1、第第2章章 高层建筑结构设计高层建筑结构设计 基本规定基本规定2.1结构平面布置2.2结构竖向布置2.3楼盖结构2.4水平位移限制和舒适度要求2.5抗震设计基本规定 具体设计抗侧力体系时应考虑具体设计抗侧力体系时应考虑三个方面三个方面的要求：的要求：一一是应具有是应具有必要的承载能力、刚度和变形能力必要的承载能力、刚度和变形能力；二二是是应应避免因部分结构或构件的破坏避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；三三是是对可对可能出现的薄弱部位能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。，应采取有效措施予
2、以加强。2.1 结构平面布置结构平面布置 结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载,力争均匀对称，减少扭转的影响。扭转是否过大，可用概念设计方法近似计算刚心质心及偏心距后进行判断，还可比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形，其比值超过1.1者，可认为扭转太大而结构不规则。一、平面形状一、平面形状地震区的建筑不宜采用角部重叠的平面形状或细腰形平面形状.高层建筑不应采用严重不规则的结构布置，当由于使用功能与建筑的要求，结构平面布置严重不规则时，应将其分割成若干比较简单，规则的独立结构单元。根据高规的规定，抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面布置宜符合下列要求：1.平面宜简单
3、、规则、对称，减少偏心；2.平面长度不宜过长，突出部分长度l不宜过大（图2.2）；L/B等值宜满足表2.1的要求；3.平面突出部分的长度l不宜过大、宽度b不宜过小（图2-2），l/Bmax、l/B宜符合表2-1的要求；4.不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。设防烈度L/Bl/Bmaxl/b6,7度8,9度6-05-00-350-302-01-5表表2-1，l的比值限值的比值限值二、楼板洞口二、楼板洞口 楼面凹入或开洞尺寸不宜大于楼面宽度的一半；楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30%；在扣除凹入或开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度不宜小于5m，且开洞后每一边的楼板净宽度不应小于2m。楼板
4、开大洞削弱后，宜采取以下构造措施予以加强：1.加厚洞口附近楼板，提高楼板的配筋率；采用双层双向配筋，或加配斜向钢筋；2.洞口边缘设置边梁、暗梁；3.在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋。三、缝的设置三、缝的设置设置防震缝时，应符合下列规定：1.防震缝最小宽度应满足下列要求：框架结构房屋，高度不超过15m的部分，可取70mm；超过15m的部分，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；框架-剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的70%采用，剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的50%采用，但二者均不宜小于70mm。说明防震缝的宽度，根据2008年汶川地震的震害调查，02规程规
5、定的防震缝宽度偏小，本次最小宽度由70mm改为100mm。本条规定与抗规（GB 50011）是一致的，该值为最小值，在强烈地震作用下，防震缝两侧的相邻结构仍可能发生局部碰幢而损坏。11 2.防震缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度应按不利的结构类型确定；防震缝两侧的房屋高度不同时，防震缝宽度应按较低的房屋高度确定；3.当相邻结构的基础存在较大沉降差时，宜增大防震缝的宽度；4.防震缝宜沿房屋全高设置；地下室、基础可不设防震缝，但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接；5.结构单元之间或主楼与裙房之间如无可靠措施，不应采用牛腿托梁的做法设置防震缝。当相邻部分基础、埋深不一致、地基土层变化很大或房屋层数、
6、荷载相差悬殊时，应设沉降缝将相邻部分分开，基础在沉降缝处应断开。为消除温度和收缩应力对结构造成的危害，当房屋的总长度超过一定数值时，要设置伸缩缝(从基础以上断开）或采用其他一些计算和构造措施。表2.2防震缝的间距结构体系施工 方法最大间距（）框架结构现浇剪力墙现浇 当采用下列构造措施和施工措施减少温度和混凝土收缩对结构的影响时，可适当放宽伸缩缝的间距：在房屋的顶层、底层、山墙和纵墙端开间等受温度变化影响较大的部位提高配筋率；顶层加强保温隔热措施，外墙设置外保温层；每隔30m40m间距留出施工后浇带，带宽800mm1000mm，钢筋采用搭接接头，后浇带混凝土宜在45d后浇灌；采用收缩小的水泥、减
7、少水泥用量、在混凝土中加入适宜的外加剂；提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力混凝土结构。2.2 结构的竖向布置结构的竖向布置一、侧向刚度和体形的要求一、侧向刚度和体形的要求1.抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。2.抗侧力结构层间受剪承载力的突变将导致薄弱层出现严重破坏甚至倒塌。为防止结构出现薄弱层，A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的75%。3.抗震设计时
8、，结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。对框架 剪力墙结构、板柱 剪力墙结构、剪力墙结构、框架 核心筒结构、筒中筒结构，楼面体系对侧向刚度贡献较小，当层高变化时刚度变化不明显，可按定义楼层侧向刚度比作为判定侧向刚度变化的依据，但控制指标也应作相应的改变，一般情况按不小于0.9控制；层高变化较大时，对刚度变化提出更高的要求，按1.1控制；底部嵌固楼层层间位移角结果较小，因此对底部嵌固楼层与上一层侧向刚度变化作了更严格的规定按1.5控制。1112+=iiiiiihVhV17新增规定：v楼层质量不宜大于相邻下部楼层质量的1.5倍，这是对质量沿竖向分布不规则的限制。v不宜采用同一楼层刚度和承载力变化同时不
9、满足规则性要求的结构。因为这类结构对抗震十分不利，应尽量避免。18通常刚度变化不符合规程要求的楼层，称为软弱层；承载力变化不符合规程要求的楼层称为薄弱层。为方便起见，新规程将软弱层、薄弱层及竖向抗侧力构件不连续的楼层统称为结构薄弱层。为提高安全度，新规程将结构薄弱层在地震作用标准值作用下的剪力增大系数原02规定1.15改为1.25，适当提高安全度要求。19 对于结构上下有收进或挑出时，其收进或挑出部分的尺寸限制为：上部楼层收进时，且 H 1/H 0.2 时，应有 B 1/B 0.75；上部楼层外挑时，应有 B/B 1 0.9 且 a 4 m。二、最大适用高度与高宽比二、最大适用高度与高宽比结构
10、体系非抗震设计抗震设防烈度6789框架7060554525框架-抗震墙14013012010050抗震墙全部落地15014012010060部分框支13012010080不应采用筒体框架-核心筒16015014010070筒中筒20018016012080板柱-抗震墙70403530不应采用22说明v调整了房屋最大适用高度要求，增加了8度0.3g抗震设防区的房屋适用高度内容；框架结构高度适当降低；板柱-剪力墙结构高度增大较多。vA级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最大适用高度应符合表3.3.2-1的规定，B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最大适用高度应符合表3.3.2-2的规定。23说明
11、v取消了在类场地上房屋适用的最大高度应适当降低的规定。v平面和竖向均不规则的结构，其适用的最大高度宜适当降低，由“应“改为“宜”。v对部分框支剪力墙结构，表中规定的最大适用高度已考虑了框支层的不规则性，而比全落地剪力墙结构降低。故对“平面和竖向均不规则”，是指框支层以上的结构同时存在平面和竖向不规则的情况。v仅有个别墙体不落地，只要框支部分的设计安全合理，其适用的最大高度可按一般剪力墙结构确定。24A 级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比 结构类型非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度9度框架，板柱抗震墙432框架抗震墙5543筒体，抗震墙，框架筒体6654注：（1）当有大底盘时，计算高
12、宽比的高度从大底盘的顶部算起；（2）超过表内高宽比的体型复杂的房屋，应进行专门研究。最大适用高度与高宽比v高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济性的宏观控制，结构安全并不需要满足高宽比要求，主要影响工程的经济性。v本次修订将A级高度与B级高度的适用高宽比限值进行了合并处理，不再强调“最大高宽比”概念；将筒中筒结构和框架-核心筒结构的高宽比限值分开规定，适当提高了筒中筒结构的适用高宽比。26高层建筑高宽比的计算v高层建筑的高宽比为房屋的高度H与建筑平面宽度B之比。v房屋的高度H，对不带裙房的塔楼，即为地面以上高度（不计局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等）；对带有裙房的高层建筑，当裙房的面
13、积和刚度超过其上部塔楼的面积和刚度的2.5和2.0倍时，可取裙房以上部分的高度作为计算高宽比时房屋的高度Hv房屋的平面宽度B，一般矩形平面按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比，对突出建筑物平面很小的局部构件（如楼梯间、电梯间等），一般不作为建筑物计算宽度。v实际上当满足高规对侧向位移、结构稳定、抗倾覆能力、承载能力等性能的规定时，高宽比的规定可不作为一个必须满足的条件，也不作为判断结构规则与否及超限高层建筑抗震专项审查的一个指标。282.3楼盖结构楼盖结构 房屋高度超过50m时，框架-剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇楼盖结构，剪力墙结构和框架结构宜采用现浇楼盖结构。当房屋高度不
14、超过50m时，剪力墙结构和框架结构可采用装配式楼盖，但应采取必要的构造措施。楼盖构造要求楼盖构造要求:（1）为了保证楼盖的平面内刚度，现浇楼盖的混凝土强度等级不宜低于C20；同时由于楼盖结构中的梁和板为受弯构件，所以混土强度等级不宜高于C40。（2）房屋高度不超过50m的框架结构或剪力墙结构，当采用装配时楼盖时，应符合下列要求：楼盖的预制板板缝宽度不宜小于40mm，板缝大于40mm时应在板缝内配置钢筋，并宜贯通整个结构单元。预制板板缝、板缝梁的混凝土强度等级应高于预制板的混凝土强度等级，且不宜低于C20；预制板搁置在梁上或剪力墙上的长度分别不宜小于35mm或25mm;预制板板端宜预留胡子筋，其
15、长度不宜小于100mm；预制板板孔堵头宜留出不小于50mm的空腔，并采用强度等级不低于C20的混凝土浇灌密实，加50mm厚现浇层。（3）房屋高度不超过50m，6、7度抗震设计的框架-剪力墙结构，当采用装配整体式楼盖时，除应符合上述第（2）条第款的规定外，其楼盖每层宜设置钢筋混凝土现浇层。现浇层厚度不应小于50mm，混凝土强度等级不应低于C20，不宜高于C40，并应双向配置直径68mm、间距150200mm的钢筋网，钢筋应锚固在剪力墙内。(4)一般楼层现浇楼板厚度不应小于80mm，当板内预埋暗管时不宜小于100mm；顶层楼板厚度不宜小于120mm，宜双层双向配筋。转换层楼板厚度不宜小于180mm
16、，应双层双向配筋，且每层每方向的配筋率不宜小于0.25%，楼板中钢筋应锚固在边梁或墙体内；落地剪力墙和筒体外周围的楼板不宜开洞。楼板边缘和较大洞口周边应设置边梁，其宽度不宜小于板厚的2倍，纵向钢筋配筋率不应小于1.0%，钢筋接头宜采用机械连接或焊接。（5）采用预应力混凝土平板的厚度，应考虑刚度、抗冲切承载力、防火以及防腐蚀等要求。在初步设计阶段，现浇混凝土楼板厚度可按跨度的1/451/50采用，且不应小于150mm。（6）现浇预应力楼板为防止或减小主体结构刚度对施加楼盖预应力的不利影响，应采用合理的施加预应力的方案。如采用板边留缝以张拉和锚固预应力钢筋，或在板中部预留后浇带，待张拉并锚固预应力
17、钢筋后再浇筑混凝土。2.4 水平位移限制和舒适度要求水平位移限制和舒适度要求表2.8弹性层间位移角限值结构类型e钢筋混凝土框架1/550钢筋混凝土框架-抗震墙，板柱-抗震墙，框架-核心筒1/800钢筋混凝土抗震墙，筒中筒1/1000除框架外的转换层 1/1000多、高层钢结构1/300 eeuh表2.9 层间弹塑性位移角限值结 构 体 系 p 框 架 结 构1/50框架剪力墙结构、框架核心筒结构、板柱剪力墙结构1/100剪力 墙结构和筒中 筒结构1/120框 支 层1/120遇到下列情况时，必须进行罕遇地震作用下的变形验算：1）79度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构；2）甲类建筑和9度抗
18、震设防的乙类建筑结构；3）采用隔震和消能减震技术的建筑结构。高度大于150m的结构应验算罕遇地震下结构的弹塑性变形的要求。下列结构宜进行弹塑性变形验算：1）采用时程分析的房屋且竖向分布不规则的房屋的高层建筑结构；2）7度、类场地和8度抗震设防的乙类建筑结构；3）板柱-剪力墙结构。楼层屈服强度系数按下式计算 式中，按楼层实际配筋及材料强度标准值计算的楼层承载力，以楼层剪力表示；在罕遇地震作用下，由等效地震荷载按弹性 计算所得的楼层剪力。ayVeVy=eayVV规程推荐的一种简化计算法:该方法适用于不超过 12层且层侧向刚度无突变的框架结构。结构的薄弱层或薄弱部位，对楼层屈服强度系数沿高度分布均结
19、构的薄弱层或薄弱部位，对楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层；对楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀匀的结构，可取底层；对楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取该系数最小的楼层（部位）和相对较小的楼层，的结构，可取该系数最小的楼层（部位）和相对较小的楼层，一般不超过一般不超过 23处。处。层间弹塑性位移可按下列公式之一计算：;性分析的 层为罕遇地震作用下按弹u 为楼层延性系数；为层间屈服位移；uey间位移弹塑性层间位移增大系数p三、舒适度要求 高层建筑在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将使在高层建筑内居住的人们感觉不舒服，甚至不能忍受，下表为两者之间的关系。参照国外研究成果
20、和有关标准，高层规程规定，高度超过 150m的高层建筑结构应具有良好的使用条件，以满足舒适度要求，按 10 年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点最大加速度不应超过下表 的限值。必要时，可通过专门风洞试验结果计算确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度v计算舒适度时的结构阻尼比。对混凝土结构取0.02，对混合结构可根据房屋高度和结构类型取0.010.02。40楼盖结构的舒适度v我国大跨楼盖结构正在兴起，这类楼盖结构的舒适度是一项重要的设计内容。v一般情况下，楼盖结构竖向频率不宜小于3HZ，以保证结构具有适宜的舒适度。当楼盖结构的竖向频率小于3HZ时，其楼盖结构的振动加速度宜采用时程分析法进
21、行计算，也可采用简化近似方法计算。其竖向振动加速度峰值不应超过规程表3.7.7的规定。41422.5 抗震设计基本规定 在地震区，除了要求结构具有足够的承载力和合适的刚度外，还要求它具有良好的延性。抗震设计时，高层建筑钢筋混凝土结构构件应根据设防烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。抗震等级划分:为了对不同的情况能够区别对待以及方便设计，对一般建筑结构延性要求的严格程度可分为四级：很严格（一级）、严格（二级）、较严格（三级）和一般（四级），这称之为结构的抗震等级。相对于一般建筑而言，高层建筑更柔一些，地震作用下的变形就更大一些，因而对延性的要求就更高一些
22、。因此，高层规程对地区设防烈度为9度时的A类建筑以及B级高度丙类建筑钢筋混凝土结构又增加了特一级。46v关于高层建筑结构的抗震等级，本次修订有以下改变。v （1）框架结构不再以高度划分。v （2）不包括24m以下结构的抗震等级。v （3）对于房屋高度不超过60m的框架 核心筒结构，其作为筒体结构的空间作用已不明显，更接近框架 剪力墙结构，因此其抗震等级允许按框架 剪力墙结构采用。47需要注意，表中的烈度不完全等于房屋所在地区的设防烈度,还与房屋重要性有关.1.甲类、乙类建筑：当本地区的抗震设防烈度为68度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求；当本地区的设防烈度为9度时，应符合比9度抗震设
23、防更高的要求。当建筑场地为类时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施；2.丙类建筑：应符合本地区抗震设防烈度的要求。当建筑场地为类时，除6度外，应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施。v 规定与主楼相连的裙房的抗震等级，除应按裙房本身确定外，“相关范围”不应低于主楼的抗震等级。“相关范围”，一般指主楼外延三跨的裙房结构。裙房偏置时，其端部有较大扭转效应，也需适当加强。492.多道抗震防线 抗震结构在设计上和构造上应实现具有多道设防。第一道设防结构中的某一部分屈服或破坏只会使结构减少一些超静定次数；如框架结构采用强柱弱梁设计，梁屈服后柱仍能保持稳定；再如剪力墙，在
24、连梁作为第一道设防破坏以后，还会存在一个能够独立抵抗地震作用的结构;又如框架一剪力墙(筒体)、框架一核心筒、筒中筒结构，无论在剪力墙屈服以后，或者在框架部分屈服以后，另一部分抗侧力结构仍然能够发挥较大作用，发生内力重分布后，它们仍然能够共同抵抗地震。多道设防的抗震设计受到愈来愈多的重视。50v延性 延性结构的塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽然会加大，但作用于结构的惯性力不会很快上升，内力也不会再加大，因此可降低对延性结构的承载力要求，也可以说，延性结构是用它的变形能力(而不是承载力)抵抗强烈的地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须用足够大的承载力抵抗地震。因此，延件结构和构件对抗震设计
25、是一种经济的、合理而安全的对策。要保证钢筋混凝土结构有一定的延性，除了必须保证梁、柱、墙等构件均具有足够的延性外，还要采取措施使框架及剪力墙结构都具有较大的延性。同时，节点的承载力和刚度要与构件的承载力与刚度相适应，节点的承载力应大于构件的承载力，要从构造上采取措施防止反复荷载作用下承载力和刚度过早退化。51高层建筑结构抗震概念设计时应注意以下几方面内容高层建筑结构抗震概念设计时应注意以下几方面内容（1）选择有利的场地，避开不利的场地，采取措施保证地基的稳定性。（2）结构体系和抗侧刚度的合理选择。（3）结构平面布置力求简单、规则、对称，尽量减少易产生应力集中的凸出、凹进和狭长等复杂平面；同时，
26、更重要的是结构平面布置时要尽可能使平面刚度均匀，即使结构的“刚心”与质心靠近。（4）结构竖向宜做成上下等宽或由下向上逐渐减小的体型，更重要的是结构的抗侧刚度应当沿高度均匀，或沿高度逐渐减小。（5）结构的承载力、变形能力和刚度要均匀连续分布，适应结构的地震反应要求。（6）抗震结构在设计上和构造上应实现具有多道设防。（7）一般情况下宜采取调整平面形状与尺寸，加强构造措施，设置后浇带等方法尽量不设缝、少设缝。（8）延性结构的塑性变形可以耗散地震能量，因此可降低对延性结构的承载力要求。（9）结构倒塌往往是由竖向构件破坏造成的，既承受竖向荷载又抗侧力的竖向构件属于重要构件。（10）保证地基基础的承载力、刚度和有足够的抗滑移、抗转动能力。本章结束
