高层建筑结构设计教案山东大学土建与水利学院薛云冱目录第一章：高层建筑结构体系及布置 (2)§1-1 概述 (2)§1-2 高层建筑的结构体系 (7)§1-3 结构总体布置原则 (9)第二章：荷载及设计要求 (12)§2-1 风荷载 (12)§2-2 地震作用 (13)§2-3 荷载效应组合及设计要求 (14)第三章：框架结构的内力和位移计算 (15)§3-1 框架结构在竖向荷载作用下的近似计算—分层法 (15)§3-2 框架结构在水平荷载作用下的近似计算（一）—反弯点法 (16)§3-3 框架结构在水平荷载作用下的近似计算（二）—改进反弯点（D值）法 (17)§3-4 框架在水平荷载作用下侧移的近似计算 (18)第四章：剪力墙结构的内力和位移计算 (20)§4-1 剪力墙结构的计算方法 (20)§4-2 整体墙的计算 (22)§4-3 双肢墙的计算 (23)§4-4 关于墙肢剪切变形和轴向变形的影响以及各类剪力墙划分判别式的讨论 (24)§4-5 小开口整体墙的计算 (29)§4-6 多肢墙和壁式框架的近似计算 (30)第五章：框架—剪力墙结构的内力和位移计算 (30)§5-1 框架—剪力墙的协同工作 (30)§5-2 总框架的剪切刚度 (31)§5-3 框—剪结构铰结体系在水平荷载下的计算 (32)§5-4 框—剪结构刚结体系在水平荷载下的计算 (33)§5-5 框架—剪力墙的受力特征及计算方法应用条件的说明 (36)§5-6 结构扭转的近似计算 (36)第六章：框架截面设计及构造 (36)§6-1 框架延性设计的概念 (36)§6-2 框架截面的设计内力 (37)§6-3 框架梁设计 (39)§6-4 框架柱设计 (42)§6-5 框架节点区抗震设计 (47)第七章：剪力墙截面设计及构造 (49)§7-1 墙肢截面承载力计算 (49)§7-2 连梁的设计 (53)第一章高层建筑结构体系及布置本章重点：①高层结构体系的受力特点；②高层结构体系的种类及应用范围；③高层结构体系的总体布置原则。
计划学时：5学时§1-1 概述随着社会经济的不断发展，工业化、城市化进程的不断加快，以及土木工程和相关领域科学技术水平的提高，不仅使得高层、超高层建筑的建造成为可能，而且发展速度也越来越快。
自从1885年建成10层高的家庭生命保险大厦（钢结构，詹尼设计， 1931年被拆除，通常被认为是世界第一栋高层建筑）以后，高层建筑在世界各国都得到了迅速的发展，许多高层建筑已成为了城市的标志性建筑。
目前世界上高度超过300m的超高层建筑已达几十幢，其中，位于马来西亚首都吉隆坡的石油大厦，高度达到了451.9m，是目前世界上已建成并投入使用的最高建筑。
近二十年来，高层建筑、超高层建筑在我国的发展速度完全可以用“突飞猛进”来形容，仅上海市目前的高层、超高层建筑已达到了2100幢，高度在100m 马来西亚石油大厦以上的超高层建筑就有140余幢。
其中，上海金茂大厦高度为420.5m，是我国目前最高的建筑，世界排名第三位。
目前世界最高十大建筑和我国内地最高十大建筑见表1-1和表1-2。
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。
一、高层建筑的界定高层建筑有什么特点？或者说什么样的建筑算作高层建筑？对于这一问题，世界各国有不同的划分标准，或者说不同的国家有不同的规定。
1972年召开的国际高层建筑会议制订了如下的划分标准：①多层建筑≤8层第一类9~16层高度≤50m②高层建筑第二类17~25层高度≤75m第三类25~40层高度≤100m③超高层建筑＞40层高度＞100m我国《民用建筑设计通则》则规定，10层及10层以上的住宅建筑以及高度超过24ｍ的公共建筑和综合性建筑为高层建筑，而高度超过100m时，不论是住宅建筑还是公共建筑，一律称为超高层建筑。
日本则将5层到15层的建筑称为高层建筑，超过15层的建筑均为超高层建筑。
事实上，究竟什么样的建筑算作高层建筑，应该视建筑的结构体系受力特点而定。
如果建筑的结构体系，在侧向力的作用下，表现出了高层建筑的受力特点，则不论其高度如何，应该按照高层建筑来对待。
二、高层建筑的特点一般而论，高层建筑具有占地面积少、建筑面积大、造型特殊、集中化程度高的特点。
正是这一特点，使得高层建筑在现代化大都市中得到了迅速的发展。
在现代化大都市中，过度的人口和建筑密度，城市用地日趋紧张，真可谓寸土千金，使得人们不得不向空间发展。
高层建筑占地面积少，不仅可以大量的节省土地的投资，而且有较好的日照、采光和通风效果。
但是，随着建筑高度的增加，建筑的防火、防灾、热岛效应等已成为人们急待解决的难题。
从受力角度来看，随着高层建筑高度的增上海金茂大厦加，水平荷载（风载及地震作用）对结构起的作用将越来越大。
除了结构的内力将明显加大外，结构的侧向位移增加更快。
图1-1是结构内力（N，M）、位移（△）与高度的关系，其中弯矩和位移均成指数曲线上升。
由此可见，高层建筑不仅需要较大的承载能力，而且需要较大的刚度，从而使水平荷载产生的侧向变形限制在一定的范围内，满足有关规范的要求。
三、高层建筑的结构材料现代高层建筑所采用的材料，主要是钢材和混凝土两种。
不同国家、不同地区、不同结构形式所采用的结构材料不同，大致有以下几种形式：１、钢结构钢材强度高、韧性大、易于加工。
钢结构构件可以在工厂加工，缩短了现场施工工期，施工方便。
高层钢结构具有结构断面小、自重轻、抗震性能好等优点。
但是，高层钢结构用钢量大，造价高，而且钢材的防火、防腐性能不好，需要大量的防火涂料和防腐处理，增加了工程工期和造价。
右图为美国芝加哥的西尔斯大厦，是目前世界上最高的钢结构高层建筑。
２、钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构造价低，材料来源丰富，可以浇注成各种复杂的断面形式，节省钢材，承载能力也不低。
经过合理的设计，现浇钢筋混凝土结构具有较好的整体性和抗震性能。
尤其是在防火和耐久性能方面，更是有着钢西尔斯大厦结构无法比的优势。
其缺点是自重较大，抗震性能不如钢结构，建造高度也不如钢结构。
香港的中环广场大厦，是目前最高的钢筋混凝土结构，其次是朝鲜平壤市的柳京饭店，101层，高度319.8m。
３、钢—混凝土组合结构将型钢布置在构件内部，外部由钢筋混凝土做成，或者是在钢管内部填充混凝土，做成钢—混凝土组合结构。
此种形式使上述两种结构材料优势互补，结构具有很好的抗震性能，建造高度可与钢结构相当。
经济合理、技术性能优良的钢—混凝土组合结构，是目前的发展趋势。
目前世界最高建筑——吉隆坡的石油大厦，就是这种结构形式。
四、高层建筑的发展简介高层建筑的发展大致可以分成古代高层建筑和现代高层建筑两部分。
在古代，高层建筑主要是寺庙或纪念性建筑，结构形式大都是木结构或砖石结构。
如砖塔，许多砖塔经受了上千年的风吹雨打和地震的摇撼而屹立至今，足见其设计和施工的高河北定县开元寺塔超技术。
但是，真正意义上的高层建筑，却是自从1885年美国芝加哥市建成10层高的家庭生命保险大厦开始的。
此后10年中,在芝加格和纽约相继建成了30幢类似的高层建筑，尤其是1895年奥提斯（Otis）安全电梯的投入应用，对高层建筑的发展起到了巨大的推动作用。
20世纪30年代，是现代高层建筑发展的第一个高潮。
1931年建成的纽约帝国大厦，102层，高度381m,保持了世界最高建筑记录长达41年之久。
该建筑为钢结构，采用了框架结构体系。
1929－1933年美国经济发生严重经济危机，1939年第二次世界大战全面爆发，使得高层建筑的发展几乎处于停顿状态。
二战后，随着钢材焊接技术的成熟和发展，尤其是60年代美国人坎恩（Fazler Khan）提出的框筒体系，为建造超高层建筑提供了理想的结构形式。
纽约帝国大厦从框筒体系中衍生出来的筒中筒、成束筒等结构体系，将高层建筑的发展推向了第二个高潮。
在美国出现了一批100层以上的超高层建筑。
如1969年芝加哥建成了100层、高344m的汉考克大厦；1972年纽约建成了110层、高417m的世界贸易中心；1974年芝加哥又建成了110层、高443m的西尔斯大厦。
其中，西尔斯大厦作为新的世界最高建筑，享誉22年之久。
日本是一个地震多发生国家，从抗震防灾角度出发，政府曾规定房屋高度不得超过31m。
自从1965年取消此项规定后，高层建筑在日本也得到了充分的发展。
我国的高层建筑的真正发展是在新中国成立以后。
在50～60年代，受当时经济条件的限制，高层建筑规模小，发展速度也慢。
1968年建成的广州宾馆，27层，高88m, 采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构，是60年代我国建成的最高建筑。
70年代以后，高层建筑在我国的发展速度逐渐加快。
1974年建成的北京饭店东楼，19层，高87.15m，采用现浇钢筋混凝土框架－剪力墙结构，是当时北京市最高的建筑。
尤其是改革开放以后，国民经济的发展为高层建筑的发展创造了充分的经济基础，科学技术的发展又提供了技术条件，高层建筑，甚至是超高层建筑在全国各地像雨后春笋般地矗立了起来。
1985年，深圳建成了63层、高158.65m的国际贸易中心大厦；两年后，63层、高200m的广州国际大厦和57层、高208m的北京京广中心大厦又相继开工。
直到1998年，88层、高420.5m的上海金茂大厦的建成，标志着我国高层建筑的建设水平已经达到了世界先进水平。
但是，高层建筑在向人们展示它的美丽和优势的同时，也逐渐暴露出了一些急需解决的问题，如防火、防灾、热岛效应、交通、污染等。
特别是2001年9月11日，恐怖分子劫纽约世界贸易中心机撞毁纽约世界贸易中心大楼，大楼彻底坍塌，造成了巨大的生命和财产损失，使上述问题受到社会各界的普遍关注。
相信随着科学技术的进步，人们会找到解决办法，使高层建筑、尤其是超高层建筑更好地为人类服务。
§1-2 高层建筑的结构体系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。