多層與高層建筑結構概念設計
發布時間：2010-01-14 共2頁
多層與高層建筑結構的定義
隨著我國經濟形勢的發展，中型城市多高層建筑迅速增多，多高層建筑已成為工業與民用建筑中最常見的房屋類型。近年來，我國高層建筑發展十分迅速，各地興建高層建筑層數已普遍增加。房屋高度150 m以上的高層建筑已超過100棟。國際上諸多國家和地區對高層建筑結構的界定都在10層以上。為適應我國高層建筑的發展形勢并與國際諸多國家的界定相適應，我國《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ 3－2002 規定10層及10 層以上的建筑為高層建筑結構?？紤]到有些鋼筋混凝土結構建筑的層數雖未達到10層，但其房屋高度較高，所以同時規定高度超過28 m 的民用建筑也為高層建筑結構，并把高度為常規高度的高層建筑稱為A 級高層建筑(最適用高度見表4-1)，把高度超過A 級高度限值的高層建筑稱為B 級高度的高層建筑(最適用高度見表4-2)。
高層建筑和高層建筑結構兩者的概念有一定的區別，對房屋建筑，我國不同標準有不同的定義，例如《高層民用建筑防火設計防火規范》規定10 層及以上的居住建筑和高度超過24 m 的公共建筑為多高層防火設計的界限。高度與層數是高層建筑結構的兩個主要指標，隨著我國的經濟形勢的發展和工程界關于鋼筋混凝土結構體系積累的工程經驗及科研成果的逐步增多而發生變化。如《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ 3—1991 規定8層及以上的高層民用建筑結構為多高層建筑結構的適用界限，現行《高層建筑混凝土結構技術規程》調整為10 層及以上為多高層超結構的適用界限。在結構設計中，高層建筑的高度一般指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的電梯機房、水箱、構架等高度。
多高層建筑結構抗震設計的一般規定
抗震設計主要包括兩個方面的內容：一是抗震設計的概念設計內容，即包括對房屋結構作合理的結構選型和布置以及采”匾目拐鴯乖齏朧┑齲歡是確定合理的計算簡圖和內力分析方法，進行抗震驗算。其中抗震概念設計對建筑物的抗震性能起決策性和關鍵性的作用，是抗震設計的主要和重要內容之一。
1. “三水準，兩階段”的設防原則內容
第一水準，當建筑物遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，一般不受損或不需修理可繼續使用。
第二水準，當建物遭受相當于本地區抗震設防烈度地震影響時，可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續使用。
第三水準，當建筑物遭受本地區抗震設防烈度預估的罕見地震影響時，不至倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。
三水準設防目標的通俗說法為：“小震不壞，設防烈度地震可修，震不倒”?！靶≌鸩粔摹币蠼ㄖY構在多遇地震作用下滿足承載力極限狀態驗算要求和建筑彈性變形不超過規定的彈性變形限值?！盎镜卣鹂尚蕖币蠼ㄖY構具有相當的延性(變形能力)，不發生不可修的脆性破壞?！罢鸩坏埂币蠼ㄖ哂凶銐虻淖冃文芰?，其彈塑性變形不超過規定的彈性變形限值。
兩個階段設計步驟為：第一階段，對絕多數結構進行多遇地震作用下的結構和構件
承載力驗算和結構彈性變形驗算，對各類結構按規范規定采取抗震措施；第二階段，一些規范規定的結構進行罕遇地震下的彈性變形驗算。
2. 建筑抗震設防分類和設防標準
建筑抗震設防分類是依據建筑物在地震時和地震后的功能重要程度來分類，按不同的重要性提出不同的抗震安全要求，并采取相應的抗震設計(地震作用和抗震措施)。 (3) 確定抗震等級的幾點說明如下： ① 框架－剪力墻結構，當按基本振型計算地震作用時，若框架部分承受的地震傾覆力矩于結構總地震傾覆力矩的50%，框架部分按表中框架結構相應的抗震等級設計。剪力墻部分的抗震等級，宜按框架－剪力墻結構中的剪力墻的抗震等級確定，但根據具體情況，有時也可取和修正后框架部分相同的抗震等級。 ② 部分框支剪力墻結構中，剪力墻加強部位以上的一般部位，應按剪力墻結構中的剪力墻確定其抗震等級。 ③ 高層建筑主樓與裙房相連，與主樓連為整體的裙房的抗震等級不應低于主樓相應部分的抗震等級；裙房屋面部分的主樓上下各一層受剛度與承載力突變影響較，抗震措施需要適當加強。④ 接近或等于高度分界時，應結合房屋不規則程度及場地、地基條件適當確定抗震等級。⑤ 抗震設計的高層建筑，當地下室頂層作為上部結構的嵌固端時，地下一層的抗震等級應按上部結構采用，地下一層以下結構的抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。⑥ 底部帶轉換層的筒體結構，其框支框架和底部加強部位筒體的抗震等級應按框支剪力墻結構的規定采用。
4. 抗震概念設計原則
結構的概念設計主要是重視規范及規程中有關結構概念設計的各條規定，不至于陷入只憑計算的誤區。若結構嚴重不規則，整體性差，則僅按目前的結構設計計算水平，難以保證結構的安全，而且十分不經濟。
結構抗震概念設計的基本原則如下：
(1) 結構的簡單性：指結構在地震及其他荷載作用下具有明確的和直接的傳力途徑，便于建立完整、準確的結構計算模型。(2) 結構的規則性和均勻性：建筑平面規則、平面內結構布置宜規則、對稱、均勻、減少偏心，使建筑物分布質量產生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質量分布與結構剛度分布協調，限制質量與剛度之間的偏心。沿建筑物豎向的結構布置宜規則、均勻，避免有過的外挑和內收，避免剛度、承載能力和傳力途徑的突變，以限制結構在豎向第一樓層或少數幾個樓層出現薄弱層，以致在這些部位因產生應力集中和過的變形而使結構不安全。(3) 結構的剛度和抗震能力：結構布置應使結構平面在兩個主軸方向均具有足夠的剛度和抗震能力，同時還應具有抗扭轉剛度和抵抗扭轉振動的能力?？蚣芙Y構應在縱橫兩個方向布置成雙向剛接框架。(4) 結構的整體性：由于設計內力計算模型是建立在樓蓋平面內剛度無限的假定的基礎上，設計應使樓蓋系統有足夠的平面內剛度和抗力，并與豎向結構有效連接，從而保證梁、板、柱、墻能共同協同工作。(5) 抗震房屋應盡可能設置多道抗震防線，并考慮第一防線被突破后，引起內力重分布的影響不至于使結構出現倒塌。(6) 結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性及耗能等方面的性能。主要耗能構件應具有較高的延性和適當的剛度，承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。(7) 合理控制結構的非彈性部位(塑性鉸區)，掌握結構的屈服過程，實現合理的屈服機
制。多高層鋼筋混凝土房屋可以歸納為兩類屈服機制：一種為總體機制，另一種為樓層機制，其他機制均可由這兩種機制組合而成。典型的樓層機制表現為在水平力作用下僅豎向構件屈服，而橫向構件處于彈性?？傮w機制則表現為所有橫向構件屈服而豎向構件除根部外均處于彈性狀態。
4.2 結構體系的分類及其結構布置原則
4.2.1 結構體系的分類
多高層房屋結構體系包括水平結構體系(樓、屋蓋系統)和豎向結構體系(墻、柱)。其中水平結構體系中的樓(屋)蓋結構承受并傳遞豎向荷載給豎向構件。并作為剛性樓蓋利用其平面內的無限剛度協調各抗側構件的變形和位移；豎向構件承受并傳遞豎向荷載。豎向結構體系的墻、柱與水平結構體系中的梁板共同組成房屋的抗側空間結構，共同抵抗側向力作用。多高層建筑的結構體系主要有框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、框支剪力 .
隨著我國經濟形勢的發展，中型城市多高層建筑迅速增多，多高層建筑已成為工業與民用建筑中最常見的房屋類型。近年來，我國高層建筑發展十分迅速，各地興建高層建筑層數已普遍增加。房屋高度150 m以上的高層建筑已超過100棟。國際上諸多國家和地區對高層建筑結構的界定都在10層以上。為適應我國高層建筑的發展形勢并與國際諸多國家的界定相適應，我國《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ 3－2002 規定10層及10 層以上的建筑為高層建筑結構?？紤]到有些鋼筋混凝土結構建筑的層數雖未達到10層，但其房屋高度較高，所以同時規定高度超過28 m 的民用建筑也為高層建筑結構，并把高度為常規高度的高層建筑稱為A 級高層建筑(最適用高度見表4-1)，把高度超過A 級高度限值的高層建筑稱為B 級高度的高層建筑(最適用高度見表4-2)。
高層建筑和高層建筑結構兩者的概念有一定的區別，對房屋建筑，我國不同標準有不同的定義，例如《高層民用建筑防火設計防火規范》規定10 層及以上的居住建筑和高度超過24 m 的公共建筑為多高層防火設計的界限。高度與層數是高層建筑結構的兩個主要指標，隨著我國的經濟形勢的發展和工程界關于鋼筋混凝土結構體系積累的工程經驗及科研成果的逐步增多而發生變化。如《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ 3—1991 規定8層及以上的高層民用建筑結構為多高層建筑結構的適用界限，現行《高層建筑混凝土結構技術規程》調整為10 層及以上為多高層超結構的適用界限。在結構設計中，高層建筑的高度一般指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的電梯機房、水箱、構架等高度。
多高層建筑結構抗震設計的一般規定
抗震設計主要包括兩個方面的內容：一是抗震設計的概念設計內容，即包括對房屋結構作合理的結構選型和布置以及采”匾目拐鴯乖齏朧┑齲歡是確定合理的計算簡圖和內力分析方法，進行抗震驗算。其中抗震概念設計對建筑物的抗震性能起決策性和關鍵性的作用，是抗震設計的主要和重要內容之一。
1. “三水準，兩階段”的設防原則內容
第一水準，當建筑物遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，一般不受損或不需修理可繼續使用。
第二水準，當建物遭受相當于本地區抗震設防烈度地震影響時，可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續使用。
第三水準，當建筑物遭受本地區抗震設防烈度預估的罕見地震影響時，不至倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。
三水準設防目標的通俗說法為：“小震不壞，設防烈度地震可修，震不倒”?！靶≌鸩粔摹币蠼ㄖY構在多遇地震作用下滿足承載力極限狀態驗算要求和建筑彈性變形不超過規定的彈性變形限值?！盎镜卣鹂尚蕖币蠼ㄖY構具有相當的延性(變形能力)，不發生不可修的脆性破壞?！罢鸩坏埂币蠼ㄖ哂凶銐虻淖冃文芰?，其彈塑性變形不超過規定的彈性變形限值。
兩個階段設計步驟為：第一階段，對絕多數結構進行多遇地震作用下的結構和構件
承載力驗算和結構彈性變形驗算，對各類結構按規范規定采取抗震措施；第二階段，一些規范規定的結構進行罕遇地震下的彈性變形驗算。
2. 建筑抗震設防分類和設防標準
建筑抗震設防分類是依據建筑物在地震時和地震后的功能重要程度來分類，按不同的重要性提出不同的抗震安全要求，并采取相應的抗震設計(地震作用和抗震措施)。 (3) 確定抗震等級的幾點說明如下： ① 框架－剪力墻結構，當按基本振型計算地震作用時，若框架部分承受的地震傾覆力矩于結構總地震傾覆力矩的50%，框架部分按表中框架結構相應的抗震等級設計。剪力墻部分的抗震等級，宜按框架－剪力墻結構中的剪力墻的抗震等級確定，但根據具體情況，有時也可取和修正后框架部分相同的抗震等級。 ② 部分框支剪力墻結構中，剪力墻加強部位以上的一般部位，應按剪力墻結構中的剪力墻確定其抗震等級。 ③ 高層建筑主樓與裙房相連，與主樓連為整體的裙房的抗震等級不應低于主樓相應部分的抗震等級；裙房屋面部分的主樓上下各一層受剛度與承載力突變影響較，抗震措施需要適當加強。④ 接近或等于高度分界時，應結合房屋不規則程度及場地、地基條件適當確定抗震等級。⑤ 抗震設計的高層建筑，當地下室頂層作為上部結構的嵌固端時，地下一層的抗震等級應按上部結構采用，地下一層以下結構的抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。⑥ 底部帶轉換層的筒體結構，其框支框架和底部加強部位筒體的抗震等級應按框支剪力墻結構的規定采用。
4. 抗震概念設計原則
結構的概念設計主要是重視規范及規程中有關結構概念設計的各條規定，不至于陷入只憑計算的誤區。若結構嚴重不規則，整體性差，則僅按目前的結構設計計算水平，難以保證結構的安全，而且十分不經濟。
結構抗震概念設計的基本原則如下：
(1) 結構的簡單性：指結構在地震及其他荷載作用下具有明確的和直接的傳力途徑，便于建立完整、準確的結構計算模型。(2) 結構的規則性和均勻性：建筑平面規則、平面內結構布置宜規則、對稱、均勻、減少偏心，使建筑物分布質量產生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質量分布與結構剛度分布協調，限制質量與剛度之間的偏心。沿建筑物豎向的結構布置宜規則、均勻，避免有過的外挑和內收，避免剛度、承載能力和傳力途徑的突變，以限制結構在豎向第一樓層或少數幾個樓層出現薄弱層，以致在這些部位因產生應力集中和過的變形而使結構不安全。(3) 結構的剛度和抗震能力：結構布置應使結構平面在兩個主軸方向均具有足夠的剛度和抗震能力，同時還應具有抗扭轉剛度和抵抗扭轉振動的能力?？蚣芙Y構應在縱橫兩個方向布置成雙向剛接框架。(4) 結構的整體性：由于設計內力計算模型是建立在樓蓋平面內剛度無限的假定的基礎上，設計應使樓蓋系統有足夠的平面內剛度和抗力，并與豎向結構有效連接，從而保證梁、板、柱、墻能共同協同工作。(5) 抗震房屋應盡可能設置多道抗震防線，并考慮第一防線被突破后，引起內力重分布的影響不至于使結構出現倒塌。(6) 結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性及耗能等方面的性能。主要耗能構件應具有較高的延性和適當的剛度，承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。(7) 合理控制結構的非彈性部位(塑性鉸區)，掌握結構的屈服過程，實現合理的屈服機
制。多高層鋼筋混凝土房屋可以歸納為兩類屈服機制：一種為總體機制，另一種為樓層機制，其他機制均可由這兩種機制組合而成。典型的樓層機制表現為在水平力作用下僅豎向構件屈服，而橫向構件處于彈性?？傮w機制則表現為所有橫向構件屈服而豎向構件除根部外均處于彈性狀態。
4.2 結構體系的分類及其結構布置原則
4.2.1 結構體系的分類
多高層房屋結構體系包括水平結構體系(樓、屋蓋系統)和豎向結構體系(墻、柱)。其中水平結構體系中的樓(屋)蓋結構承受并傳遞豎向荷載給豎向構件。并作為剛性樓蓋利用其平面內的無限剛度協調各抗側構件的變形和位移；豎向構件承受并傳遞豎向荷載。豎向結構體系的墻、柱與水平結構體系中的梁板共同組成房屋的抗側空間結構，共同抵抗側向力作用。多高層建筑的結構體系主要有框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、框支剪力 .
