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本科学生毕业设计（论文）读书报告（读书笔记） 系 ( 院 )： 所属教研室： 课题名称： 专业(方向)： 班 级： 学 生： 指导教师： 日 期： 高层建筑是随着国家经济发展、城市人口的增多、建设可用地的减少、地价的不断高涨、科学技术的进步、钢铁和水泥的应用、电梯的发明、机械化和电气化在建筑中的应用等诸多因素而得到发展的。高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物，至今已有100余年的历史。今天，高层建筑作为城市经济繁荣、科学发展和社会进步的重要标志，建造业主实力雄厚的象征，受到广泛关注。高层建筑不仅要考虑结构受力，还要考虑建筑功能、文化、经济和设备等因素，使其发挥出最好的经济与社会效益。高层建筑的出现，不仅改变了城市的建筑布局，而且为当地的经济发展起到了巨大的带动作用。高层建筑的发展，得益于新材料的不断出现、力学分析方法和分析手段的发展、结构设计和施工技术的进步以及现代化机械和电子技术的飞跃。随着高性能材料的不断研制和开发，结构形式合理性的进一步研究，可以预见，在今后的土木工程领域，高层建筑仍将是世界各国在城市建设中的主要形式，扮演重要的角色。因此，掌握高层建筑的设计知识，是对土木工程领域技术人员的基本要求。高层建筑的结构体系，主要有框架结构体系，剪力墙结构体系，框架一剪力墙结构体系(简称框剪结构体系)，筒体结构体系，框架一筒体结构体系和巨型结构体系等。高层建筑结构体系与布置原则一、高层建筑的承重单体与抗侧力结构单元建筑结构是一个空间的结构整体，它的作用是承受建筑及结构本身的重量以及其他多种多样的荷载和作用。一般来说，建筑的上部结构由水平分体系和竖向分体系组成。水平分体系在能够承受局部竖向荷载作用的同时，尚需承受水平荷载并将荷载传给竖向分体系并保持其界面的结合形状。竖向分体系在传递整个恒载的同时，将水平剪力传给基础。竖向分体系必须由水平分体系联系在一起，以便有更好的抗弯和抗压曲能力。水平分体系作为竖向分体系的横向支撑将其连接起来，减少其计算长度并影响其侧向刚度及侧向稳定性。竖向分体系的间距也影响水平分体系的选型及布置。建筑结构的基本构件有板、梁、柱、墙、简体和支撑等，基本构件或其组合如柱、墙、桁架、框架、实腹筒、框筒等便是联系杆件和分体系的“桥梁”，它是建筑结构的基本受力单元，如柱、墙等，但构件只有作为单独的一个基本的受力单元时才可称其为承重单体或抗侧力单元。例如，由梁柱组成的一榀平面框架、由4片墙围成的墙筒或由4片密柱深梁型框架围成的框筒，尽管其基本构件依旧是线型或面型构件，但此时它们已转变成具有不同力学特性的平面或空间抗力单元，考虑竖向荷载时它们是基本的承重单体，考虑侧向荷载时它们是基本的抗侧力单元。高层建筑结构体系通常也是按照其承重单体与抗侧力单元的特性来命名的，如基本的承重单体与抗侧力单元为框架、剪力墙的，则称其为框架或剪力墙结构，承重单体或抗侧力单元包含框筒的，则称其为框筒结构。竖向承重单体或抗侧力结构单元是竖向或水平分体系的基本组成部分，它们的抗力是高层建筑结构分体系的抗力的基本组成单元。高层建筑结构的竖向荷载比较大，但它作用在结构上引起的结构响应通常都能被较好地抵抗，因此竖向承重单体的问题较好解决。相比之下，风荷载与地震作用等水平力的作用要严重得多，其内力和挠度等都较大，需要用大量构件及材料来抵抗。高层建筑的抗侧力结构显得尤为重要，这就要求结构工程师在设计高层建筑结构时认真选择结构体系并布置好结构的抗侧力单元。二、高层建筑的结构体系 高层建筑发展到今天其结构体系形式繁多，划分的标准也多种多样。从结构工程师的观点出发，高层建筑结构体系的分类标准通常依据其竖向承重单体和抗侧力单元的类型来划分。所谓高层建筑的结构体系，是指结构抵抗外部作用的构件类型和组成方式。在高层建筑中，随高度增加，抵抗水平力作用下的侧向变形是主要问题。因此，抗侧力结构体系的合理选择和布置，就成为高层建筑结构设计的关键。高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、实腹筒、框筒等，由此组成的结构体系有以下几种。1、框架结构体系框架结构是由粱、哇等线型构件通过节点连接在一起构成的结构，其基本的竖向承重单体和抗侧力单元为梁、柱通过节点连接形成的框架。框架结构最理想的施工材料是钢筋混凝土，这是因为钢筋混凝土节点具有天然的刚性。框架结构体系也可以用于钢结构建筑中，但钢结构的抗弯节点处理费用相对较高。钢筋混凝土框架结构按施工方法的不同，可以分为以下4种：(1)梁、板、柱全部现场浇筑的现浇框架。(2)楼板预制，梁、柱现场浇筑的现浇框架。(3)梁、板预制，柱现场浇筑的半装配式框架。(4)梁、板、柱全部预制的全装配式框架等。如果框架柱的截面形式是十字形、T形、L形或一字形等非矩形或圆形的形状则构成异形柱框架结构体系。框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，分隔方便；整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力；外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。其缺点是：侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差。正是这一点，限制了框架结构的建造高度。2、剪力墙结构体系 剪力墙结构是由一系列的竖向纵，横墙和平面楼板所组成的空间结构体系，除了承受楼板的竖向荷载外，还承受风荷载和水平地震作用等水平作用。它刚度大、位移小、抗震性能好，是高层建筑中常用的结构体系。其优点是：整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强；抗震性能较好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力。因而剪力墙结构适宜的建造高度比框架结构要高。其缺点是：受楼板跨度的限制（一般为38m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活。特殊情况下，为了在建筑底部做成较大空间，有时将剪力墙底部做成为框架柱，形成框支剪力墙。但是这种墙体上、下刚度形成突变，对抗震极为不利。故在地震区不允许采用框支剪力墙结构体系。可以采用部剪力墙分落地、部分剪力墙框支的结构体系，并且在构造上：落地墙布置在两端或中部，纵、横向连接围成筒体；落地墙间距不能过大；落地剪力墙的厚度和混凝土等级要适当提高，使整体结构上、下刚度相近。应加强过渡层楼板的整体性和刚度。1）剪力墙的结构布置 钢筋混凝土高层剪力墙结构的最大适用高度及高宽比应满足水平荷载作用下的整体抗倾覆稳定性要求，并使设计经济合理。A级和B级高度剪力墙的最大适用高度应分别满足表71和表72的要求。2）结构平面布 (1)在剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置。一般情况下，采用矩形、L形和T形平面时，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；三角形及Y形平面可沿3个方向布置；正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布置。抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。侧向刚度过大，将使结构周期过短，地震作用大，很不经济。此外，长度过大的剪力墙易形成中高墙或矮墙，由受剪承载力控制破坏状态，使延性变形能力减弱，不利于抗震。 (2)高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构(短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为58的剪力墙，一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙)。短肢剪力墙较多时，应布置筒体(或一般剪力墙)，形成短肢剪力墙与简体。3、框架剪力墙（框架筒体）结构体系 当高层建筑层数较多且高度较高时，如果仍采用框架结构，则其在水平力作用下，截面内力将增加很快。这时，框架梁柱截面增加很大，并且还产生过大的水平侧移。为解决上述矛盾，通常的做法是在框架体系中，增设一些刚度较大的钢筋混凝土剪力墙，使之代替框架承担水平荷载，于是就形成了框架剪力墙结构体系。 框架剪力墙结构体系中，框架主要用以承受竖向荷载，而剪力墙主要承受水平荷载。两者分工明确，受力合理，取长补短，能更有效地抵抗水平外荷载的作用，是一种比较理想的高层建筑体系。将框架、剪力墙两种抗侧力结构结合在一起使用，或者将剪力墙围成封闭的筒体，再与框架结合起来使用，就形成了框架剪力墙（框架筒体）结构体系。这种结构形式具备了纯框架结构和纯剪力墙结构的优点，同时克服了纯框架结构抗侧移刚度小和纯剪力墙结构平面布置不够灵活的缺点。在框架剪力墙（框架筒体）结构体系中，剪力墙的布置应注意以下几点：剪力墙以对称布置为好，可减少结构的扭转。这一点在地震区尤为重要；剪力墙应上下贯通，使结构刚度连续而且变化均匀；剪力墙宜布置成筒体，建筑层数较少时，也应将剪力墙布置成T型、L型、I型等。便于剪力墙更好地发挥作用；剪力墙应布置在结构的外围，可以加强结构的抗扭作用。但是考虑温度应力的影响和楼板平面内的变形，剪力墙的间距不应过大。剪力墙间距应符合表1-1的要求。横向剪力墙的最大间距表1-1楼盖形式非抗震设计抗震设计设防烈度6-7度8度9度现浇5B60m4B50m3B40m2B30m装配整体3.5B50m3B40m2.5B30m4、筒中筒结构体系中筒结构体系是由内筒和外筒两个筒体组成的结构体系。内筒通常是由剪力墙围成的实腹筒，而外筒一般采用框筒或桁架筒。其中框筒是指由密柱深梁框架围成的筒体，桁架筒则是筒体的四壁采用桁架做成。与框筒相比，桁架筒具有更大的抗侧移刚度。筒体最主要的特点是它的空间受力性能。无论那一种筒体，在水平力的作用下都可以看成是固定于基础上的悬臂结构，比单片平面结构具有更大的抗侧移刚度和承载能力，因而适宜建造高度更高的超高层建筑。同时，由于筒体的对称性，筒体结构具有很好的抗扭刚度。5、多筒体系成束筒和巨型框架当采用多个筒体共同抵抗侧向力时，就成为多筒体系。有以下两种形式：成束筒两个以上的筒体排列在一起成束状，成为成束筒。成束筒的抗侧移刚度比筒中筒结构还要高，适宜的建造高度也更高。巨型框架利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型大梁相连，由筒体和巨型梁形成巨型框架。虽然仍是框架形式，由于梁和柱子的断面尺寸很大，巨型框架的抗侧移刚度比一般框架要大的多，因而适宜建造的建筑物高度比框架结构要大的多。由此可见，不同的结构体系结构形式不同，抗侧移刚度差别也较大，适宜的建筑物高度也不相同。表1-2是我国钢筋混凝土高层建筑设计与施工规程给出的不同结构体系适宜的建筑物最大高度。 建筑物最大高度（m） 表1-2结构体系非抗震设计抗震设计6度7度8度9度框 架6060554525框架-剪力墙13013012010050剪力墙部分框支12012010080/无框支14014012010060筒中筒及成束筒18018015012070结构总体布置原则一个建筑结构方案的确定，要涉及到安全可靠、使用要求、经济投入、施工技术和建筑美观等诸多方方面面的问题。要求设计者综合运用力学概念、结构破坏机理的概念、地震对建筑物造成破坏的经验教训、结构试验结论和计算结果的分析判断等进行设计，这在工程设计中被称为“概念设计”。概念设计虽然带有一定的经验性，涉及的范围十分丰富，但是它的基本原则是明确的。事实证明概念设计是十分有效的。高层建筑由于体形庞大，一些复杂部位难以进行精确计算，特别是对需要进行抗震设防的建筑，因为地震作用影响因素很多，要进行精确计算更是困难。因此，在高层建筑设计中，除了要根据建筑高度选择合理的结构体系外，必须运用概念设计进行分析。本节讨论的结构总体布置原则，就是高层建筑设计中属于概念设计的一些基本原则。一、控制结构的高宽比H/B高宽比实际上反映了建筑物的“苗条”程度。在高层建筑的设计中，控制侧向位移是结构设计的主要问题。随着高宽比的增大，结构的侧向变形能力也相对越强，倾覆力矩也越大。因此，建造宽度很小的高层建筑是不合适的，应对建筑物的高宽比加以限制，见表1-3所示。 高宽比限值（H/B） 表1-3结构类型非抗震设计抗震设计6、7度8度9度框架5542框架剪力墙5543剪力墙6654筒中筒、成束筒6654表1-3是钢筋混凝土高层建筑设计与施工规程的规定，是根据经验得到的，可供初步设计时参考。如果体系合理、布置恰当，经过验算结构侧向位移、自振周期、地震反应和风振下的动力效应在理想的范围内，则H/B值可以适当放宽。二、结构的平面形状建筑物的平面形状一般可以分为以下两类：1、板式是指建筑物宽度较小、长度较大的平面形状。在板式结构中，因为宽度较小，平面短边方向抗侧移刚度较弱。当长度较大时，在地震或风荷载作用下，结构会产生扭转、楼板平面翘曲等现象。因此，应对板式结构的长宽比L/B加以限制，一般情况下L/B不宜超过4；当抗震设防烈度等于或大于8时，限制应更加严格。同时，板式结构的高宽比也需控制的更严格一些。2、塔式是指建筑物的长度和宽度相近的平面形状。塔式平面形状不局限于方形或圆形，可以是多边形、长宽相近的矩形、Y形、井字形、三角形等。在塔式结构中，两个方向抗侧移刚度相近。尤其是平面形状对称时，扭转相对要小的多。在高层建筑、尤其是超高层建筑中，多采用塔式平面形状。无论采用那一种平面形状，都应遵循平面规则、对称、简单的原则，尽量减少因平面形状不规则而产生扭转的可能性。三、对抗震有利的结构布置形式大量地震震害调查说明，建筑物平面布置不合理、刚度不均匀，高低错层连接、屋顶局部突出、高度方向刚度突变等，都容易造成震害。在抗震设计中，必须遵循以下两点使结构形式对抗震有利。1、选择有利于抗震的结构平面 平面形状复杂、不规则、不对称的结构，不仅结构设计难度大，而且在地震作用的影响下，结构要出现明显的扭转和应力集中，这对抗震是非常不利的。另外，各抗侧力结构的刚度在平面内的布置也必须做到均匀，尽可能对称。避免刚度中心和水平力作用点出现过大偏心距。故平面布置简单、规则、对称是应遵循的原则。2、选择有利于抗震的竖向布置 结构竖向布置的原则是刚度均匀连续，避免刚度突变。在结构竖向刚度有变化时要做到由上到下刚度逐渐变化，尽量避免在结构的某个部位出现薄弱层。对结构顶部的局部突起的“鞭梢效应”，应有足够的重视。震害分析表明，这些部位往往是震害最严重的地方。四、有关缝的设置在一般房屋结构的总体布置中，考虑到沉降、温度收缩和体型复杂对房屋结构的不利影响，常常采用沉降缝、伸缩缝或防震缝将房屋分成若干个独立的部分，以消除沉降差、温度应力和体型复杂对结构的危害。对这三种缝，有关规范都作了原则性的规定。 但是，在高层建筑中常常由于建筑使用要求和立面效果的考虑，以及防水处理困难等，希望少设缝或不设缝。目前在高层建筑中，总的趋势是避免设缝，并从总体布置上或构造上采取相应措施来减少沉降、温度和体型复杂引起的问题。五、温度差对房屋竖向的影响 季节温差、室内外温差和日照温差对房屋竖向结构亦是有影响的。当建筑物高度在3040层以上时，就应考虑这种温度作用。六、高层建筑楼盖 在高层建筑中，楼盖不再是简单的竖向分割和平面支撑。在高层结构侧向变形时，要求楼盖应具备必要的整体性和平面内刚度。同时，考虑到高层建筑平面较为复杂、尽量减少楼盖的结构高度和重量，装配式楼盖已不再适用，一般应采用现浇整体式或装配整体式楼盖。七、基础埋置深度及基础形式1、基础埋置深度 高层建筑由于高度大、重量大，受到的地