1、1 引引言高層建筑筑高度的的定義是是一個相相對模糊糊的概念念。從高高度和層層數上來來說，對對高層建建筑的定定義，世世界各國國規范和和規定都都不太一一致。按按照我國國高層層建筑混混凝土結結構技術術規程JJGJ 3-220022，將將層數超超過(含等于于)100層，或或者高度度大于等等于288m的建建筑稱為為高層建建筑，而而往往把把其中高高度在1100mm以上的的高層建建筑又叫叫做超高高層建筑筑。現代高層層建筑是是隨著社社會生產產的發展展和人們們生活的的需要而而發展起起來的，是商業業化，工工業化和和城市化化的結果果。而科科學技術術的進步步，輕質質高強材材料的出出現以及及機械化化，電氣氣化，計計算機

2、在在建筑領領域的廣廣泛應用用等，又又為高層層建筑的的發展提提供了物物質和技技術條件件。因此此，從這這個意義義上來講講，高層層建筑和和超高層層建筑的的出現和和發展是是現代工工業和現現代社會會發展的的產物。11高高層建筑筑的歷史史概況在世界范范圍，現現代意義義上的高高層建筑筑的發展展大約只只有1220年的的歷史。18883年在在美國芝芝加哥建建成的111層的的家庭保保險大樓樓(Hoome Inssuraancee Buuilddingg)是近近代高層層建筑的的開端，隨后在在芝加哥哥和紐約約開始了了大規模模的高層層建筑的的建設活活動。到到19331年在在紐約建建造了著著名的帝帝國大廈廈(Immpir

3、re SStatte BBuilldinng)，共1002層，3811m高，這個高高度使它它享有“世界最最高建筑筑”的美美譽長達達40年之之久。220世紀紀50年代代之后，輕質高高強材料料的應用用，新的的抗風抗抗震結構構體系的的發展，電子計計算機的的推廣使使用以及及新的施施工機械械的涌現現，使得得高層建建筑得到到了大規規模地迅迅速發展展。19972年年，紐約約建造了了1100層，高高4100米的世世界貿易易中心(Worrld Traade Cennterr Twwin Towwerss)；緊緊接著一一年之后后，在芝芝加哥又又建成了了當時世世界最高高的西爾爾斯大廈廈(Seearss Toower

4、r)，高高度達到到4433米，這這充分標標志著高高層建筑筑的設計計和建造造水平又又邁上了了一個新新的臺階階。隨后后，超高高層建筑筑在世界界各國都都得到了了迅速的的發展。到目前前為止，世界上上最高的的建筑是是19996年在在馬來西西亞吉隆隆坡建成成的石油油雙子大大廈，888層，鋼與鋼鋼筋混凝凝土混合合結構，高度達達到了4450mm。高層建筑筑在我國國的建設設基本上上是從解解放后開開始的，五六十十年代在在北京，廣州等等大城市市相繼建建成了一一些一二二十層的的高層建建筑，但但數量很很少。119688年建成成的廣州州賓館，27層，高度888m，是600年代我我國建成成的最高高建筑。從200世紀700年

5、代開開始，我我國高層層建筑有有了很大大的發展展，主要要用于住住宅，旅旅館和辦辦公樓等等建筑。這主要要是由于于高層建建筑具有有占地面面積小，節約市市政工程程費用，節省拆拆遷費用用等優點點，因此此在大城城市中，高層住住宅和底底層帶商商店的住住宅建筑筑發展非非常迅速速。特別別是進入入90年代代以后，隨著我我國綜合合國力的的不斷增增強，對對外開放放程度的的進一步步加大，高層建建筑的設設計和建建設水平平也不斷斷地飛躍躍發展，并迅速速接近國國際水平平。從下下面列舉舉的幾個個我國內內地在各各個階段段具有代代表性的的高層建建筑便可可以很明明顯地看看出這種種發展變變化。119766年在廣廣州建成成的白云云賓館，

6、33層，高度1114mm，是700年代我我國最高高建筑。19885年，深圳建建成了550層，高度1159mm的國際際貿易中中心大廈廈，在99年之后后第一次次在高度度上超過過了白云云賓館。19990年，北京的的京廣中中心大廈廈建成，57層，高度2208mm，是國國內第一一座高度度突破2200mm的建筑筑。19996年年，全國國最高建建筑讓位位給深圳圳的地王王大廈，81層，高度達達到3225m。但僅隔隔兩年，到19998年年，上海海的金茂茂大廈落落成，888層，高度4421mm，成為為目前全全國第一一，亞洲洲第二，世界第第三的建建筑。12高高層建筑筑的發展展趨向進入新世世紀以來來，亞洲洲經濟成成為

7、世界界經濟的的新的增增長點，高層建建筑結構構在亞洲洲特別是是在中國國更是得得到了前前所未有有的迅猛猛發展，各種結結構類型型，結構構體系的的高層建建筑不斷斷涌現，而設計計理論和和施工技技術的進進步又進進一步推推動了高高層建筑筑的前進進。通過對現現有高層層建筑進進行類比比分析和和歸納可可以得出出高層建建筑發展展的一些些總的趨趨向，下下面是對對目前1100幢幢世界最最高建筑筑的分析析比較得得出的一一些結論論：超高層建建筑的數數量在不不斷快速速增加。200mm3000m的超超高層建建筑數量量最多。超高層建建筑的建建筑功能能和用途途在不斷斷拓寬。結構類型型和結構構體系呈呈現多樣樣化趨勢勢。超高層建建筑的

8、發發展速度度是很快快的，現現有的高高度記錄錄相信很很快就會會成為歷歷史。近近期同濟濟大學剛剛剛完成成了設計計高度為為4911m，1011層的上上海環球球金融中中心的振振動臺實實驗，實實驗結果果將用于于修正下下一階段段的設計計。在日日本和我我國臺灣灣，都已已經完成成了高度度超過5500mm的高層層建筑的的方案設設計。相相信在不不久的將將來，必必將會出出現越來來越多的的高層和和超高層層建筑。2 高高層建筑筑結構類類型和結結構體系系21高高層建筑筑的結構構類型鋼和鋼筋筋混凝土土兩種材材料都是是建造高高層建筑筑的重要要材料，但各自自有著不不同的特特點。因因此，在在不同國國家，不不同地區區，不同同條件下

9、下，如何何正確選選用材料料，充分分利用其其優點，就成為為經濟合合理地建建造高層層建筑的的一個重重要方面面。我國的高高層建筑筑，目前前主要采采用混凝凝土結構構類型，這既符符合我國國國情，可適應應使用要要求并降降低工程程造價，也符合合相關規規范關于于適用高高度的規規定。而而對于高高度超過過1000m的超超高層建建筑，特特別是建建于抗震震設防地地區的超超高層建建筑，由由于國內內外對鋼鋼筋混凝凝土結構構的實踐踐經驗還還較少，因此在在考慮結結構方案案時，主主要關注注于鋼結結構和鋼鋼骨混凝凝土結構構等方案案。這既既符合當當前的經經濟技術術條件，而且這這類結構構也具有有相應的的優越性性。下面面對高層層建筑和

10、和超高層層建筑中中所常用用的結構構類型進進行簡要要的介紹紹。2. 11. 11高層建建筑鋼筋筋混凝土土結構鋼筋混凝凝土結構構在我國國高層建建筑中所所占比例例最大，數量最最多，特特別適合合于量大大面廣的的2030層以以內的小小高層住住宅，辦辦公樓，酒店等等建筑。由于城城市的發發展，在在大城市市，特大大城市的的中心區區域城市市用地日日趨緊張張，因此此也促進進了高層層建筑的的發展。針對我我國國情情，混凝凝土結構構造價較較低，雖雖然施工工周期較較長，但但由于低低廉的人人工費用用，仍然然使得在在高層建建筑方案案選定時時混凝土土結構具具有相當當的優勢勢。另一一方面，混凝土土結構在在我國發發展時間間較長，設

11、計和和施工經經驗豐富富，設計計計算方方法為廣廣大設計計人員熟熟知，這這也是混混凝土高高層建筑筑的一個個優勢。但當結結構高度度超過1100mm之后，混凝土土結構構構件必然然十分粗粗大，較較大的自自重比例例以及較較大的結結構面積積，都使使得混凝凝土結構構類型不不再完全全適合，這也為為其它幾幾種結構構類型帶帶來了發發展空間間。2. 11. 22高層建建筑鋼結結構相對于鋼鋼筋混凝凝土結構構，高層層建筑鋼鋼結構有有以下主主要優點點：1由于于鋼材具具有良好好的延性性，因此此其抗震震性能優優于混凝凝土結構構，更易易設計成成延性結結構來抵抵抗地震震作用。2由于于鋼材強強度高，構件截截面面積積小，因因此能夠夠有

12、效減減輕結構構自重，降低基基礎工程程造價。3基于于與第二二條同樣樣的原因因，采用用鋼結構構能夠大大大減少少建筑中中結構所所占面積積。4大部部分鋼結結構構件件在工廠廠制作，再運至至施工現現場安裝裝，因此此可以縮縮短施工工周期。對于鋼結結構高層層建筑而而言，也也存在一一些缺點點，諸如如鋼結構構的耐火火能力較較差，造造價相對對較高以以及國內內施工不不易落實實大截面面鋼材供供應等。2. 11. 33高層建建筑鋼混凝土土混合結結構在高層建建筑中部部分抗側側力結構構采用鋼鋼結構，另一部部分采用用鋼筋混混凝土結結構（或或部分采采用鋼骨骨混凝土土結構）。這種種結構類類型可稱稱為鋼混凝土土混合結結構。在在多數情

13、情況下是是采用鋼鋼筋混凝凝土作筒筒（剪力力墻），用鋼材材作框架架梁柱。該類型型結構的的主要優優點為：1由于于采用鋼鋼筋混凝凝土核心心筒和剪剪力墻作作抗側力力結構，故側向向剛度大大于鋼結結構，層層間位移移和頂點點側移均均較小。2鋼混凝土土結構的的用鋼量量小于鋼鋼結構，又可節節省部分分防火涂涂料費用用，因此此結構造造價介于于鋼結構構和鋼筋筋混凝土土結構之之間。3施工工速度比比鋼筋混混凝土結結構有所所加快，施工周周期也可可適當縮縮短。4結構構面積小小于鋼筋筋混凝土土結構。鋼混凝凝土混合合結構也也存在一一些問題題，如混混凝土內內筒的剛剛度退化化將加大大鋼框架架的剪力力；抗震震性能分分析有待待進一步步完

14、善；以及混混凝土內內筒施工工誤差遠遠大于鋼鋼結構，二者在在連接方方面存在在一些問問題等。2. 11. 44高層建建筑鋼骨骨混凝土土結構鋼骨混凝凝土結構構是采用用鋼材代代替部分分或全部部鋼筋來來加強鋼鋼筋混凝凝土構件件。實踐踐中可將將鋼材（型鋼）放在構構件內部部，外包包混凝土土；也可可在鋼管管內部填填充混凝凝土，作作成外包包鋼管混混凝土構構件。前前者又可可稱作勁勁性混凝凝土結構構，可充充分利用用外包混混凝土的的剛度和和耐火性性能，又又可利用用鋼骨減減小構件件斷面尺尺寸和改改善抗震震性能。國內外高高層建筑筑中，完完整地對對梁，柱柱，支撐撐及剪力力墻等均均采用鋼鋼骨混凝凝土的工工程實例例較少，主要應

15、應用在下下列情況況：在上上部鋼結結構與鋼鋼筋混凝凝土地下下室或基基礎之間間設置鋼鋼骨混凝凝土結構構層作為為過渡層層；用作作框筒結結構外筒筒的柱；用作鋼鋼混凝凝土結構構的外框框架柱；用作框框架柱及及內筒。鋼骨混凝凝土結構構的主要要優點為為：1作為為良好的的結構過過渡層，可改善善地震區區建筑剛剛度突變變的不利利情況并并減少該該部位層層間位移移量。2造價價低于鋼鋼結構，防火能能力高于于鋼結構構。3延性性優于鋼鋼筋混凝凝土結構構，剛度度大于鋼鋼結構。4施工工速度可可快于鋼鋼筋混凝凝土結構構。鋼骨混凝凝土結構構存在的的主要問問題有：鋼骨混混凝土梁梁，柱的的連接構構造復雜雜；鋼骨骨混凝土土梁影響響壓型鋼鋼

16、板的采采用進而而影響施施工速度度。22高高層建筑筑的結構構體系結構體系系是指結結構抵抗抗外部作作用的構構件組成成方式。在高層層建筑中中，抵抗抗水平力力成為設設計中的的主要矛矛盾，因因此抗側側力結構構體系的的確定和和設計成成為結構構設計的的關鍵問問題。高高層建筑筑中基本本的抗側側力單元元是框架架，剪力力墻，實實腹筒（又稱井井筒），框筒，桁架筒筒，支撐撐等。由由這幾種種單元可可以組成成多種類類型的結結構體系系，隨著著時代的的發展，結構體體系會日日益多樣樣化。2. 22. 11鋼筋混混凝土結結構的各各類結構構體系1框架架體系：由梁，柱構件件組成的的結構稱稱為框架架。整幢幢結構都都由梁，柱組成成，就稱

17、稱為框架架結構體體系，有有時稱為為純框架架結構。框架結結構的優優點是平平面布置置靈活多多樣，但但由于在在水平力力作用下下呈現剪剪切型變變形特征征，側向向變形較較大，故故框架結結構建造造高度不不宜過高高。2剪力力墻體系系：利用用高層建建筑的墻墻體（一一般為鋼鋼筋混凝凝土墻）作為承承受豎向向荷載，抵抗水水平荷載載的結構構，稱為為剪力墻墻結構體體系。現現澆鋼筋筋混凝土土剪力墻墻結構的的整體性性好，剛剛度大，在水平平荷載作作用下側側向變形形小，承承載力要要求也容容易滿足足，適合合建造較較高的高高層建筑筑。3框架架剪力力墻（框框架筒筒體）體體系：在在框架結結構中設設置部分分剪力墻墻，使框框架和剪剪力墻兩

18、兩者結合合共同抵抵抗水平平荷載，就組成成了框架架剪力力墻結構構體系。如果把把剪力墻墻布置成成筒體，又可稱稱為框架架筒體體結構體體系。筒筒體的承承載能力力，側向向剛度和和抗扭能能力都較較單片剪剪力墻大大大提高高，是提提高材料料利用率率的一種種有效途途徑。4筒中中筒體系系：筒體體的基本本形式有有三種：實腹筒筒，框筒筒和桁架架筒。用用剪力墻墻圍成的的筒體稱稱為實腹腹筒。在在實腹筒筒的墻體體上開出出許多規規則排列列的窗洞洞所形成成的開孔孔筒體稱稱為框筒筒，它實實際上是是由密排排柱和剛剛度很大大的窗裙裙梁形成成的密柱柱深梁框框架圍成成的筒體體。如果果筒體的的四壁是是由豎桿桿和斜桿桿形成的的桁架組組成，則

19、則稱為桁桁架筒。筒中筒筒結構是是由上述述筒體單單元的組組合，通通常由實實腹筒作作內部核核心筒，框筒或或桁架筒筒作外筒筒，由兩兩個筒體體共同抵抵抗水平平力作用用的空間間結構體體系。5多筒筒體系：當采用用多個筒筒體共同同抵抗側側向力時時，就稱稱為多筒筒結構，具體形形式有成成束筒及及巨型框框架。由由兩個以以上的筒筒體排列列在一起起成束狀狀就構成成成束筒筒體系。利用筒筒體作為為柱，在在各筒體體之間每每隔數層層用巨型型梁相連連，筒體體和巨型型梁就形形成巨型型框架結結構體系系。2. 22. 22鋼結構構，鋼混凝土土結構及及鋼骨混混凝土結結構的各各類結構構體系鋼結構，鋼混混凝土結結構和鋼鋼骨混凝凝土結構構這

20、三種種類型的的高層建建筑從廣廣義上都都屬于高高層鋼結結構的類類型。此此外，由由這三類類結構又又派生出出其它一一些結構構類型，例如：上部為為鋼結構構下部為為鋼骨混混凝土結結構的類類型；鋼鋼框架鋼骨混混凝土內內筒結構構的類型型；鋼骨骨混凝土土柱與鋼鋼梁組合合框架的的結構類類型；鋼鋼管混凝凝土柱與與鋼梁組組合框架架的結構構類型。因此，上上述各種種結構類類型具有有多樣化化的抗側側力結構構，也就就構成了了多種多多樣的結結構體系系。下面面僅列出出各主要要結構體體系的名名稱，而而不再具具體解釋釋其含義義。1鋼框框架體系系2鋼框框架鋼鋼支撐體體系3鋼框框架鋼鋼內筒體體系4帶伸伸臂桁架架的鋼框框架鋼鋼內筒體體系

21、5鋼框框筒體系系6筒中中筒及成成束筒體體系7鋼框框架混混凝土剪剪力墻體體系8鋼框框架混混凝土內內筒體系系9鋼框框筒混混凝土內內筒體系系10鋼鋼管混凝凝土框架架柱及鋼鋼框架梁梁混凝凝土內筒筒體系11鋼鋼框架鋼骨混混凝土內內筒體系系12鋼鋼框筒鋼骨混混凝土內內筒體系系13組組合式內內筒體系系（鋼骨骨混凝土土框架柱柱及鋼框框架梁鋼骨混混凝土內內筒體系系）14組組合式外外筒體系系（鋼骨骨混凝土土框架柱柱及鋼框框架梁構構成的外外筒體系系）3 高高層建筑筑結構分分析理論論31基基本計算算假定高層建筑筑是一個個復雜的的空間結結構。它它不僅平平面形狀狀多變，立面體體型也多多種多樣樣，而且且結構類類型和結結構體

22、系系各不相相同。對對這種高高次超靜靜定，多多種結構構型式組組合在一一起的空空間結構構，要進進行內力力和位移移計算，就必須須進行計計算模型型的簡化化，引入入一些計計算假定定，得到到合理的的計算圖圖形。3. 11. 11彈性工工作狀態態假定引入這一一假定，高層建建筑結構構內力和和位移可可按彈性性方法進進行計算算。在非非抗震設設計時，在豎向向荷載和和風荷載載作用下下，結構構應保持持正常使使用狀態態，結構構處于彈彈性工作作階段；在抗震震設計時時，結構構計算是是對多遇遇小震進進行時，此時結結構處于于不裂，不壞的的彈性階階段。因因此，從從結構整整體來說說，基本本處于彈彈性工作作狀態，可按彈彈性方法法進行計

23、計算。此此時，疊疊加原理理可用，在不同同荷載作作用下也也可以進進行內力力組合。對于在在罕遇地地震作用用下的第第二階段段驗算，結構已已進入彈彈塑性階階段，現現行規范范的設計計處理方方法仍多多以彈性性計算的的結果通通過調整整或修正正來解決決。3. 11. 22 平平面抗側側力結構構假定一片框架架或一片片剪力墻墻在其自自身平面面內剛度度很大，可以抵抵抗在自自身平面面內的側側向力；而在平平面外的的剛度很很小，可可以忽略略，即垂垂直于該該平面的的方向不不能抵抗抗側向力力。因此此，在計計算中可可按此假假定將整整個結構構劃分為為不同方方向的平平面抗側側力結構構，共同同抵抗結結構承受受的側向向水平荷荷載。3.

24、 11. 33 剛剛性樓板板假定水平放置置的樓板板，在其其自身平平面內剛剛度很大大，可視視為剛度度無限大大的平板板；樓板板平面外外剛度很很小，可可以忽略略。剛性性樓板將將各平面面抗側力力結構連連接在一一起共同同承受側側向水平平荷載。由于以上上基本假假定，復復雜的高高層建筑筑結構的的計算可可大為簡簡化。由由于高層層建筑結結構的水水平荷載載主要是是風荷載載和地震震作用，因此高高層建筑筑結構的的分析可可分為下下述兩個個問題：1. 總總水平荷荷載在各各片平面面抗側力力結構之之間的分分配。荷荷載分配配和各片片平面抗抗側力結結構的剛剛度變形形特點都都有關系系，不能能像低層層建筑結結構那樣樣按照受受荷面積積

25、計算各各片平面面抗側力力結構的的水平荷荷載。2. 計計算每片片平面抗抗側力結結構在所所分到的的水平荷荷載作用用下的內內力和位位移。32計計算分析析方法由于以上上基本假假定，復復雜的高高層建筑筑結構的的計算可可大為簡簡化。由由于高層層建筑結結構的水水平荷載載主要是是風荷載載和地震震作用，因此高高層建筑筑結構的的分析可可分為下下述兩個個問題：1. 總總水平荷荷載在各各片平面面抗側力力結構之之間的分分配。荷荷載分配配和各片片平面抗抗側力結結構的剛剛度變形形特點都都有關系系，不能能像低層層建筑結結構那樣樣按照受受荷面積積計算各各片平面面抗側力力結構的的水平荷荷載。2. 計計算每片片平面抗抗側力結結構在

26、所所分到的的水平荷荷載作用用下的內內力和位位移。下面將按按照以上上原則簡簡述常規規高層建建筑結構構：框架架結構，剪力墻墻結構和和框架剪力墻墻結構的的內力和和位移計計算方法法。但這這些較為為傳統的的計算方方法只能能適用于于較為規規則和簡簡單的高高層建筑筑結構，即只有有平移而而無扭轉轉的假定定下進行行計算和和分析。同時，為了完完整，也也簡單敘敘述了筒筒體結構構的分析析計算方方法。3. 22. 11框架結結構框架結構構的內力力和位移移計算方方法很多多，在結結構力學學中比較較常用的的精確解解法有：力矩分分配法，無剪力力分配法法，迭代代解法等等。在實實用上往往往采用用由計算算機程序序分析的的算法：矩陣位

27、位移法。但通常常有一些些手算的的近似計計算方法法可用于于工程設設計，如如：多層層多跨框框架在豎豎向荷載載作用下下的分層層計算法法；多層層多跨框框架在水水平荷載載作用下下的反彎彎點法；多層多多跨框架架在水平平荷載作作用下的的D值法。側移計計算多采采用D值法。多層多跨跨框架在在豎向荷荷載的作作用下，側向位位移比較較小，計計算時可可忽略側側移的影影響，采采用力矩矩分配法法計算。由精確確分析可可知，每每層梁的的豎向荷荷載對其其它各層層桿件內內力的影影響不大大，因此此，可將將多層框框架分解解為一層層一層的的單層框框架分別別計算。在分層層計算時時，假定定上下柱柱的遠端端為固定定端，而而實際上上為彈性性支承

28、。為了反反映這個個特點，除低層層外，其其它各柱柱的線剛剛度乘以以折減系系數0.9；此此外，傳傳遞系數數修正為為1/33。多層多跨跨框架在在水平荷荷載作用用下，可可以將風風力和水水平地震震力化成成作用在在框架樓樓層節點點上的水水平集中中力。即即在層數數不多的的情況下下可以忽忽略軸向向變形的的影響，此時同同一層各各節點的的位移相相同。計計算水平平荷載作作用的反反彎點法法的要點點主要是是確定反反彎點的的高度和和剪力分分配系數數。由于于柱上下下端梁的的剛度不不一定都都相同，因此就就有了修修正反彎彎點法D值法，篇幅所所限，此此處不再再詳述。3. 22. 22剪力墻墻結構對剪力墻墻進行內內力和位位移的手手

29、工近似似計算首首先要按按照剪力力墻的開開洞大小小和位置置進行剪剪力墻類類型劃分分。對于于沒有門門窗洞口口或只有有很小洞洞口的剪剪力墻，可以忽忽略洞口口的影響響，這種種墻叫做做整體墻墻，可用用材料力力學公式式按懸臂臂梁計算算。當門門窗洞口口稍微增增大一些些，剪力力墻中已已出現局局部彎矩矩，稱作作小開口口剪力墻墻，仍可可按材料料力學公公式計算算然后再再加以適適當的修修正。洞洞口再大大一些的的有雙肢肢剪力墻墻和多肢肢剪力墻墻，可采采用連續續桿法解解析求解解內力和和位移。當剪力力墻洞口口尺寸較較大，且且洞口上上梁的剛剛度已經經接近或或超過墻墻肢的剛剛度時，稱作壁壁式框架架，可按按帶剛域域的桿件件考慮剪

30、剪切變形形影響的的矩陣位位移法計計算。在在計算剪剪力墻結結構的內內力和位位移時，應考慮慮縱，橫橫墻的共共同工作作，即縱縱墻的一一部分可可作為橫橫墻的有有效翼緣緣；橫墻墻的一部部分也可可作為縱縱墻的有有效翼緣緣。底層為框框架的剪剪力墻結結構是為為了適應應底層要要求大開開間而采采用的一一種結構構形式，標準層層采用剪剪力墻結結構，而而底層則則改用框框架結構構，即底底層的豎豎向荷載載和水平平荷載全全部由框框架的梁梁柱來承承受。這這種結構構類型由由于側向向剛度在在底層樓樓蓋處發發生突變變，震害害較為嚴嚴重，在在實際計計算分析析中應當當特別注注意框支支轉換層層處應力力分布，而不能能簡單的的套用普普通剪力力

31、墻結構構的計算算方法。3. 22. 33框架剪力墻墻結構在滿足變變形協調調的條件件下，按按結構中中框架和和剪力墻墻各自的的剛度分分配它們們所承受受的水平平荷載，從而實實現二者者協同工工作。框框架和剪剪力墻承承擔水平平荷載的的多少，主要取取決于二二者側向向剛度之之比。對對框架剪力墻墻結構，按照框框架和剪剪力墻連連接方式式的不同同可分為為框架剪力墻墻鉸接體體系和框框架剪剪力墻剛剛接體系系，一般般采用矩矩陣位移移法進行行計算，在工程程設計中中也可采采用借助助于圖表表的簡化化計算方方法。對框架剪力墻墻結構進進行計算算分析，關鍵在在于理解解其協同同工作的的原理。框架剪力墻墻體系在在水平荷荷載作用用下，由

32、由框架和和剪力墻墻共同承承受外荷荷載。二二者之間間的連接接可以有有兩種類類型：通通過樓板板連接和和通過樓樓板連梁梁連接。對其進進行計算算主要需需要確定定的問題題就是要要計算出出總剪力力墻抗彎彎剛度和和框架與與剪力墻墻的抗彎彎剛度，從而達達到按剛剛度分配配外荷載載后可以以分別計計算的目目的。3. 22. 44筒體結結構筒體結構構是指由由一個或或幾個筒筒體作為為承受水水平和豎豎向荷載載的高層層建筑結結構。筒筒體結構構適用于于層數較較多的高高層建筑筑，建筑筑平面宜宜為正方方形或接接近正方方形。按按筒體的的形式，布置和和數目上上的不同同，筒體體結構又又可分為為單筒，筒中筒筒和組合合筒。在在筒體結結構中

33、，往往將將位于建建筑平面面中心或或角部的的電梯井井等豎向向交通井井作為實實腹筒結結構，從從力學觀觀點來看看，實腹腹筒實際際上是一一個箱形形梁，因因此對實實腹筒的的分析計計算可以以參照箱箱梁的計計算方法法進行。應當注注意的是是，對于于寬度較較大的箱箱形梁，正應力力兩邊大大，中間間小的這這種不均均勻現象象稱為剪剪力滯后后，忽略略剪力滯滯后作用用將對梁梁的強度度估計過過高。框筒結構構是由密密排的柱柱在每層層樓板平平面用窗窗裙墻梁梁連接起起來的空空腹筒。框筒的的受力特特點比一一個簡單單的封閉閉筒更為為復雜。這主要要是由于于連梁的的柔性產產生了剪剪力滯后后現象，使得角角部的柱柱子軸向向應力增增加而使使中

34、間的的柱子軸軸向應力力減小，這一作作用使樓樓板產生生翹曲，并因此此引起內內部間隔隔和次要要結構的的變形。對框筒筒的計算算方法通通常有：簡化的的初略計計算方法法，根據據初等梁梁理論計計算；簡簡化為平平面結構構的計算算方法；把筒體體空間結結構連續續化的計計算方法法等。這這些較為為傳統的的方法主主要基于于能量法法為基礎礎的半解解析算法法，也只只能用于于較為規規則的情情形。33計計算機算算法和程程序由于上述述計算分分析方法法主要采采用簡化化的解析析求解方方法或借借助與圖圖標來計計算，這這對于較較為簡單單，平面面和立面面布置較較為規則則，層數數不太多多的高層層建筑結結構還可可以在不不致引起起過大誤誤差的

35、情情況下進進行分析析，而當當前大量量出現的的體形不不規則，平面立立面變化化多樣的的高層特特別是超超高層建建筑結構構，用以以上的方方法就顯顯得無能能為力了了。因此此，在當當前計算算機發展展水平的的基礎上上，對高高層建筑筑結構往往往采用用計算機機進行分分析和設設計。這這里，簡簡單介紹紹計算程程序的發發展歷程程和有代代表性的的三代程程序。1. 協協同工作作計算程程序：是是最早出出現的計計算程序序，基于于剛性樓樓板假定定和平面面抗側力力假定。其優點點是基本本未知量量較少，計算比比較簡單單，但由由于僅考考慮了各各片抗側側力結構構在樓層層處水平平位移和和轉動位位移的協協調，而而沒有考考慮各片片抗側力力結構

36、在在豎直方方向上的的協調，因此整整體性考考慮得不不夠完善善。目前前這種計計算程序序基本已已被淘汰汰。代表表程序有有建研院院CADD工程部部的XTTJS。2. 空空間桿薄壁桿桿系計算算程序：將高層層建筑結結構視為為空間的的桿件體體系，桿桿件單元元除了一一般的桿桿單元外外，還有有模擬剪剪力墻的的結點有有7個自由由度的薄薄壁柱單單元。采采用空間間框架的的計算方方法對結結構整體體計算，樓板在在自身平平面可以以考慮為為絕對剛剛性也可可不考慮慮。缺點點是用薄薄壁柱模模擬剪力力墻在墻墻布置復復雜多變變，洞口口很不規規則時計計算誤差差較大。代表程程序有建建研院CCAD工工程部的的TATT和建研研院結構構所的T

37、TBSAA。3. 空空間組合合結構計計算程序序：將高高層建筑筑離散為為空間桿桿單元，平面單單元，板板殼單元元和實體體單元的的組合體體進行分分析。不不同程序序之間的的主要區區別在于于對剪力力墻和樓樓板的模模擬，有有殼元，墻元模模型和板板梁墻元元模型等等。該計計算方法法對結構構的模擬擬更接近近實際情情況，因因此計算算精度最最高，計計算結果果最為可可信。但但由于基基本未知知量多，對計算算設備要要求較高高。不過過隨著計計算機硬硬件的迅迅速發展展，這一一障礙會會很快被被克服。代表程程序有建建研院CCAD工工程部的的SATTWE和和美國CCSI公公司的EETABBS。 目前基基本上采采用的是是第三種種空間

38、組組合結構構的有限限元計算算程序對對高層建建筑結構構進行分分析和設設計。可可以預見見，隨著著計算機機軟硬件件的迅速速提升，必將進進一步促促進高層層建筑結結構的建建設和發發展。同同時，對對高層建建筑設計計更更為為精確更更為符合合實際狀狀況的要要求，也也必將推推動高層層結構計計算分析析軟件的的進一步步發展。4 高高層建筑筑結構設設計理論論41結結構總體體布置方方案在高層建建筑中，保障結結構安全全及經濟濟合理等等要求比比一般的的低層和和多層建建筑更為為突出，因此結結構布置置和結構構選型更更應受到到重視。其它諸諸如場地地選擇，基礎形形式，變變形縫設設置等也也是在初初步設計計階段應應當重視視的問題題。下

39、面面針對高高層建筑筑的特點點列舉一一些在設設計中應應充分注注意的問問題。4. 11. 11控制結結構高寬寬比與低層和和多層建建筑相比比，豎向向荷載已已成為次次要因素素，水平平荷載作作用下結結構的內內力和位位移是設設計中必必須考慮慮的主要要問題。高層建建筑中控控制側向向位移常常常成為為結構設設計的主主要矛盾盾。而且且，隨著著高度增增加，傾傾覆力矩矩也將迅迅速增大大，因此此，建造造寬度很很小的建建筑物是是不適宜宜的。一一般應將將結構的的高寬比比H/BB控制在在56以下。當設防防烈度在在八度以以上時，H/BB的限制制應當更更為嚴格格。4. 11. 22選擇有有利于抗抗震的結結構平面面建筑平面面布置應

40、應簡單，規則，對稱。應盡量量使結構構各樓層層的抗側側力剛度度中心和和地震力力作用的的質量中中心重合合，以減減少在水水平地震震作用下下的扭轉轉，通常常扭轉偏偏心矩不不宜超過過垂直于于外力作作用線邊邊長的55。要要注意剛剛度的均均勻對稱稱，不僅僅要注意意鋼筋混混凝土剪剪力墻的的位置，也要注注意填充充墻的位位置。復復雜，不不規則，不對稱稱的結構構必然會會帶來難難于計算算和處理理的復雜雜地震應應力，如如應力集集中和扭扭轉等，這對抗抗震不利利。凹凸凸不規則則的平面面，在拐拐角等處處容易造造成應力力集中而而遭到破破壞。要要注意樓樓板的局局部不連連續，樓樓板的尺尺寸和平平面剛度度有急劇劇變化，有效樓樓板寬度

41、度小于結結構平面面典型寬寬度過多多，或開開洞面積積過大，都是對對抗震不不利的。4. 11. 33選擇有有利于抗抗震的結結構豎向向布置結構的豎豎向布置置也應注注意剛度度均勻而而連續，要盡量量避免剛剛度突變變或結構構不連續續。按抗抗震設防防的高層層建筑，豎向體體型應力力求規則則，均勻勻，避免免有過大大的外挑挑和內收收。結構構的側向向剛度宜宜下大上上小，逐逐漸均勻勻變化，當某樓樓層側向向剛度小小于上層層時，不不宜小于于相鄰上上部樓層層的700。在在地震區區，不得得采用完完全由框框支剪力力墻組成成的底部部有軟弱弱層的結結構體系系，也不不應出現現剪力墻墻在某一一層突然然中斷而而形成的的中部具具有軟弱弱層

42、的情情況。當當底部采采用部分分框支剪剪力墻或或中部樓樓層部分分剪力墻墻被取消消時，應應進行計計算并采采用有效效措施防防止由于于剛度變變化而產產生的不不利影響響。頂層層盡量不不布置空空曠的大大跨度房房間，如如不能避避免時，也要考考慮由下下到上剛剛度的逐逐漸變化化。當樓樓層剛度度小于上上一層的的70，或連續續三層剛剛度均小小于上層層的800時，除應采采用三維維結構模模型的振振型分解解反應譜譜法和彈彈性時程程分析法法進行計計算外，尚應對對薄弱部部位采取取有效的的抗震構構造措施施，甲類類建筑還還應進行行彈塑性性動力時時程分析析或靜力力彈塑性性分析。4. 11. 44考慮溫溫差對高高層建筑筑豎向的的影響

43、季節溫差差，室內內外溫差差和日照照溫差對對高層建建筑豎向向是有影影響的。當建筑筑高度超超過30040層時時，就應應當考慮慮這種溫溫差的作作用。溫溫度變化化在豎向向結構中中形成的的伸長和和縮短會會對相鄰鄰構件產產生影響響，會對對外墻，隔墻等等填充材材料產生生影響，影響最最大的部部位是在在高度較較大的建建筑物的的頂部數數層。在在設計中中應考慮慮到這種種影響并并采取適適當措施施加以避避免或減減緩。4. 11. 55選擇合合適的高高層建筑筑樓蓋體體系在高層建建筑中，對樓蓋蓋水平剛剛度及整整體性要要求較高高，并應應特別注注意要降降低樓蓋蓋結構高高度和減減輕樓蓋蓋結構重重量。因因此在層層數較高高的高層層建

44、筑中中，多層層建筑中中通用的的預制樓樓蓋不再再適用。當建筑筑高度超超過500m時，宜采用用現澆樓樓面結構構，特別別應推廣廣采用無無粘結后后張預應應力混凝凝土平板板結構。或者采采用壓型型鋼板作作模板的的組合樓樓板結構構。42荷荷載作用用在高層建建筑分析析與設計計中，首首先應明明確作用用在結構構上的各各類荷載載。高層層建筑的的豎向荷荷載包括括自重等等恒載及及使用荷荷載等活活載，這這與一般般的建筑筑結構類類似，在在此不再再重復，這里主主要敘述述在高層層建筑結結構設計計中起主主導作用用的水平平荷載。4. 22. 11風荷載載作用在建建筑物表表面的風風荷載標標準值可可按下式式計算： ( kNN/m22

45、) 由于我國國建筑筑荷載設設計規范范中給給出的基基本風壓壓值的重重現期為為30年，而一般般高層建建筑需要要考慮重重現期為為50年的的大風，故在計計算式(5.11)中要要乘以11.1的的系數。此外，風風的作用用是不規規則的，風壓隨隨著風速速，風向向的紊亂亂變化而而不停地地改變。通常把把風作用用的平均均值看成成穩定的的平均風風壓，而而實際風風壓是在在平均風風壓上下下波動的的，即風風作用在在建筑上上有動力力作用效效應。應應該了解解的是，風荷載載波動中中的短周周期成分分對于高高度較大大或剛度度較大的的高層建建筑可能能產生一一些不可可忽視的的動力效效應，在在設計中中必須考考慮。式式(5.1)中中的風振振

46、系數就就是考慮慮了風荷荷載的動動力特性性和建筑筑周圍環環境影響響的動力力增大系系數，這這樣就可可將動力力分析近近似為靜靜力分析析，從而而起到簡簡化設計計的目的的。式中的風風載體形形系數是是一個由由統計數數據得到到的值，其含義義是指作作用在建建筑物表表面的實實際風壓壓與基本本風壓的的比值。對于平平立面布布置特別別復雜的的高層建建筑，應應通過風風洞實驗驗確定。4. 22. 22地震作作用地震時，由于地地震波的的作用產產生地面面運動，并通過過建筑基基礎影響響上部結結構，使使結構產產生的動動態作用用，就是是地震作作用。地地震波會會使建筑筑產生豎豎向振動動和水平平振動，一般對對建筑的的破壞主主要由水水平

47、振動動造成。設計時時主要考考慮水平平地震作作用，只只有在震震中附近近的高烈烈度區或或豎向地地震會產產生較嚴嚴重后果果時，才才同時考考慮豎向向地震作作用。地地震作用用使建筑筑產生的的運動稱稱為地震震反應，包括位位移，速速度和加加速度。地震作作用的大大小除了了和地震震波的特特性有極極為密切切的關系系外，還還和場地地土特性性，建筑筑本身的的動力特特性有很很大關系系。高層建筑筑的抗震震設計通通過三個個方面體體現：即即抗震概概念設計計，抗震震計算和和抗震構構造設計計。抗震震規范規規定在設設防烈度度為六度度地區的的建筑，除了在在類場場地土上上的較高高建筑外外，可不不進行抗抗震計算算，但必必須進行行抗震構構

48、造設計計。而抗抗震概念念設計則則應當在在所有的的抗震建建筑中加加以運用用。高層層建筑的的抗震計計算采用用兩階段段設計法法：在多多遇地震震作用下下（小震震），按按反應譜譜理論計計算地震震作用，用彈性性方法計計算結構構的內力力和位移移，并用用極限狀狀態方法法設計構構件；對對于重要要建筑或或有特殊殊要求時時，要采采用彈性性動力時時程分析析以及靜靜力或動動力彈塑塑性分析析作補充充計算。43基基本設計計要求在進行各各種豎向向荷載，風荷載載和地震震作用計計算后，需要按按規范規規定的荷荷載效應應組合式式把作用用在高層層建筑上上的各種種荷載進進行組合合。荷載載組合式式包括有有地震作作用和無無地震作作用兩類類共

49、7種不同同組合情情況，應應按具體體要求組組合計算算。在使用荷荷載及風風荷載作作用下，結構應應處于彈彈性階段段或僅有有微小的的裂縫出出現。結結構應滿滿足承載載能力及及限制側側向位移移的要求求。在地地震作用用下，采采用兩階階段設計計法，要要求達到到三水準準目標。下面分分別說明明。4. 33. 11承載能能力驗算算按極限狀狀態設計計要求，各種構構件承載載能力驗驗算一般般表達式式為：不考慮地地震作用用的組合合：考慮地震震作用的的組合：4. 33. 22側向位位移限制制和舒適適度要求求在正常使使用條件件下，高高層建筑筑處于彈彈性狀態態并且應應有足夠夠的剛度度，避免免產生過過大的位位移而影影響結構構的承載

50、載力，穩穩定性和和使用條條件。正正常使用用條件下下的結構構水平位位移（側側移）包包括頂點點位移和和層間位位移，按按風荷載載和地震震作用，用彈性性方法計計算，應應符合規規范的相相應規定定。對于于高度超超過1550m的的高層建建筑應具具有良好好的使用用條件，滿足舒舒適度的的要求：即按荷荷載規范范規定的的10年一一遇的風風荷載取取值和專專門風洞洞實驗計計算確定定的順風風向與橫橫風向結結構頂點點最大加加速度和和最大扭扭轉加速速度應滿滿足規范范相應規規定。4. 33. 33抗震等等級和抗抗震措施施在中等地地震烈度度下，允允許結構構的某些些部位進進入屈服服狀態，形成塑塑性鉸。這時結結構進入入彈塑性性階段，

51、結構變變形加大大。在此此階段，結構可可通過塑塑性變形形耗散地地震能量量，但必必須保持持結構的的承載能能力，結結構不能能破壞。這種性性能稱為為延性。延性愈愈好，抗抗震能力力愈強。影響構構件延性性的因素素很多，主要是是截面應應力性質質，構件件材料及及截面配配筋量，配筋構構造等。在抗震震設計中中延性要要求體現現為對結結構和構構件采取取一系列列抗震措措施。抗抗震措施施分為五五個級別別，稱為為抗震等等級。高高層建筑筑抗震設設計中的的結構構構件抗震震構造可可通過符符合相應應抗震等等級中的的抗震措措施來保保證。4. 33. 44罕遇地地震下的的變形驗驗算要實現“大震不不倒”這這個第三三水準設設計目標標，一般

52、般情況下下，經過過小震地地震作用用計算后后，采取取若干抗抗震措施施即可滿滿足。但但對于規規范規定定的某些些有特殊殊要求的的高層建建筑還應應進行罕罕遇地震震下薄弱弱層（部部位）的的變形驗驗算。在在罕遇地地震作用用下，大大多數結結構都已已進入彈彈塑性狀狀態，變變形較大大，主要要是驗算算結構層層間變形形是否超超過限值值，通常常采用靜靜力彈塑塑性或動動力彈塑塑性時程程分析計計算結構構的層間間位移。44高高層建筑筑結構抗抗震設計計4. 44. 11反應譜譜分析反應譜分分析中使使用的，受地基基運動影影響的結結構的動動力平衡衡方程式式可以寫寫成下列列形式：其中：質量矩矩陣；：阻尼矩矩陣；：剛度矩矩陣；：地基

53、加加速度各表示相相對位移移，速度度，加速速度。反應譜分分析法是是把多自自由度系系統假設設為單自自由度系系統的復復合體，組合并并分析預預先通過過數值積積分求出出的任意意周期（或者頻頻率）范范圍對應應的最大大反應值值（加速速度，速速度，位位移）的的方法，主要應應用于利利用設計計頻譜所所進行的的抗震設設計中。反應譜譜分析方方法是先先求出每每個振型型對應最最大反應應值，然然后用適適當的組組合方法法，預測測最大反反應值。采用反應應譜方法法計算等等效地震震荷載是是一種擬擬靜力方方法。首首先應用用結構動動力學相相關理論論計算出出單自由由度質點點體系的的地震反反應，建建立反應應譜；再再用加速速度反應應譜計算算

54、結構的的最大慣慣性力作作為結構構的等效效地震荷荷載；然然后按靜靜力方法法進行結結構計算算和結構構設計。我國的的抗震規規范是根根據2555條地地震加速速度記錄錄計算得得到反應應譜曲線線，經過過處理后后得到的的標準反反應譜作作為設計計反應譜譜曲線。按反應應譜方法法計算等等效地震震荷載根根據高層層建筑的的高度和和其它要要求可以以采用以以下方法法：底部部剪力法法，振型型分解反反應譜法法（SRRSS法法），考考慮扭轉轉耦連的的振型分分解反應應譜法（CQCC法）。4. 44. 22彈性，彈塑性性時程分分析時程分析析中使用用的動力力平衡方方程式可可以表示示為下列列形式：其中：質量矩矩陣；：阻尼矩矩陣；：剛度

55、矩矩陣；：動力荷荷載各表示相相對位移移，速度度，加速速度。時程分析析是指當當結構受受動荷載載作用時時，計算算動力平平衡方程程式的過過程。利利用結構構的動力力特性和和所施加加的動荷荷載求出出任意時時刻結構構的反應應（位移移，內力力）。通通常采用用振型疊疊加法進進行高層層建筑結結構的彈彈性時程程分析。振型疊疊加法是是指結構構的位移移用相互互正交位位移向量量的線性性組合的的形態求求解的方方法，該該方法的的前提條條件是阻阻尼矩陣陣可以用用質量矩矩陣和剛剛度矩陣陣的線性性組合所所表示。在時程程分析中中，結構構的位移移是由振振型向量量和單自自由度系系方程式式解的乘乘積所決決定的，并且它它的準確確性受所所選

56、擇的的振型數數量影響響。這種種方法是是結構分分析程序序中使用用最多的的方法之之一，對對高層結結構的線線性動力力分析是是一個很很有效的的方法。但是對對非線性性動力分分析或者者因為裝裝有特殊殊的阻尼尼器而不不能把阻阻尼表示示為剛度度和質量量的線性性組合的的情況下下是不能能使用線線性疊加加法的，這一點點是振型型疊加法法的缺點點。對于在罕罕遇地震震作用下下，大多多數高層層結構都都已進入入彈塑性性狀態，往往應應采用動動力彈塑塑性時程程分析計計算結構構的層間間位移。即在抗抗震計算算中將高高層建筑筑結構作作為彈塑塑性振動動體系，直接輸輸入地面面運動，計算其其在地震震過程中中的各種種反應值值。因為為這已是是非

57、線性性振動問問題，疊疊加原理理已不適適用，故故不能采采用振型型疊加法法。通常常將地面面運動試試件t分割成成一系列列的時間間間隔t，在每每個時間間間隔內內把體系系當作線線性體系系來計算算，逐步步求出體體系在各各時刻的的反應。按照高層建建筑建筑筑混凝土土結構技技術規程程的規規定，應應按照建建筑場地地類別和和所處地地震動參參數區劃劃的特征征周期分分區選用用不少于于二條實實際地震震記錄和和一條人人工模擬擬的地震震波輸入入，且地地震波的的持續時時間不宜宜小于建建筑結構構基本自自振周期期的34倍，也也不宜少少于122秒。在在進行彈彈塑性時時程分析析時，結結構的振振動模型型是應認認真考慮慮的非常常重要的的分

58、析前前提，通通常有以以下幾種種振動模模型：1層模模型：將將結構的的質量集集中于樓樓層處，用每層層的剛度度（層剛剛度）表表示結構構的剛度度，也稱稱為層間間模型，可分為為剪切型型層模型型，剪彎彎型層模模型，優優點是較較為簡單單，計算算量小，但由于于模型較較為粗糙糙，不能能描述結結構各構構件的彈彈塑性變變形過程程，因此此不易據據此確定定結構的的薄弱部部位。2桿系系模型：模型的的變形性性質由各各桿件的的變形性性質所決決定，剛剛度矩陣陣可以通通過桿件件的剛度度矩陣集集成求出出，而桿桿件的剛剛度矩陣陣在彈性性階段和和彈塑性性階段是是不同的的，這就就大大增增加了問問題的復復雜性。桿系模模型的計計算模型型通常

59、有有三種，即單分分量模型型，雙分分量模型型，三分分量模型型。桿系系模型的的優點是是模型較較為精細細，能夠夠了解地地震過程程中每根根桿件的的變形過過程，為為結構設設計提供供了確切切的依據據。缺點點就是太太復雜，計算工工作量太太大。3桿系系層模模型：將將高層建建筑結構構按桿件件體系確確定其變變形和剛剛度，但但結構的的質量集集中于樓樓層處，是一種種介于桿桿系模型型與層模模型之間間的計算算模型，這種模模型兼有有層模型型和桿系系模型的的優點，是高層層建筑結結構進行行深入的的彈塑性性動力分分析的較較優模型型。4. 44. 33靜力彈彈塑性分分析結構靜力力彈塑性性分析（Pusshovver）法在國國外應用用較早，80年代代初期在在一些重重要刊物物上就有有論文采采用過這這種方法法，近年年來這種種方法的的應