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1、 土木工程设计专题土木工程设计专题 高层建筑设计专题高层建筑设计专题 黄真黄真 Prof.Dr.-Ing.,FICE,CEng,M.ASCE Dr.-Ing.,FICE,CEng,M.ASCE 教学参考书教学参考书n n现代结构设计的概念与方法现代结构设计的概念与方法 黄真，林少培，中国建筑工业出版社，黄真，林少培，中国建筑工业出版社，2010,(ISBN7-5608-1788-2)n n高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010n n高层民用建筑钢结构技术规程高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-2012 课程安排：课程安排：第五周第五周 高层建筑设计要点高层建
2、筑设计要点参考规范参考规范第六周第六周 清明放假清明放假第七周第七周 高层建筑高层建筑结构体系结构体系计算作业计算作业第八周第八周 高层建筑设计案例分析高层建筑设计案例分析结题报告结题报告课程考核要求：课程考核要求：n n课程总成绩组成：课程总成绩组成：平时课堂表现（出勤与回答问题）平时课堂表现（出勤与回答问题）40%作业报告成绩（作业作业报告成绩（作业+结题报告）结题报告）60%课程背景：课程背景：传统土木工程教学，分门授课多，综合归纳少；传统土木工程教学，分门授课多，综合归纳少；传统土木工程教学，分门授课多，综合归纳少；传统土木工程教学，分门授课多，综合归纳少；带来问题：面对实际问题，不知
3、如何下手分析。带来问题：面对实际问题，不知如何下手分析。带来问题：面对实际问题，不知如何下手分析。带来问题：面对实际问题，不知如何下手分析。现代结构设计需要现代结构设计需要现代结构设计需要现代结构设计需要“从整体着眼，从局部着手从整体着眼，从局部着手从整体着眼，从局部着手从整体着眼，从局部着手”应用结构概念和简化计算方法整体分析问题。应用结构概念和简化计算方法整体分析问题。应用结构概念和简化计算方法整体分析问题。应用结构概念和简化计算方法整体分析问题。结构工程师要培养对结构的感觉，看到建筑的骨架，结构工程师要培养对结构的感觉，看到建筑的骨架，结构工程师要培养对结构的感觉，看到建筑的骨架，结构工
4、程师要培养对结构的感觉，看到建筑的骨架，眼睛可以测量，手算可以审图与报价，终身学习。眼睛可以测量，手算可以审图与报价，终身学习。眼睛可以测量，手算可以审图与报价，终身学习。眼睛可以测量，手算可以审图与报价，终身学习。结构工程是艺术结构工程是艺术+技术？技术？使用材料使用材料(这些材料属性只能估算这些材料属性只能估算),建立真实的结构建立真实的结构(这些真实的结构只能近似分析这些真实的结构只能近似分析),来承受外力来承受外力(这些外力不能准确得知这些外力不能准确得知),以满足公众安全使用的要求以满足公众安全使用的要求.从整体着眼，从局部着手！从整体着眼，从局部着手！功能功能 形态形态 结构结构
5、（没有唯一解）（没有唯一解）技术技术+艺术艺术+可持续发展可持续发展受力合理的结构最美观！受力合理的结构最美观！设计流程和反馈：设计流程和反馈：1.概念设计概念设计 Schematic design level 2.初步设计初步设计 Preliminary design level 3.详图设计详图设计 Final design level Structural EngineerArchitectActivity3D2D1D3D建筑设计流程建筑设计流程建筑设计流程建筑设计流程3D AnalysisVertical structureVertical structureHorizontal st
6、ructureHorizontal structure 2D-Vertical force flow directing 2D-Vertical force flow directing 1D-Horizontal force flow directing1D-Horizontal force flow directing具体设计流程具体设计流程：总平面布置图总平面布置图总平面布置图总平面布置图报规划局批准（容积率，绿化率报规划局批准（容积率，绿化率报规划局批准（容积率，绿化率报规划局批准（容积率，绿化率建筑概念设计建筑概念设计建筑概念设计建筑概念设计 美学，功能。美学，功能。美学，功能。美学
7、，功能。结构概念设计结构概念设计结构概念设计结构概念设计 建立建立建立建立3D3D简化计算模型，确定荷载，简化计算模型，确定荷载，简化计算模型，确定荷载，简化计算模型，确定荷载，估算主要构件受力，大致确定截面，造价估算主要构件受力，大致确定截面，造价估算主要构件受力，大致确定截面，造价估算主要构件受力，大致确定截面，造价估算估算估算估算。建筑初步设计建筑初步设计建筑初步设计建筑初步设计 内部空间关系。内部空间关系。内部空间关系。内部空间关系。结构初步设计结构初步设计结构初步设计结构初步设计建立建立建立建立2D2D简化计算模型，确定荷载，简化计算模型，确定荷载，简化计算模型，确定荷载，简化计算模
8、型，确定荷载，计算构件受力，确定截面和节点连接，造价计算构件受力，确定截面和节点连接，造价计算构件受力，确定截面和节点连接，造价计算构件受力，确定截面和节点连接，造价概算概算概算概算。建筑详图设计建筑详图设计建筑详图设计建筑详图设计确定构件几何尺寸。确定构件几何尺寸。确定构件几何尺寸。确定构件几何尺寸。结构详图设计结构详图设计结构详图设计结构详图设计建立建立建立建立1D1D计算模型，确定荷载，确计算模型，确定荷载，确计算模型，确定荷载，确计算模型，确定荷载，确定构件受力，确定截面和节点详图，造价定构件受力，确定截面和节点详图，造价定构件受力，确定截面和节点详图，造价定构件受力，确定截面和节点详
9、图，造价预算预算预算预算。Three key points in design*System for *System for activity needs,needs,(Spatial form organization)(Spatial form organization)*System for*System for physical needs,needs,(Structure,construction,energy,(Structure,construction,energy,equipment)equipment)*System for*System for symbolic need
10、s needs (Aesthetics,sociality,humanity,culture (Aesthetics,sociality,humanity,culture etc.)etc.)如何评判下述方案：功能如何评判下述方案：功能如何评判下述方案：功能如何评判下述方案：功能-结构结构结构结构-美学美学美学美学 综合考虑？综合考虑？综合考虑？综合考虑？建筑与结构建筑与结构完美结合完美结合建筑与结构完美结合建筑与结构完美结合设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍的效果设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍的效果设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍的效果设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍
11、的效果设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍的效果设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍的效果设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍的效果设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍的效果设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍的效果设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍的效果设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍的效果设计早期阶段融入结构概念将取得事半功倍的效果沈阳方圆大厦沈阳方圆大厦入选入选CNN最最丑建筑丑建筑The Chicago Spire,USA 610m重庆人人大楼方案重庆人人大楼方案巴黎新凯旋门巴黎新凯旋门苏州秋裤大楼苏州秋裤大楼 土木工程设计专题土木工程设计专题 高层建筑设计专题高层
12、建筑设计专题 高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010（修订版）（修订版）高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010（修订版）（修订版）1.1.总则总则总则总则2.2.术语和符号术语和符号术语和符号术语和符号3.3.荷载与地震作用荷载与地震作用荷载与地震作用荷载与地震作用4.4.结构设计的基本规定结构设计的基本规定结构设计的基本规定结构设计的基本规定5.5.结构分析计算结构分析计算结构分析计算结构分析计算6.6.框架结构设计框架结构设计框架结构设计框架结构设计7.7.剪力墙结构设计剪力墙结构设计剪力墙结构设计剪力墙结构设计8.8.框架框
13、架框架框架-剪力墙结构设计剪力墙结构设计剪力墙结构设计剪力墙结构设计9.9.筒体结构设计筒体结构设计筒体结构设计筒体结构设计10.10.复杂高层结构设计复杂高层结构设计复杂高层结构设计复杂高层结构设计11.11.混合结构设计混合结构设计混合结构设计混合结构设计12.12.基础设计，基础设计，基础设计，基础设计，13.13.高层建筑施工高层建筑施工高层建筑施工高层建筑施工 附录附录附录附录规程适用范围：规程适用范围：n n本规程适用于本规程适用于10层及层及10层以上的住宅层以上的住宅建筑结构和房屋高度大于建筑结构和房屋高度大于24m（原为（原为28m）的其他民用高层建筑结构。）的其他民用高层建
14、筑结构。n n本规程不适用于建造在危险地段场地的本规程不适用于建造在危险地段场地的高层建筑结构。高层建筑结构。强调抗震性能设计：强调抗震性能设计：n n抗震设计的高层（原为超高层）建筑混凝抗震设计的高层（原为超高层）建筑混凝土结构，当其房屋高度、规则性、结构类土结构，当其房屋高度、规则性、结构类型、场地条件或抗震设防标准等有特殊要型、场地条件或抗震设防标准等有特殊要求时，可采用结构抗震性能设计方法进行求时，可采用结构抗震性能设计方法进行分析和论证。分析和论证。强调概念设计：高层建筑结构应注重概念设计，重视结构的高层建筑结构应注重概念设计，重视结构的选型和平、立面布置的规则性，加强构造措选型和平
15、、立面布置的规则性，加强构造措施，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理施，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。的结构体系。在抗震设计中，应保证结构的整体抗震性能，在抗震设计中，应保证结构的整体抗震性能，使整个结构具有必要的承载能力、刚度和延使整个结构具有必要的承载能力、刚度和延性。性。强调风荷载影响：基本风压应按照现行国家标准基本风压应按照现行国家标准建筑结构荷建筑结构荷载规范载规范GB50009的规定采用。对于特别重的规定采用。对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力要或对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按设计时应按100年（原为年（原为50年）重现期的风年）重现期的
16、风压值采用。压值采用。增加了横风向风振效应计算要求。增加了横风向风振效应计算要求。强调风荷载影响：对结构平面及立面形状复杂、开洞或连体建对结构平面及立面形状复杂、开洞或连体建筑及周围地形环境复杂的结构，都建议进行筑及周围地形环境复杂的结构，都建议进行风洞试验，取消了原规程中风洞试验，取消了原规程中150m以上才建议以上才建议考虑的要求。考虑的要求。对风洞试验的结果，当其与规范建议荷载存对风洞试验的结果，当其与规范建议荷载存在较大差距时，设计人员应进行分析判断，在较大差距时，设计人员应进行分析判断，合理确定建筑物的风荷载取值。合理确定建筑物的风荷载取值。强调竖向地震影响：增加了大跨度、长悬挑结构
17、，增加了大跨度、长悬挑结构，7度时也应考虑度时也应考虑竖向地震作用的规定。大跨度指跨度大于竖向地震作用的规定。大跨度指跨度大于24m的楼盖结构、跨度大于的楼盖结构、跨度大于8m的转换结构、的转换结构、悬挑长度大于悬挑长度大于2m的悬挑结构。的悬挑结构。对高层建筑，由于竖向地震作用效应放大比对高层建筑，由于竖向地震作用效应放大比较明显，因此增加抗震设防烈度为较明显，因此增加抗震设防烈度为7度度（0.15g）时也考虑竖向地震作用计算。）时也考虑竖向地震作用计算。强调用高强轻质材料：高层建筑混凝土结构宜采用高强高性能混凝高层建筑混凝土结构宜采用高强高性能混凝土和高强钢筋；柱内力较大或抗震性能有较土和
18、高强钢筋；柱内力较大或抗震性能有较高要求时，宜采用型钢混凝土柱、钢管混凝高要求时，宜采用型钢混凝土柱、钢管混凝土柱。土柱。高层建筑的填充墙、隔墙等非结构构件宜采高层建筑的填充墙、隔墙等非结构构件宜采用各类轻质材料。用各类轻质材料。高层建筑结构体系：高层建筑结构体系：1.框架结构框架结构frame structure 由梁柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用由梁柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。的结构。2.剪力墙结构剪力墙结构shear wall structure 由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。3.框架框架-剪力墙结构剪力墙结构fra
19、me-shear wall str.由框架剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构由框架剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构4.板柱板柱-剪力墙结构剪力墙结构slab-column shear wall 由无梁楼板与柱组成的板柱框架和剪力墙共同由无梁楼板与柱组成的板柱框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。承受竖向和水平作用的结构。高层建筑结构体系：高层建筑结构体系：5.筒体结构筒体结构tube structure 由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建筑结构。筒体结构的筒体分剪力墙围成高层建筑结构。筒体结构的筒体分剪力墙围成的薄壁筒和由密柱框架围成的
20、框筒等。的薄壁筒和由密柱框架围成的框筒等。5.1框架框架-核心筒结构核心筒结构frame-corewall str.由核心筒与外围稀柱框架组成的高层建筑结构由核心筒与外围稀柱框架组成的高层建筑结构5.2筒中筒结构筒中筒结构tube in tube str.由核心筒与外围密框筒组成的高层建筑结构。由核心筒与外围密框筒组成的高层建筑结构。高层建筑结构体系：高层建筑结构体系：6.混合结构混合结构mixed structure，hybrid str.混合结构是指由钢框架（或框筒）、型钢混凝混合结构是指由钢框架（或框筒）、型钢混凝土框架（或框筒）、钢管混凝土框架（或框筒）土框架（或框筒）、钢管混凝土框架（或框筒）与钢筋混凝土核心筒体所组成框架与钢筋混凝土核心筒体所组成框架-核心筒结核心筒结构（或筒中筒结构）。构（或筒中筒结构）。