第2章抗側力結構體系與布置結構體系：指結構抵抗外部作用的構件的組成方式。高層建筑中基本的抗側力單元有框架、剪力墻、實腹筒(又稱井筒)、框筒及支撐。由這幾種單元可以組成多種結構體系。結構體系有：框架結構體系剪力墻結構體系框架－剪力墻結構(框架－筒體結構)體系筒體結構體系其他結構形式，如：板柱－剪力墻結構、框架－支撐(抗震墻板)結構、豎向桁架結構、核心筒加復合巨型柱結構等。第2章抗側力結構體系與布置結構體系：指結構抵抗外部作用的2.1框架結構體系整幢結構都由梁、柱組成，就稱為框架結構體系(見圖2-1~圖2-3)，有時稱為純框架結構。由梁、柱構件組成的結構稱為框架。2.1框架結構體系整幢結構都由梁、柱組成，就稱為框架結構體2.1.1分類按材料不同分為：鋼、鋼筋混凝土、鋼骨(型鋼)混凝土、鋼管混凝土等。鋼筋混凝土框架按施工方法的不同，可分為：現澆框架、半裝配式框架、全裝配式框架等。2.1.2框架結構的特點2.1.1分類按材料不同分為：鋼、鋼筋混凝土、鋼骨(型鋼)2.1.3框架結構的布置要求(1)承重框架的布置承重框架指承受樓面豎向荷載的框架?？蚣芙Y構承重方案有(見圖2-4)：橫向框架承重方案縱向框架承重方案縱橫向框架混合承重方案(2)結構布置要求應設計成雙向框架；抗震設計的框架結構不宜采用單跨框架；框架梁、柱中心線宜重合；結構應受力明確，構造簡單；2.1.3框架結構的布置要求(1)承重框架的布置承重框架指框架結構按抗震設計時，不應采用部分由砌體墻承重(框架結構中的樓、電梯間及局部出屋頂的電梯機房、樓梯間、水箱間等，應采用框架承重，不應采用砌體墻承重)；電梯井貼梁柱布置，不得獨立；填充墻應位于框架平面內，并受柱約束；現澆框架梁、柱、節點的混凝土強度等級，按一級抗震等級設計時，不應低于C30；按二～四級和非抗震設計時，不應低于C20；現澆框架梁的混凝土強度等級不宜大于C40；框架柱的混凝土強度等級，抗震設防烈度為9度時不宜大于C60，抗震設防烈度為8度時不宜大于C70；抗震設計的框架結構中，當布置少量鋼筋混凝土剪力墻時，結構分析計算應考慮該剪力墻與框架的協同工作。框架結構按抗震設計時，不應采用部分由砌體墻承重(框架結構中的2.1.4框架結構的變形特點框架結構在水平荷載作用下的受力變形特點：(1)柱和梁的彎曲變形產生——剪切型：下部的梁、柱內力大，層間變形也大，愈到上部層間變形愈小。(2)柱的軸向變形產生——彎曲型：這種側移在上部各層較大，愈到底部層間變形愈小。(3)框架結構中第一部分側移是主要的，隨著建筑高度加大，第二部分變形比例逐漸加大，但合成以后框架仍然呈現剪切型變形特征

。2.1.4框架結構的變形特點框架結構在水平荷載作用下的受力2.2剪力墻結構體系利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結構，稱為剪力墻結構體系（見圖2-5、2-6）。墻體同時也作為維護及房間分隔構件。2.2.1剪力墻的受力變形特點

(1)在承受水平荷載作用時，剪力墻相當于一根下部嵌固的懸臂深梁。(2)剪力墻的水平位移由彎曲變形和剪切變形兩部分組成。(3)高層建筑剪力墻結構，以彎曲變形為主，特點是結構層間位移隨樓層增高而增加。2.2剪力墻結構體系利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水2.2.2剪力墻結構體系的特點(1)承載力要求容易滿足(截面尺寸大)。(2)整體性好，剛度大，在水平荷載作用下側向變形小(現澆鋼筋混凝土剪力墻結構)，適合于建造較高的高層建筑(10～30層，100～140m)。(3)抗震性能好——延性剪力墻結構。(4)平面布置不靈活，(剪力墻的間距取決于樓板的跨度。一般情況下剪力墻間距為3～8m，適用于要求較小開間的建筑)。(5)結構自重較大。底部大空間剪力墻結構(見圖2-7)2.2.2剪力墻結構體系的特點(1)承載力要求容易滿足(截2.2.3剪力墻結構體系的布置要求(1)結構布置原則剪力墻應沿結構的主要軸線布置。剪力墻應沿豎向貫通建筑物的全高。剪力墻應盡量布置得比較規則，拉通、對直。剪力墻的厚度應按階段變化，每次厚度減少宜為50～l00mm。剪力墻的洞宜上下對齊，成列布置(見圖2-8)。避免小墻肢(見圖2-8)。墻段的高寬比應≥2(呈受彎工作狀態)(見圖2-9)。每一墻肢的寬度不宜＞8m。2.2.3剪力墻結構體系的布置要求(1)結構布置原則剪力墻(2)平面布置方案橫墻承重方案：樓板支承在橫向剪力墻上?？v橫墻承重方案：樓板直接支承在縱橫向墻上或通過進深大梁傳遞。底層大空間剪力墻方案特點：框支墻上下剛度相差懸殊，不利抗震。要求：①不允許單獨采用框支剪力墻。②控制建筑物沿高度方向的剛度變化幅度。③落地剪力墻的間距L應滿足一定要求。④提高轉換層附近樓蓋的強度及剛度。(2)平面布置方案橫墻承重方案：樓板支承在橫向剪力墻上?？v(3)剪力墻的數量

①剪力墻的間距：3m~7.2m②剪力墻的厚度a.構造要求(規范規定)：bw≥160mm及h/20b.墻肢軸壓比μN限制：抗震等級為一、二、三級時分別不宜大于0.5、0.6、0.7。短肢剪力墻——墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻，即：hw/bw=5～8。一般剪力墻——是指hw/bw＞8的剪力墻。(3)剪力墻的數量①剪力墻的間距：3m~7.2m②剪力墻結構基本自振周期：T1=(0.04～0.05)N，(N為層數)。調整結構剛度的方法有：—適當減小剪力墻的厚度；—降低連梁高度；—增大門窗洞口寬度；—對較長的墻肢設置施工洞，分為兩個墻肢?！獕χL度超過8m時，一般都應由施工洞口劃分為小的墻肢。墻肢由施工洞分開后，如果建筑上不需要，可以用磚墻填充。c.結構剛度判斷當周期過短，地震力過大時，宜加以調整。結構基本自振周期：T1=(0.04～0.05)N，(N為層數2.3框架－剪力墻結構體系在框架結構中設置部分剪力墻，使框架和剪力墻兩者結合起來，共同抵抗水平荷載，就組成了框架－剪力墻結構體系(如果把剪力墻布置成筒體，又可稱為框架－筒體結構體系)。剪力墻將承擔大部分水平力(有時可達80％～90％)，是抗側力的主體?？蚣苤饕袚Q向荷載，提供了較大的使用空間，同時也承擔少部分水平力。(見圖2-10)2.3框架－剪力墻結構體系在框架結構中設置部分剪力墻，使框2.3.1框架一剪力墻結構體系的變形特點(2)剪力墻則呈彎曲型變形；(3)當兩者通過樓板協同工作，側向變形將呈彎剪型；(4)其上下各層層間變形趨于均勻。(1)框架本身在水平荷載作用下呈剪切型變形；2.3.1框架一剪力墻結構體系的變形特點(2)剪力墻則呈彎2.3.2

結構布置要求框架－剪力墻結構平面布置要注意以下方面問題：剪力墻數量；剪力墻的位置；框架、剪力墻的設置要求；剪力墻的間距。2.3.2.1剪力墻數量(3)剪力墻的合理數量：兼顧抗震性和經濟性兩方面的要求—在滿足側移和舒適度的前提下剪力墻盡量少。(1)當每m2樓面平均剪力墻長度少于50mm時，震害嚴重；多于150mm時，破壞極輕微，甚至無震害。(2)當平均壓應力=G/(Ac+Aw)＜1.2Mpa，壁率大于5000mm2/m2時，無震害。兩個條件均不滿足時，嚴重震害。2.3.2結構布置要求框架－剪力墻結構平面布置要注意以下方(4)剪力墻的合理數量確定的方法①參考目前國內實際工程中的剪力墻數量：(Aw+Ac)／Af值或Aw/Af值大約在下表的范圍內。設計條件Aw+Ac）/AfAw/Af7度，II類土8度，II類土3%5%4%6%2%3%3%4%②滿足軸壓比要求。③由剛度特征值判定：Vf，max／V0在0.2~0.4之間較合適，相應的值在1.1～2.2之間。④由剪力墻截面抗彎剛度確定(4)剪力墻的合理數量確定的方法①參考目前國內實際工程中的剪⑤由自振周期T1和地震力判定基本自振周期大約在下式范圍內：計算周期Tl=(0.09～0.12)n實際周期Tl=(0.06～0.08)n(考慮T=0.7~0.8，n為結構層數)比較適宜的地震系數值(FEk=G)

場地烈度7度8度9度ⅠⅡⅢⅣ0.01~0.020.02~0.030.02~0.040.03~0.050.02~0.040.03~0.060.04~0.080.05~0.090.03~0.080.05~0.120.08~0.160.10~0.20當自振周期和底部剪力偏離上述范圍太遠時，應適當調整結構的截面尺寸。⑤由自振周期T1和地震力判定基本自振周期大約在下式范圍內：計2.3.2.2剪力墻數量剪力墻的位置(1)剪力墻布置，應遵循“對稱、均勻、分散、周邊”的原則。(2)豎向荷載較大處。(3)建筑物端部附近。(4)平面形狀變化處。(5)樓梯、電梯間等。2.3.2.2剪力墻數量剪力墻的位置(1)剪力墻布置，應遵2.3.2.3剪力墻數量框架、剪力墻的設置要求(1)框架應在各主軸方向均做成剛接。(2)剪力墻應沿各主軸布置(在非抗震設計，層數不多的長矩形平面中，允許只在橫向設剪力墻)。(3)縱橫向剪力墻宜合并布置為L形、T形和H字形。(4)合理調整剪力墻的長度：①每一道剪力墻(包括單片墻，小開口墻和聯肢墻)H/L宜大于2，單個墻肢長度不宜大于8m。②每一道剪力墻在底層承受的彎矩和剪力均不宜大于整個結構底部剪力和傾覆力矩的40％。2.3.2.3剪力墻數量框架、剪力墻的設置要求(1)框架2.3.2.4剪力墻數量剪力墻的間距以限制L／B比值作為保證樓蓋剛度的主要措施。JGJ3—2002《高層建筑混凝土結構技術規程》，以后簡稱《高層規程》，規定的剪力墻間距見下表。樓蓋形式非抗震抗震設防烈度6、7度8度9度現澆≤5.0B，≤60m≤4.0B，≤50m≤3.0B，≤40m≤2.0B，≤30m裝配整體≤3.5B，≤50m≤3.0B，≤40m≤2.5B，≤30m

2.3.2.4剪力墻數量剪力墻的間距以限制L／B比值作為2.4板柱－剪力墻(筒體)結構板柱－剪力墻(筒體)結構是指由鋼筋混凝土無梁樓板和柱(筒體)組成的結構(見下圖)。2.4板柱－剪力墻(筒體)結構板柱－剪力墻(筒體)結構是指2.5框架－支撐(抗震墻板)結構在鋼框架設置支撐斜桿，即為支撐框架。由鋼框架及支撐框架共同承擔豎向荷載和水平荷載的結構稱為框架－支撐結構。用墻板代替鋼支撐，嵌入鋼框架中，成為框架－抗震墻板結構。框架－支撐結構有中心支撐框架(見圖2-11)、偏心支撐框架(見圖2-12)?？蚣埽拐饓Π褰Y構中墻板的類型有帶豎縫鋼筋混凝土墻板、帶橫縫鋼筋混凝土墻板、內藏鋼支撐的鋼筋混凝土墻板、鋼板墻和帶豎縫的鋼板墻等。2.5框架－支撐(抗震墻板)結構在鋼框架設置支撐斜桿，即為2.6筒體結構2.6.1筒體形式(1)筒體的基本抗側力單元有三種：(a)實腹筒(b)框筒(c)桁架筒實腹筒、框筒及桁架筒。(2)筒體的承重結構形式有：框筒結構、桁架筒結構、筒中筒結構和成束筒結構等。2.6筒體結構2.6.1筒體形式(1)筒體的基本抗側力單2.6.2框筒結構(1)框筒結構的典型平面(見圖2-13)(2)框筒結構的特點框筒結構的四榀框架位于結構周邊，其抗側、抗扭剛度及承載力都較普通框架要大很多，因此適用高度比普通框架要高很多?？蛲膊牧嫌校轰摻Y構、鋼筋混凝土結構或混合結構?？蛲渤Ｅc內筒形成筒中筒結構及成束筒結構。(3)框筒結構的受力特點框筒結構的四榀框架形成受拉翼緣框架和受壓翼緣框架。存在剪力滯后現象(見圖2-14)。2.6.2框筒結構(1)框筒結構的典型平面(見圖2-13)采用若干個建筑層高作為桁架的節間距，以若干個建筑開間作為桁架的弦桿間距，形成巨型桁架，四片桁架圍成桁架筒，一般采用鋼結構?？勺鳛楦邔咏ㄖ某兄亟Y構，同時承受豎向荷載和水平力。2.6.3桁架筒結構桁架筒結構的典型實例(見圖2-15)。鋼桁架筒結構的剛度大，比框筒結構更能充分利用建筑材料，適用于更高的建筑。采用若干個建筑層高作為桁架的節間距，以若干個建筑開間作為桁架2.6.4筒中筒結構(1)筒中筒結構的典型平面及實例(見圖2-16、2-17)。(2)筒中筒結構的受力特點①在水平力作用下，外框筒以剪切型變形為主，內筒以彎曲型變形為主，在樓蓋的作用下，兩者位移需協調，其側移曲線為彎剪型。②在下部，核心筒承擔大部分剪力；在上部，剪力轉移到外筒。③筒中筒結構抗側、抗扭剛度大，層間變形均勻。外筒主要抵抗傾覆力矩及扭距，內筒主要抵抗水平剪力。④在水平力作用下，外框筒也有剪力滯后現象。2.6.4筒中筒結構(1)筒中筒結構的典型平面及實例(見圖2.6.5束筒結構(1)束筒結構的典型實例——西爾斯大廈(見圖2-18)。(2)束筒結構的特點:束筒結構的腹板框架數量較多，使翼緣框架與腹板框架相交的角柱增加，大大減小剪力滯后，充分發揮筒體結構的空間作用(見圖2-19)。可以組成較復雜的建筑平面形式。2.6.5束筒結構(1)束筒結構的典型實例——西爾斯大廈(2.7框架－核心筒結構2.7.1框架－核心筒結構的特點：周邊稀柱框架可以形成較大的使用空間及景觀視線。設置了加強層(水平伸臂桿件)的框架—核心筒結構具有與筒中筒結構類似的抗側剛度，其建造高度可與之接近。2.7.2框－筒結構的受力變形特點在水平力作用下，框架－核心筒結構的受力變形特點類似于框架－剪力墻結構。外框架以剪切型變形為主，內筒以彎曲型變形為主，在樓蓋的作用下，兩者位移需協調，其側移曲線為彎剪型。核心筒剛度大，是抗側力主體，承擔大部分剪力；而框架承擔的剪力較小。為了增大周邊框架柱的軸力，提高框架柱的抵抗傾覆力矩及扭距，一般在核心筒與框架柱之間設置水平伸臂桿件。設置了水平伸臂桿件的框架－核心筒結構的側移曲線見下圖2-23。見圖2-20~222.7框架－核心筒結構2.7.1框架－核心筒結構的特點：上海金茂大廈主樓結構即采用了核心筒加外圈復合巨型柱的方案，同時由3道強勁的鋼結構外伸桁架將核心筒和復合巨型柱連成整體，以提高主樓的側向剛度。2.7.3框架－核心筒結構的實例介紹(1)上海金茂大廈(見圖2-24)(2)深圳地王大廈(見圖2-25)(3)馬來西亞吉隆坡石油大廈雙塔(見圖2-26)(4)深圳賽格廣場(見圖2-27)(5)廣州中信廣場(見圖2-28)(6)大連遠洋大廈(見圖2-29)上海金茂大廈主樓結構即采用了核心筒加外圈復合巨型柱的方案，同2.8巨形結構2.8.1巨形框架結構(見圖2-30～2-32)巨形框架結構的受力特點(1)水平荷載主要由巨形框架承擔或由巨形框架和核心筒共同承擔。(2)次框架僅承受豎向荷載，并傳至巨形框架上，再由巨形框架柱傳至基礎。2.8.2巨形空間桁架結構整棟結構用巨柱、巨梁和巨型支撐等巨型桿件組成空間桁架，相鄰立面的支撐交匯在角柱，形成巨形空間桁架結構?？臻g桁架可以抵抗任何方向的水平力，且水平力產生的層剪力由支撐斜桿的軸向力抵抗，可以最大限度地利用材料。巨形空間桁架結構的典型實例：香港中國銀行大廈(見下圖2-33)。2.8巨形結構2.8.1巨形框架結構(見圖2-30～2-2.9抗側力結構體系的用高度和高寬比2.9.1最大適用高度規程中將高層建筑分為了兩級，即常規高度的高層建筑(A級)和超限高層建筑(B級)，分別給出了其適用的最大高度。2.9.2高寬比限值為了宏觀控制結構的剛度、穩定和承載力，下表2-3為各種鋼筋混凝土結構體系的適宜高度范圍。規范限制了高層建筑的最大高寬比。分別按鋼筋混凝土常規建筑(A級)

和超限高層建筑(B級)

、鋼結構及混合結構限制。2.9抗側力結構體系的用高度和高寬比2.9.1最大適用高度表2-3各種鋼筋混凝土結構體系的適宜高度范圍表2-3各種鋼筋混凝土結構體系的適宜高度范2.10建筑體型和結構總體布置2.10.1結構總體布置原則(1)滿足使用要求，便于施工(2)控制結構高寬比H/B(3)選擇合理的結構平面形狀(4)在地震區，盡可能采用對抗震有利的結構布置形式(5)合理設縫2.10建筑體型和結構總體布置2.10.1結構總體布置原2.10.2結構平面布置要求(1)平面布置簡單、規則、對稱對抗震有利。(2)要使結構的剛度中心和質量中心盡量重合，以減少扭轉，通常偏心距e不宜超過垂直于外力作用線邊長的5％。(3)剛度要均勻對稱，要注意鋼筋混凝土剪力墻的位置，也要注意磚填充墻的位置。(4)凸出部分的尺寸不宜太大。(5)應避免在拐角、端部等處布置樓電梯間。2.10.2結構平面布置要求(1)平面布置簡單、規則、對稱2.10.3結構豎向布置要求(1)結構豎向布置應注意剛度均勻而連續，無突變。(2)抗震設計時，結構豎向抗側力構件宜上下連續貫通。(3)抗震設防的高層建筑，豎向體型應力求規則、均勻，避免有過大的外挑和內收。(4)結構的側向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化(當某樓層側向剛度小于上層時，不宜小于相鄰上部樓層的70％)。(5)高層建筑結構宜設置地下室。(6)上下層結構軸線布置或者結構形式發生變化時，要設置結構轉換層。2.10.3結構豎向布置要求(1)結構豎向布置應注意剛度均2.11結構的“三縫”處理2.11.1沉降縫及減少沉降危害的措施2.11.1.1設置位置：所有可能產生不均勻沉降處。(1)土質松軟，土層變化較大處。(2)基礎標高相差過大，基礎類型不同，地基處理不同處。(3)房屋層數、高度、荷載或剛度變化過大處。(4)上部結構類型、體系不同處。(5)平面形狀變化處。2.11.1.2

減少沉降危害的措施“放”－設沉降縫，讓各部分自由沉降。“抗”－不考慮永久設縫要求?！罢{”－在設計中采取措施，調整各部分沉降，減少其差異，降低由沉降差產生的內力。2.11結構的“三縫”處理2.11.1沉降縫及減少沉降危減小總沉降量及沉降差。當土質較好時，可加大埋深，利用天然地基，以減小沉降量。當地基不好時，可以用樁基。高低部分的結構及基礎設計成整體，但在施工時將它們暫時斷開，待主體結構施工完畢，已完成大部分沉降量(50％以上)以后再澆灌連接部分的混凝土，將高低層連成整體。這種縫稱為后澆施工縫。這樣裙房與高層部分沉降一致，不必用沉降縫分開。這種方法適用于地基土軟弱、后期沉降較大的情況。(1)利用壓縮性小的地基。(2)采用后澆施工縫(3)將裙房做在懸挑基礎上減小總沉降量及沉降差。當土質較好時，可加大埋深，利用天然地基2.11.2伸縮縫及減小溫度收縮影響的措施減小溫度收縮影響的措施

(1)設后澆帶：見圖2-34(2)設控制縫(3)局部設伸縮縫(4)從布置及構造方面采取措施減少溫度應力的影響2.11.2伸縮縫及減小溫度收縮影響的措施減小溫度收縮影響2.11.3防震縫(1)原則：不分則已，分則徹底。(2)要求：防震縫最小寬度要求。(3)設置位置(4)避免設縫的方法優先采用平面布置簡單、長度不大的塔式樓。在體型復雜時，采取加強結構整體性的措施而不設縫。2.11.3防震縫(1)原則：不分則已，分則徹底。(2)要2.12高層建筑樓蓋

(1)高層建筑中樓蓋的作用(2)高層建筑對樓蓋的要求(3)常用樓蓋類型梁板式樓蓋、密肋樓蓋、無梁樓蓋、非預應力平板、預應力平板等。(4)樓蓋結構尺寸初估梁截面尺寸估計、板厚的估計(見表2-8～2-9)。2.12高層建筑樓蓋(1)高層建筑中樓蓋的作用(2)高層表2-8

梁截面高度與跨度之比(hb/l)表2-9樓板的厚度與跨度之比(t/l)粱的種類hb／l單跨梁1／8～1／12連續梁1／12～1／15扁梁1／12～1／18單向密肋梁1／18～1／22雙向密肋梁1／22～1／25懸臂梁1／6～1／8井字梁1／15～1／20框支墻托梁1／5～1／7單跨預應力梁1／12～1／18多跨預應力梁1／18～1／20板的類型t/l單向板1／25～1／30單向連續板1／35～1／40雙向板(短邊)1／40～1／45懸挑板1／10～1／12樓梯平臺1／30無粘結預應力板1／40無柱帽無梁板(重載)1／30有柱帽無粱板(輕載)1／35表2-8梁截面高度與跨度之比(hb/l)表2-92.13高層建筑的基礎(1)高層建筑基礎的要求(2)高層建筑基礎的特點(3)高層建筑的基礎類型：筏基、箱基和樁基等。(4)高層建筑的基礎埋深：應當大一些，這是因為：較深的土壤承載力大而壓縮性小，穩定性較好。基礎周圍的土壤有一定的嵌固作用，能提供部分水平反力。減小地震反應(在較深處的地震波幅值較小，接近地面幅值增大)。2.13高層建筑的基礎(1)高層建筑基礎的要求(2)高層建圖2-1框架結構體系的常見布置形式圖2-1框架結構體系的常見布置形式圖2-2PacificParkPlaza公寓標準層平面圖2-2PacificParkPlaza公寓標準圖2-3昆明工人文化宮圖2-3昆明工人文化宮圖2-4框架結構承重方案縱向框架承重方案橫向框架承重方案縱橫向框架承重方案圖2-4框架結構承重方案縱向框架承重方案橫向框架承重方案圖2-5剪力墻結構典型布置圖2-5剪力墻結構典型布置圖2-6剪力墻結構布置舉例上海花園飯店圖2-6剪力墻結構布置舉例上海花園飯店圖2-7底部大空間剪力墻結構(平面)圖2-7底部大空間剪力墻結構(平面)圖2-7底部大空間剪力墻結構(立面)圖2-7底部大空間剪力墻結構(立面)圖2-8剪力墻結構布置圖2-8剪力墻結構布置圖2-9剪力墻的墻段圖2-9剪力墻的墻段圖2-10北京飯店圖2-10北