù)和高度劃分為四類：第一類，9～16層，高度不超過50m；第二類，17～25層，高度不超過75m；第三類，26～40層，高度不超過100m；第四類，40層以上，高度超過100m以上。1.1高層建筑概念根據(jù)1972年聯(lián)合國教科文組織所屬的世界高41.1高層建筑概念世界各國關(guān)于高層建筑的規(guī)定美國規(guī)定22～25m以上，或7層以上建筑物為高層建筑；英國規(guī)定24m以上建筑物為高層建筑；法國規(guī)定28m以上，居住建筑高度在50m以上建筑物為高層建筑；日本規(guī)定高層31m以上，或8層以上建筑物為高層建筑；世界上許多國家將超過100m的高層建筑物定義為超高層建筑。1.1高層建筑概念世界各國關(guān)于高層建筑的規(guī)定51.1高層建筑概念在迪拜哈利法塔竣工前，世界上還從沒有過600米以上的高樓。然而現(xiàn)在看，在2020年之前至少會有8座這樣的高樓矗立在全球各地?！俺邔印保ㄖ父叨仍?00米以上的建筑）這個(gè)名詞將不足以描述這類建筑：因?yàn)槲覀冞M(jìn)入了一個(gè)“極高層”時(shí)代?！皹O高層”這個(gè)詞被芝加哥高層建筑與都市環(huán)境學(xué)會（CTBUH）正式用來描述高度超過600米或者達(dá)到超高層建筑兩倍的高層建筑（見圖）。1.1高層建筑概念在迪拜哈利法塔竣工前，世界上還從沒有過6061.1高層建筑概念我1.1高層建筑概念我71.1高層建筑概念我國關(guān)于高層建筑的規(guī)定

《住宅建筑設(shè)計(jì)規(guī)定》（GB50096-2019（2019年版））中規(guī)定：11～16層的住宅為中高層住宅，16～30層的住宅為高層住宅。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一般情況是按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2019）的規(guī)定來劃分高層建筑的。

1.1高層建筑概念我國關(guān)于高層建筑的規(guī)定81.2

高層建筑的發(fā)展簡況高層建筑產(chǎn)生緣由產(chǎn)業(yè)革命，大工業(yè)興起，城市人口劇增，地價(jià)昂貴；科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展，高強(qiáng)輕質(zhì)新材料的出現(xiàn)，機(jī)械化電氣化的應(yīng)用；上述因素等為高層建筑發(fā)展提供必要的物質(zhì)條件和理論基礎(chǔ)高層建筑的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省城建投資；缺點(diǎn)：防火要求較高。1.2高層建筑的發(fā)展簡況高層建筑產(chǎn)生緣由91.2

高層建筑的發(fā)展簡況城市中的高層建筑是城市經(jīng)濟(jì)繁榮和社會進(jìn)步的重要標(biāo)志，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，要求建筑物所能達(dá)到的高度和規(guī)模不斷增加。國外高層建筑的發(fā)展一般劃分為三個(gè)階段。第一階段，在19世紀(jì)中期之前歐洲和美國一般只能建造層數(shù)6層左右的建筑，其主要原因是缺少材料和可靠的垂直運(yùn)輸系統(tǒng)。1.2高層建筑的發(fā)展簡況城市中的高層建筑是城市經(jīng)濟(jì)繁榮和社101.2

高層建筑的發(fā)展簡況第二階段，從19世紀(jì)中葉開始到20世紀(jì)50年代世界上第一幢高層建筑是美國于1885年興建的芝加哥家庭保險(xiǎn)公司大樓（HomeInsuranceBuilding，11層，55M）。高層建筑發(fā)展很快，19世紀(jì)末，高層建筑高度已突破100M大關(guān)。

20世紀(jì)初，大量的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在美國建成，超過200M的高層建筑已有10幢，其中最為突出的是1931年建成的紐約市帝國大廈（EmpireStateBuilding,102層，381M），它保持世界最高建筑的記錄長達(dá)41年之久。1.2高層建筑的發(fā)展簡況第二階段，從19世紀(jì)中葉開始到20111.2

高層建筑的發(fā)展簡況帝國大廈102層，381m（EmpireStateBui1ding）家庭保險(xiǎn)大樓11層（HomeInsuranceBuilding）1.2高層建筑的發(fā)展簡況帝國大廈102層，381m家庭保險(xiǎn)121.2

高層建筑的發(fā)展簡況第三階段，從20世紀(jì)50年代開始高層建筑進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，高層建筑出現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)體系。1974年美國建成芝加哥西爾斯大廈（SearsTower,110層，443M），其高度居世界最高水平達(dá)20年。

20世紀(jì)80年，高層建筑雖然在高度未有新的突破，但其風(fēng)格有了新的變化，并醞釀著更高建筑。美國是世界上高層建筑最多的國家，據(jù)有關(guān)專家分析，目前，其超高層建筑總數(shù)占據(jù)世界第一。1.2高層建筑的發(fā)展簡況第三階段，從20世紀(jì)50年代開始131.2

高層建筑的發(fā)展簡況帝國大廈102層，381m（EmpireStateBui1ding）西爾斯大廈110層，443M（SearsTower）1.2高層建筑的發(fā)展簡況帝國大廈102層，381m西爾斯大141.2

高層建筑的發(fā)展簡況美國在高層方面的優(yōu)勢正在逐漸被改變，如表1.1和圖1.3所示。在世界20座最高建筑中，東南亞地區(qū)與美國平分秋色，在已建成的高層建筑中，臺北101大廈（Taipei101，地上101層，地下5層，508m），是目前全球最高的摩天大樓。由表1.1還可以看到，在當(dāng)今世界20座最高建筑中，建成于30年代者2座、60年代者1座、70年代2座、90年代達(dá)11座、2000年以后建成為4座。在世界高樓向高度發(fā)展的歷史進(jìn)程中，最近的十年多建成的高層建筑超過了以往的數(shù)十年。1.2高層建筑的發(fā)展簡況美國在高層方面的優(yōu)勢正在逐漸被改變15表1.1全球最高建筑前10位

序號建筑名稱層數(shù)高度/m竣工年份1[臺北]臺北10110150820192[吉隆坡]石油大廈8845220193[芝加哥]西爾斯大廈10844319744[上海]金茂大廈8842120195[香港]國際金融中心8841520196[廣州]中信廣場8039120197[深圳]地王大廈6938420198[紐約]帝國大廈10238119319[香港]中環(huán)廣場78374199210[香港]中國銀行大廈7236919901.2

高層建筑的發(fā)展簡況表1.1全球最高建筑前10位序號建筑名稱層數(shù)高度/161.2

高層建筑的發(fā)展簡況1.2高層建筑的發(fā)展簡況17◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：層數(shù)不斷增多，高度不斷加大高層建筑向多用途、多功能方向發(fā)展平面布置和立面體型日益復(fù)雜化結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化高強(qiáng)材料和新技術(shù)的應(yīng)用玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平迅速提高設(shè)計(jì)規(guī)程的不斷完善1.2

高層建筑的發(fā)展簡況◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：1.2高層建筑的發(fā)展簡況18中國七大500米以上在建超高層建筑進(jìn)展?fàn)顩r深圳平安金融中心（660m），2009年開工，2019年竣工（計(jì)劃）。上海中心大廈（632m），2019年開工，2019年12月封頂，2019年竣工。武漢綠地中心（606米），2019年開工，2019年竣工。天津117大廈（597米），2019年開工，2019年竣工。廣州東塔（530米），2009年開工，2019年竣工中國尊（Z15）（528米），2019年動(dòng)工，2018年竣工，北京第一高樓。蘇州中南中心（729米），2019年9月動(dòng)工。1.2

高層建筑的發(fā)展簡況中國七大500米以上在建超高層建筑進(jìn)展?fàn)顩r1.2高層建筑的19◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：層數(shù)不斷增多，高度不斷加大高層建筑向多用途、多功能方向發(fā)展平面布置和立面體型日益復(fù)雜化結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化高強(qiáng)材料和新技術(shù)的應(yīng)用玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平迅速提高設(shè)計(jì)規(guī)程的不斷完善1.2

高層建筑的發(fā)展簡況◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：1.2高層建筑的發(fā)展簡況20◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：層數(shù)不斷增多，高度不斷加大高層建筑向多用途、多功能方向發(fā)展平面布置和立面體型日益復(fù)雜化結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化高強(qiáng)材料和新技術(shù)的應(yīng)用玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平迅速提高設(shè)計(jì)規(guī)程的不斷完善1.2

高層建筑的發(fā)展簡況◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：1.2高層建筑的發(fā)展簡況211.2

高層建筑的發(fā)展簡況阿聯(lián)酋“迪拜塔”成世界最高(2019年7月23日)

阿聯(lián)酋迪拜在建的摩天大廈“迪拜塔”20日高度達(dá)到512.1米，成為世界第一高樓。之前的世界第一高樓是中國臺北的101大樓。

據(jù)報(bào)道，“迪拜塔”開發(fā)商艾馬爾地產(chǎn)公司發(fā)表聲明說，“迪拜塔”已建部分的高度20日超過了臺北101大樓。報(bào)道說：“（‘迪拜塔’）僅用1276天就成為了世界第一高樓?！弊?019年1月工程開始以來，開發(fā)商一直沒有透露“迪拜塔”的最終高度和確切樓層數(shù)。

預(yù)計(jì)明年完工。到2019年底竣工時(shí)，“迪拜塔”的耗資將達(dá)到10億美元，高度將超過700米，樓層數(shù)超過160層。1.2高層建筑的發(fā)展簡況阿聯(lián)酋“迪拜塔”成世界最高(201221.2

高層建筑的發(fā)展簡況阿聯(lián)酋迪拜塔取代101大廈成為世界第一高樓1.2高層建筑的發(fā)展簡況阿聯(lián)酋迪拜塔取代101大廈成為世界231.2

高層建筑的發(fā)展簡況世界最高建筑為臺北101大樓，高度508米，囊括了高度項(xiàng)目中3個(gè)第一，包括“世界最高建筑物”、“世界最高使用樓層”、“世界最高屋頂高度”。1.2高層建筑的發(fā)展簡況世界最高建筑為臺北101大樓，高度241.2

高層建筑的發(fā)展簡況石油大廈——國家石油公司雙峰塔摩天大廈國油雙峰塔樓高452米、95層位于馬來西亞首都吉隆坡市中心鋼與混凝土混合結(jié)構(gòu)1.2高層建筑的發(fā)展簡況石油大廈——國家石油公司雙峰塔摩天251.2

高層建筑的發(fā)展簡況2019年8月28日，高達(dá)492米的上海環(huán)球金融中心（SHANGHAIWORLDFINACIALCENTER）正式宣布落成啟用，從而超越421米的金茂大廈成為我國大陸目前最高的在用建筑。位于上海浦東新區(qū)陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)的上海環(huán)球金融中心地上101層、地下3層，總建筑面積38.16萬平方米。其中地下2層至地上2層為車庫和配套商業(yè)設(shè)施，3至5層為會議中心，7至77層為商業(yè)辦公樓層，79至93層為上海柏悅酒店，94至100層為觀光廳。1.2高層建筑的發(fā)展簡況2019年8月28日，高達(dá)492米261.2

高層建筑的發(fā)展簡況1.2高層建筑的發(fā)展簡況271.2

高層建筑的發(fā)展簡況上海陸家嘴高層建筑群——最高建筑為上海（塔）中心1.2高層建筑的發(fā)展簡況上海陸家嘴281.2

高層建筑的發(fā)展簡況1974年在美國建成的芝加哥西爾斯大廈（SearsTower），其層數(shù)為110層，高度為443m，高度居世界最高水平長達(dá)20年美國芝加哥的西爾斯大樓（SearsTower）現(xiàn)保有“世界最高天線高度”的最高紀(jì)錄。1.2高層建筑的發(fā)展簡況1974年在美國建成的芝加哥西爾斯291.2

高層建筑的發(fā)展簡況我國最高的高層建筑上海的金茂大廈，金茂大廈是中國最高的大廈，也是世界第四高樓。金茂大廈于1992年12月17日被批準(zhǔn)立項(xiàng)，1994年5月10日動(dòng)工，2019年8月28日結(jié)構(gòu)封頂，至2019年3月18日開張營業(yè)，當(dāng)年8月28日全面營業(yè)。金茂大廈占地2.3公頃，塔樓高420.5米，總建筑面積29辦公和賓館，鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)1.2高層建筑的發(fā)展簡況我國最高的高層建筑上海的金茂大廈，301.2

高層建筑的發(fā)展簡況重慶世貿(mào)中心挺身而立解放碑、西部第一高、360度全景觀景臺。作為一個(gè)總高262米，共計(jì)62層的超高建筑物，總建筑面積近13萬平方米，是一個(gè)集國際會議中心、國際商務(wù)中心、國際信息中心和國際俱樂部為一體多種功能的國際商貿(mào)中心。1.2高層建筑的發(fā)展簡況重慶世貿(mào)中心挺身而立解放碑、西部第31（重慶）最高的高層建筑化龍橋在建的嘉陵帆影建筑高度是468米，世界花高出了2米。重慶建成10大高樓（根據(jù)資料整理，以主體完工為準(zhǔn)）

1、重慶環(huán)球金融中心339米

2、英利國際金融中心288米

3、重慶賓館保利國際廣場287米

4、重慶聯(lián)合國際大廈285米

5、世界貿(mào)易中心283.1米

6、浪高凱悅大廈258米

7、浪高會展國際廣場258米

8、重慶企業(yè)天地2號246米

9、上城國際242.4米

10、新華國際大廈238.6米（重慶）最高的高層建筑化龍橋在建的嘉陵帆影建筑高度是468米321.2

高層建筑的發(fā)展簡況1.2高層建筑的發(fā)展簡況331.2

高層建筑的發(fā)展簡況21世紀(jì)高層建筑的高新技術(shù)預(yù)測1．高層建筑復(fù)雜大系統(tǒng)2．高性能建筑材料3．計(jì)算機(jī)仿真4．專家系統(tǒng)5．參數(shù)控制與決策準(zhǔn)則[軟設(shè)計(jì)理論]6．結(jié)構(gòu)控制與控制結(jié)構(gòu)7．結(jié)構(gòu)可靠性識辯和檢測治理8．超高層建筑的先進(jìn)消防系統(tǒng)9．智能性服務(wù)系統(tǒng)10．節(jié)能環(huán)保技術(shù)與太陽能利用1.2高層建筑的發(fā)展簡況21世紀(jì)高層建筑的高新技術(shù)預(yù)測341.2

高層建筑的發(fā)展簡況未來10年高層建筑的若干研究領(lǐng)域1、高層建筑技術(shù)研究2、超高層建筑結(jié)構(gòu)新體系研究3．巨型結(jié)構(gòu)體系研究與應(yīng)用4．超高層建筑地震與反應(yīng)控制5．深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)6．高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)7．超高層建筑成套設(shè)備開發(fā)8.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)1.2高層建筑的發(fā)展簡況未來10年高層建筑的若干研究領(lǐng)域35世界貿(mào)易中心簡介1.世界貿(mào)易中心的建筑形式世界貿(mào)易中心簡介1.世界貿(mào)易中心的建筑形式362.撞機(jī)1（首先撞擊北樓）2.撞機(jī)1（首先撞擊北樓）373.撞機(jī)2（約18分鐘撞擊南樓）3.撞機(jī)2（約18分鐘撞擊南樓）381.倒塌瞬間1.倒塌瞬間392.倒塌后2.倒塌后403.美國,新世貿(mào)3.美國,新世貿(mào)411.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素1.水平力是設(shè)計(jì)主要因素2.側(cè)移成為控制指標(biāo)3.抗震設(shè)計(jì)要求更高4.軸向變形不容忽略5.概念設(shè)計(jì)與理論計(jì)算同等重要6.減輕高層建筑自重比多層建筑更重要7.結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定和二階效應(yīng)1.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素1.水平力是設(shè)計(jì)主要因素421、水平力是設(shè)計(jì)主要因素1、水平力是設(shè)計(jì)主要因素43高層建筑中，水平荷載和地震作用對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起著決定性的作用。荷載效應(yīng)的最大值(軸力N、彎矩M和位移)可用下列式子表達(dá)：N=wH~f(H)M=qH2/2~f(H2)=qH4/8EI~f(H4)1、水平力是設(shè)計(jì)主要因素高層建筑中，水平荷載和地震作用對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起著決定性的作用。1441、水平力是設(shè)計(jì)主要因素內(nèi)力或位移結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度H的關(guān)系H

N=f(H)

M=f(H2)=f(H4)結(jié)構(gòu)內(nèi)力/位移1、水平力是設(shè)計(jì)主要因素內(nèi)力或位移結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度H的關(guān)452、側(cè)移成為控制指標(biāo)高層建筑要控制結(jié)構(gòu)側(cè)移，其主要原因有：⑴側(cè)移過大，使建筑物內(nèi)的人在心理上產(chǎn)生不適應(yīng)感覺，控制結(jié)構(gòu)側(cè)移是保證建筑物正常使用的需要；⑵側(cè)移過大，使建筑物內(nèi)的填充墻、建筑裝飾和電梯軌道等服務(wù)設(shè)施產(chǎn)生裂縫、變形、甚至損壞；2、側(cè)移成為控制指標(biāo)高層建筑要控制結(jié)構(gòu)側(cè)移，其主要原因有：462、側(cè)移成為控制指標(biāo)高層建筑要控制結(jié)構(gòu)側(cè)移，其主要原因有：⑶側(cè)移過大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂或損壞，進(jìn)而危及結(jié)構(gòu)正常使用和耐久性。⑷地震對建筑物的破壞程度，主要取決于結(jié)構(gòu)側(cè)移大小，如果結(jié)構(gòu)變形能力不足以抵御地震輸入能量對結(jié)構(gòu)變形的要求，結(jié)構(gòu)則會發(fā)生倒塌。2、側(cè)移成為控制指標(biāo)高層建筑要控制結(jié)構(gòu)側(cè)移，其主要原因有：473、軸向變形不容忽略高層建筑由于層數(shù)多、軸力大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會對高層結(jié)構(gòu)的內(nèi)力產(chǎn)生很大影響。采用框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸向壓力往往大于邊柱的軸向壓力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。對于簡化的手算方法，一般只計(jì)及最基本的變形。3、軸向變形不容忽略高層建筑由于層數(shù)多、軸力大，再加上沿高度483、軸向變形不容忽略3、軸向變形不容忽略494、抗震設(shè)計(jì)要求更高

在高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮正常使用時(shí)的豎向荷載、風(fēng)荷載，還必須使建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到“小震不壞、中震可修，大震不倒”。計(jì)算結(jié)構(gòu)的延性是困難的，因而，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的延性是通過一系列的構(gòu)造措施實(shí)現(xiàn)的。在高層建筑的設(shè)計(jì)中，為使結(jié)構(gòu)具有良好的延性，構(gòu)件要有足夠大的截面尺寸，柱的軸壓比、梁和剪力墻的剪壓比、構(gòu)件的配筋率都要適宜，應(yīng)遵照規(guī)范、規(guī)程的規(guī)定要求。4、抗震設(shè)計(jì)要求更高在高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮504、抗震設(shè)計(jì)要求更高4、抗震設(shè)計(jì)要求更高514、抗震設(shè)計(jì)要求更高4、抗震設(shè)計(jì)要求更高525、概念設(shè)計(jì)與理論計(jì)算同等重要概念設(shè)計(jì):以功能優(yōu)越、造型美觀、技術(shù)先進(jìn)的總體方案為目標(biāo)的設(shè)計(jì)階段。是指一些難以作出精確力學(xué)分析或在規(guī)范中難以具體規(guī)定的問題，必須由工程師運(yùn)用“概念”進(jìn)行分析，作出判斷，以便采取相應(yīng)措施。例如結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理的概念、力學(xué)概念以及由震害和試驗(yàn)現(xiàn)象等總結(jié)提供的各種宏觀的和具體的經(jīng)驗(yàn)，也包括一些教訓(xùn)，以及建筑要求和造價(jià)、施工要求等。5、概念設(shè)計(jì)與理論計(jì)算同等重要概念設(shè)計(jì):以功能優(yōu)越、造型美觀536、減輕高層建筑自重比多層更重要減輕高層建筑的自重比多層建筑更有意義。如果在同樣的地基或樁基情況下，減輕房屋自重意味著在不增加基礎(chǔ)的造價(jià)和處理措施的前提下，可以多建層數(shù)。地震效應(yīng)是與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效辦法。高層建筑中質(zhì)量大了，不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力，P—Δ效應(yīng)也造成很大的附加彎矩。6、減輕高層建筑自重比多層更重要減輕高層建筑的自重比多層建筑547結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定和傾覆問題

整體穩(wěn)定建筑物在豎向荷載作用下，由于構(gòu)件的壓屈，可能造成整體失穩(wěn)，國內(nèi)高層建筑，層數(shù)大多在40層以下，剛度很大，整體穩(wěn)定一般不存在問題。當(dāng)高寬比H／B≥5時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其整體穩(wěn)定性。高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定應(yīng)符合下列規(guī)定：①剪力墻結(jié)構(gòu)、框架·剪力墻結(jié)構(gòu)、簡體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下式要求：

②框架結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下式要求：

（i=1,2,……,n）7結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定和傾覆問題整體穩(wěn)定557結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定和傾覆問題

傾覆問題高層建筑由于總高度值很大，基底面積小，在水平荷載和水平地震作用下，產(chǎn)生很大的傾覆力矩，如果傾覆力矩超過穩(wěn)定力矩，則建筑物將會發(fā)生傾覆。在抗傾覆驗(yàn)算中，傾覆力矩按風(fēng)荷載或地震作用計(jì)算其設(shè)計(jì)值，計(jì)算穩(wěn)定力矩時(shí)，樓面活載取50％，恒載取90％，要求抗傾覆的穩(wěn)定力矩不小于傾覆力矩設(shè)計(jì)值。對于高度超過150m的高層建筑應(yīng)進(jìn)行整體穩(wěn)定性及抗傾覆驗(yàn)算；并應(yīng)在整體計(jì)算時(shí)考慮P—Δ效應(yīng)。7結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定和傾覆問題傾覆問題561.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容1.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容57第1章高層建筑結(jié)構(gòu)概述高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)是（C）。A豎向荷載為主要荷載,水平荷載為次要荷載

B水平荷載為主要荷載,豎向荷載為次要荷載

C豎向荷載和水平荷載均為主要荷載

D不一定.第1章高層建筑結(jié)構(gòu)概述高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)是（C）。58第1章高層建筑結(jié)構(gòu)概述作業(yè):多高層建筑結(jié)構(gòu)受力體系特點(diǎn)與區(qū)別。第1章高層建筑結(jié)構(gòu)概述作業(yè):59第1章高層建筑結(jié)構(gòu)概述

本章提要：了解高層建筑概念；熟悉高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況；掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要影響因素。第1章高層建筑結(jié)構(gòu)概述本章提要：60第1章高層建筑的發(fā)展和結(jié)構(gòu)體系

1.1高層建筑概念

1.2高層建筑的發(fā)展概況

1.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素

第1章高層建筑的發(fā)展和結(jié)構(gòu)體系1.1高層建筑概念611.1高層建筑概念什么是高層建筑？

1884年美國在芝加哥修建第一座11層的建筑被認(rèn)為是現(xiàn)代高層建筑開端。高層建筑結(jié)構(gòu)的劃分標(biāo)準(zhǔn)與世界上各個(gè)國家和地區(qū)的地理環(huán)境、地震烈度、建筑材料、建筑技術(shù)、電梯的設(shè)置標(biāo)化準(zhǔn)以及防火的特殊要求等很多因素有關(guān)。1.1高層建筑概念什么是高層建筑？621.1高層建筑概念根據(jù)1972年聯(lián)合國教科文組織所屬的世界高層建筑委員會的建議，一般將9層及其以上的建筑定義為高層建筑，并根據(jù)建筑層數(shù)和高度劃分為四類：第一類，9～16層，高度不超過50m；第二類，17～25層，高度不超過75m；第三類，26～40層，高度不超過100m；第四類，40層以上，高度超過100m以上。1.1高層建筑概念根據(jù)1972年聯(lián)合國教科文組織所屬的世界高631.1高層建筑概念世界各國關(guān)于高層建筑的規(guī)定美國規(guī)定22～25m以上，或7層以上建筑物為高層建筑；英國規(guī)定24m以上建筑物為高層建筑；法國規(guī)定28m以上，居住建筑高度在50m以上建筑物為高層建筑；日本規(guī)定高層31m以上，或8層以上建筑物為高層建筑；世界上許多國家將超過100m的高層建筑物定義為超高層建筑。1.1高層建筑概念世界各國關(guān)于高層建筑的規(guī)定641.1高層建筑概念在迪拜哈利法塔竣工前，世界上還從沒有過600米以上的高樓。然而現(xiàn)在看，在2020年之前至少會有8座這樣的高樓矗立在全球各地?！俺邔印保ㄖ父叨仍?00米以上的建筑）這個(gè)名詞將不足以描述這類建筑：因?yàn)槲覀冞M(jìn)入了一個(gè)“極高層”時(shí)代?！皹O高層”這個(gè)詞被芝加哥高層建筑與都市環(huán)境學(xué)會（CTBUH）正式用來描述高度超過600米或者達(dá)到超高層建筑兩倍的高層建筑（見圖）。1.1高層建筑概念在迪拜哈利法塔竣工前，世界上還從沒有過60651.1高層建筑概念我1.1高層建筑概念我661.1高層建筑概念我國關(guān)于高層建筑的規(guī)定

《住宅建筑設(shè)計(jì)規(guī)定》（GB50096-2019（2019年版））中規(guī)定：11～16層的住宅為中高層住宅，16～30層的住宅為高層住宅。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一般情況是按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2019）的規(guī)定來劃分高層建筑的。

1.1高層建筑概念我國關(guān)于高層建筑的規(guī)定671.2

高層建筑的發(fā)展簡況高層建筑產(chǎn)生緣由產(chǎn)業(yè)革命，大工業(yè)興起，城市人口劇增，地價(jià)昂貴；科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展，高強(qiáng)輕質(zhì)新材料的出現(xiàn)，機(jī)械化電氣化的應(yīng)用；上述因素等為高層建筑發(fā)展提供必要的物質(zhì)條件和理論基礎(chǔ)高層建筑的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省城建投資；缺點(diǎn)：防火要求較高。1.2高層建筑的發(fā)展簡況高層建筑產(chǎn)生緣由681.2

高層建筑的發(fā)展簡況城市中的高層建筑是城市經(jīng)濟(jì)繁榮和社會進(jìn)步的重要標(biāo)志，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，要求建筑物所能達(dá)到的高度和規(guī)模不斷增加。國外高層建筑的發(fā)展一般劃分為三個(gè)階段。第一階段，在19世紀(jì)中期之前歐洲和美國一般只能建造層數(shù)6層左右的建筑，其主要原因是缺少材料和可靠的垂直運(yùn)輸系統(tǒng)。1.2高層建筑的發(fā)展簡況城市中的高層建筑是城市經(jīng)濟(jì)繁榮和社691.2

高層建筑的發(fā)展簡況第二階段，從19世紀(jì)中葉開始到20世紀(jì)50年代世界上第一幢高層建筑是美國于1885年興建的芝加哥家庭保險(xiǎn)公司大樓（HomeInsuranceBuilding，11層，55M）。高層建筑發(fā)展很快，19世紀(jì)末，高層建筑高度已突破100M大關(guān)。

20世紀(jì)初，大量的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在美國建成，超過200M的高層建筑已有10幢，其中最為突出的是1931年建成的紐約市帝國大廈（EmpireStateBuilding,102層，381M），它保持世界最高建筑的記錄長達(dá)41年之久。1.2高層建筑的發(fā)展簡況第二階段，從19世紀(jì)中葉開始到20701.2

高層建筑的發(fā)展簡況帝國大廈102層，381m（EmpireStateBui1ding）家庭保險(xiǎn)大樓11層（HomeInsuranceBuilding）1.2高層建筑的發(fā)展簡況帝國大廈102層，381m家庭保險(xiǎn)711.2

高層建筑的發(fā)展簡況第三階段，從20世紀(jì)50年代開始高層建筑進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，高層建筑出現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)體系。1974年美國建成芝加哥西爾斯大廈（SearsTower,110層，443M），其高度居世界最高水平達(dá)20年。

20世紀(jì)80年，高層建筑雖然在高度未有新的突破，但其風(fēng)格有了新的變化，并醞釀著更高建筑。美國是世界上高層建筑最多的國家，據(jù)有關(guān)專家分析，目前，其超高層建筑總數(shù)占據(jù)世界第一。1.2高層建筑的發(fā)展簡況第三階段，從20世紀(jì)50年代開始721.2

高層建筑的發(fā)展簡況帝國大廈102層，381m（EmpireStateBui1ding）西爾斯大廈110層，443M（SearsTower）1.2高層建筑的發(fā)展簡況帝國大廈102層，381m西爾斯大731.2

高層建筑的發(fā)展簡況美國在高層方面的優(yōu)勢正在逐漸被改變，如表1.1和圖1.3所示。在世界20座最高建筑中，東南亞地區(qū)與美國平分秋色，在已建成的高層建筑中，臺北101大廈（Taipei101，地上101層，地下5層，508m），是目前全球最高的摩天大樓。由表1.1還可以看到，在當(dāng)今世界20座最高建筑中，建成于30年代者2座、60年代者1座、70年代2座、90年代達(dá)11座、2000年以后建成為4座。在世界高樓向高度發(fā)展的歷史進(jìn)程中，最近的十年多建成的高層建筑超過了以往的數(shù)十年。1.2高層建筑的發(fā)展簡況美國在高層方面的優(yōu)勢正在逐漸被改變74表1.1全球最高建筑前10位

序號建筑名稱層數(shù)高度/m竣工年份1[臺北]臺北10110150820192[吉隆坡]石油大廈8845220193[芝加哥]西爾斯大廈10844319744[上海]金茂大廈8842120195[香港]國際金融中心8841520196[廣州]中信廣場8039120197[深圳]地王大廈6938420198[紐約]帝國大廈10238119319[香港]中環(huán)廣場78374199210[香港]中國銀行大廈7236919901.2

高層建筑的發(fā)展簡況表1.1全球最高建筑前10位序號建筑名稱層數(shù)高度/751.2

高層建筑的發(fā)展簡況1.2高層建筑的發(fā)展簡況76◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：層數(shù)不斷增多，高度不斷加大高層建筑向多用途、多功能方向發(fā)展平面布置和立面體型日益復(fù)雜化結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化高強(qiáng)材料和新技術(shù)的應(yīng)用玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平迅速提高設(shè)計(jì)規(guī)程的不斷完善1.2

高層建筑的發(fā)展簡況◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：1.2高層建筑的發(fā)展簡況77中國七大500米以上在建超高層建筑進(jìn)展?fàn)顩r深圳平安金融中心（660m），2009年開工，2019年竣工（計(jì)劃）。上海中心大廈（632m），2019年開工，2019年12月封頂，2019年竣工。武漢綠地中心（606米），2019年開工，2019年竣工。天津117大廈（597米），2019年開工，2019年竣工。廣州東塔（530米），2009年開工，2019年竣工中國尊（Z15）（528米），2019年動(dòng)工，2018年竣工，北京第一高樓。蘇州中南中心（729米），2019年9月動(dòng)工。1.2

高層建筑的發(fā)展簡況中國七大500米以上在建超高層建筑進(jìn)展?fàn)顩r1.2高層建筑的78◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：層數(shù)不斷增多，高度不斷加大高層建筑向多用途、多功能方向發(fā)展平面布置和立面體型日益復(fù)雜化結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化高強(qiáng)材料和新技術(shù)的應(yīng)用玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平迅速提高設(shè)計(jì)規(guī)程的不斷完善1.2

高層建筑的發(fā)展簡況◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：1.2高層建筑的發(fā)展簡況79◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：層數(shù)不斷增多，高度不斷加大高層建筑向多用途、多功能方向發(fā)展平面布置和立面體型日益復(fù)雜化結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化高強(qiáng)材料和新技術(shù)的應(yīng)用玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平迅速提高設(shè)計(jì)規(guī)程的不斷完善1.2

高層建筑的發(fā)展簡況◆目前我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)：1.2高層建筑的發(fā)展簡況801.2

高層建筑的發(fā)展簡況阿聯(lián)酋“迪拜塔”成世界最高(2019年7月23日)

阿聯(lián)酋迪拜在建的摩天大廈“迪拜塔”20日高度達(dá)到512.1米，成為世界第一高樓。之前的世界第一高樓是中國臺北的101大樓。

據(jù)報(bào)道，“迪拜塔”開發(fā)商艾馬爾地產(chǎn)公司發(fā)表聲明說，“迪拜塔”已建部分的高度20日超過了臺北101大樓。報(bào)道說：“（‘迪拜塔’）僅用1276天就成為了世界第一高樓?！弊?019年1月工程開始以來，開發(fā)商一直沒有透露“迪拜塔”的最終高度和確切樓層數(shù)。

預(yù)計(jì)明年完工。到2019年底竣工時(shí)，“迪拜塔”的耗資將達(dá)到10億美元，高度將超過700米，樓層數(shù)超過160層。1.2高層建筑的發(fā)展簡況阿聯(lián)酋“迪拜塔”成世界最高(201811.2

高層建筑的發(fā)展簡況阿聯(lián)酋迪拜塔取代101大廈成為世界第一高樓1.2高層建筑的發(fā)展簡況阿聯(lián)酋迪拜塔取代101大廈成為世界821.2

高層建筑的發(fā)展簡況世界最高建筑為臺北101大樓，高度508米，囊括了高度項(xiàng)目中3個(gè)第一，包括“世界最高建筑物”、“世界最高使用樓層”、“世界最高屋頂高度”。1.2高層建筑的發(fā)展簡況世界最高建筑為臺北101大樓，高度831.2

高層建筑的發(fā)展簡況石油大廈——國家石油公司雙峰塔摩天大廈國油雙峰塔樓高452米、95層位于馬來西亞首都吉隆坡市中心鋼與混凝土混合結(jié)構(gòu)1.2高層建筑的發(fā)展簡況石油大廈——國家石油公司雙峰塔摩天841.2

高層建筑的發(fā)展簡況2019年8月28日，高達(dá)492米的上海環(huán)球金融中心（SHANGHAIWORLDFINACIALCENTER）正式宣布落成啟用，從而超越421米的金茂大廈成為我國大陸目前最高的在用建筑。位于上海浦東新區(qū)陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)的上海環(huán)球金融中心地上101層、地下3層，總建筑面積38.16萬平方米。其中地下2層至地上2層為車庫和配套商業(yè)設(shè)施，3至5層為會議中心，7至77層為商業(yè)辦公樓層，79至93層為上海柏悅酒店，94至100層為觀光廳。1.2高層建筑的發(fā)展簡況2019年8月28日，高達(dá)492米851.2

高層建筑的發(fā)展簡況1.2高層建筑的發(fā)展簡況861.2

高層建筑的發(fā)展簡況上海陸家嘴高層建筑群——最高建筑為上海（塔）中心1.2高層建筑的發(fā)展簡況上海陸家嘴871.2

高層建筑的發(fā)展簡況1974年在美國建成的芝加哥西爾斯大廈（SearsTower），其層數(shù)為110層，高度為443m，高度居世界最高水平長達(dá)20年美國芝加哥的西爾斯大樓（SearsTower）現(xiàn)保有“世界最高天線高度”的最高紀(jì)錄。1.2高層建筑的發(fā)展簡況1974年在美國建成的芝加哥西爾斯881.2

高層建筑的發(fā)展簡況我國最高的高層建筑上海的金茂大廈，金茂大廈是中國最高的大廈，也是世界第四高樓。金茂大廈于1992年12月17日被批準(zhǔn)立項(xiàng)，1994年5月10日動(dòng)工，2019年8月28日結(jié)構(gòu)封頂，至2019年3月18日開張營業(yè)，當(dāng)年8月28日全面營業(yè)。金茂大廈占地2.3公頃，塔樓高420.5米，總建筑面積29辦公和賓館，鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)1.2高層建筑的發(fā)展簡況我國最高的高層建筑上海的金茂大廈，891.2

高層建筑的發(fā)展簡況重慶世貿(mào)中心挺身而立解放碑、西部第一高、360度全景觀景臺。作為一個(gè)總高262米，共計(jì)62層的超高建筑物，總建筑面積近13萬平方米，是一個(gè)集國際會議中心、國際商務(wù)中心、國際信息中心和國際俱樂部為一體多種功能的國際商貿(mào)中心。1.2高層建筑的發(fā)展簡況重慶世貿(mào)中心挺身而立解放碑、西部第90（重慶）最高的高層建筑化龍橋在建的嘉陵帆影建筑高度是468米，世界花高出了2米。重慶建成10大高樓（根據(jù)資料整理，以主體完工為準(zhǔn)）

1、重慶環(huán)球金融中心339米

2、英利國際金融中心288米

3、重慶賓館保利國際廣場287米

4、重慶聯(lián)合國際大廈285米

5、世界貿(mào)易中心283.1米

6、浪高凱悅大廈258米

7、浪高會展國際廣場258米

8、重慶企業(yè)天地2號246米

9、上城國際242.4米

10、新華國際大廈238.6米（重慶）最高的高層建筑化龍橋在建的嘉陵帆影建筑高度是468米911.2

高層建筑的發(fā)展簡況1.2高層建筑的發(fā)展簡況921.2

高層建筑的發(fā)展簡況21世紀(jì)高層建筑的高新技術(shù)預(yù)測1．高層建筑復(fù)雜大系統(tǒng)2．高性能建筑材料3．計(jì)算機(jī)仿真4．專家系統(tǒng)5．參數(shù)控制與決策準(zhǔn)則[軟設(shè)計(jì)理論]6．結(jié)構(gòu)控制與控制結(jié)構(gòu)7．結(jié)構(gòu)可靠性識辯和檢測治理8．超高層建筑的先進(jìn)消防系統(tǒng)9．智能性服務(wù)系統(tǒng)10．節(jié)能環(huán)保技術(shù)與太陽能利用1.2高層建筑的發(fā)展簡況21世紀(jì)高層建筑的高新技術(shù)預(yù)測931.2

高層建筑的發(fā)展簡況未來10年高層建筑的若干研究領(lǐng)域1、高層建筑技術(shù)研究2、超高層建筑結(jié)構(gòu)新體系研究3．巨型結(jié)構(gòu)體系研究與應(yīng)用4．超高層建筑地震與反應(yīng)控制5．深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)6．高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)7．超高層建筑成套設(shè)備開發(fā)8.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)1.2高層建筑的發(fā)展簡況未來10年高層建筑的若干研究領(lǐng)域94世界貿(mào)易中心簡介1.世界貿(mào)易中心的建筑形式世界貿(mào)易中心簡介1.世界貿(mào)易中心的建筑形式952.撞機(jī)1（首先撞擊北樓）2.撞機(jī)1（首先撞擊北樓）963.撞機(jī)2（約18分鐘撞擊南樓）3.撞機(jī)2（約18分鐘撞擊南樓）971.倒塌瞬間1.倒塌瞬間982.倒塌后2.倒塌后993.美國,新世貿(mào)3.美國,新世貿(mào)1001.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素1.水平力是設(shè)計(jì)主要因素2.側(cè)移成為控制指標(biāo)3.抗震設(shè)計(jì)要求更高4.軸向變形不容忽略5.概念設(shè)計(jì)與理論計(jì)算同等重要6.減輕高層建筑自重比多層建筑更重要7.結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定和二階效應(yīng)1.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素1.水平力是設(shè)計(jì)主要因素1011、水平力是設(shè)計(jì)主要因素1、水平力是設(shè)計(jì)主要因素102高層建筑中，水平荷載和地震作用對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起著決定性的作用。荷載效應(yīng)的最大值(軸力N、彎矩M和位移)可用下列式子表達(dá)：N=wH~f(H)M=qH2/2~f(H2)=qH4/8EI~f(H4)1、水平力是設(shè)計(jì)主要因素高層建筑中，水平荷載和地震作用對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起著決定性的作用。11031、水平力是設(shè)計(jì)主要因素內(nèi)力或位移結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度H的關(guān)系H

N=f(H)

M=f(H2)=f(H4)結(jié)構(gòu)內(nèi)力/位移1、水平力是設(shè)計(jì)主要因素內(nèi)力或位移結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度H的關(guān)1042、側(cè)移成為控制指標(biāo)高層建筑要控制結(jié)構(gòu)側(cè)移，其主要原因有：⑴側(cè)移過大，使建筑物內(nèi)的人在心理上產(chǎn)生不適應(yīng)感覺，控制結(jié)構(gòu)側(cè)移是保證建筑物正常使用的需要；⑵側(cè)移過大，使建筑物內(nèi)的填充墻、建筑裝飾和電梯軌道等服務(wù)設(shè)施產(chǎn)生裂縫、變形、甚至損壞；2、側(cè)移成為控制指標(biāo)高層建筑要控制結(jié)構(gòu)側(cè)移，其主要原因有：1052、側(cè)移成為控制指標(biāo)高層建筑要控制結(jié)構(gòu)側(cè)移，其主要原因有：⑶側(cè)移過大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂或損壞，進(jìn)而危及結(jié)構(gòu)正常使用和耐久性。⑷地震對建筑物的破壞程度，主要取決于結(jié)構(gòu)側(cè)移大小，如果結(jié)構(gòu)變形能力不足以抵御地震輸入能量對結(jié)構(gòu)變形的要求，結(jié)構(gòu)則會發(fā)生倒塌。2、側(cè)移成為控制指標(biāo)高層建筑要控制結(jié)構(gòu)側(cè)移，其主要原因有：1063、軸向變形不容忽略高層建筑由