第二篇 高层建筑结构概念设计
第一章 高层建筑的定义与结构体系
第二章 高层建筑结构受力概念
第三章 著名高层建筑结构设计案例
1-1 国内外高层建筑的发展概况
1-2 高层建筑的特点
1-3 高层建筑结构的类型
1-4 高层建筑结构的结构体系
第一章 高层建筑的定义与结构体系
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。
多年来，世界上最高的高层建筑集中在美国、加拿
大，直到 80年代末，北美洲一直是世界高层建筑的中
心。按 1991年公布的排行表，在世界上最高的 100座
最高建筑中，美国占了 78座，加拿大 5座，墨西哥 1座，
即北美洲占了 84%，成了当前世界最高建筑的中心。
1-1 国内外高层建筑的发展概况
1,我国高层建筑的发展
(1)我国古代高层建筑的发展
(2)我国近代高层建筑的发展
2,国外现代高层建筑的发展
1-1 国内外高层建筑的发展概况
1,我国高层建筑的发展
(1) 我国古代高层建筑的发展
? 公元 524年在河南建造了 嵩岳寺塔 (15层筒结构，高
50m)
? 公元 704年在西安建造了 大雁塔 (7层砖木结构，总高
64m)
? 公元 1055年在河北定县建造了 料敌塔 (11层筒体结构，
高 82m)
? 公元 1056年山西建 造了 应县木塔 (9层，高 67m)，堪
称世界木结构的奇迹
(2) 我国近代高层建筑的发展（四个阶段）
第一阶段从 新中国成立到 60年代末
初步发展,20层以下的框架结构
1959年建成的 北京民族饭店 (12层，高 47.4m)
1964年建成了 北京民航大楼 (15层，高 60.8m)
1966年建成了 广州人民大厦 (18层，高 63m)
第二阶段为 70年代
20— 30层，主要用于住宅、旅馆、办公楼
1974年建成的 北京饭店新楼 (20层，高 87.4m，
是当时北京最高的建筑 )
1976年建成的 广州白云宾馆 (33层、高 114.05m)
上海漕溪路 20幢 12?16层剪力墙住宅楼；
北京前门 40幢 9?16层大模板施工的剪力墙住宅楼
北京饭店新楼
广州白云宾馆
3600 4000 8000 8000 66000 3000 36000 3000 66000 8000 8000 4000 3600
70000
7850
7850
2300
33层,112.45米，剪力墙结构,1976年建成，国内
首栋百米高层。
第三阶段为 80年代
? 仅 1980?1983年所建的高层建筑就相当于
1949年以来 30多年中所建高层建筑的总和。
深圳 发展中心大厦, (43层，
高 165.3m，加上天线的高度
共 185.3m)，是我国第一座
大型高层 钢结构 建筑 。
第三阶段为 80年代
广州国际大厦
(63层，高 200m)
第三阶段为 80年代
北京京广中心大厦
(57层，高 208m)
第三阶段为 80年代
? 上海新锦江宾馆 是一座现代化的高级宾馆,(总建
筑面积 66060m2，共 43层，总高 153.52m)
? 静安希尔顿饭店, (建筑面积 69224m2，包括塔
楼 43层，总高 143.62m)
第三阶段为 80年代
第四阶段从 90年代开始
（ 1）高层建筑兴建速度加快
1990— 1994年间，每年建成 10层以上建筑
在 1000万平方米以上，占全国已建成的高层
建筑的 40%
（ 2）超高层建筑的发展
高层建筑的发展及层数和高度增长更快，建
成了多座 200米以上的高层建筑
上海明天广
场,60层，
238m，最
高的框架 —
剪力墙结构，
98年建成。
? 上海金茂大厦, (钢结构，
88层，高 420m，是我国
目前最高的建筑 )
第四阶段从 90年代开始
金茂大厦内部结构
2,国外现代高层建筑的发展
? 第一阶段 是 19世纪中期以前，由于主要建筑
材料是砖石和木材，以及设计手段和施工技术
的限制，欧美国家一般只能建造 6层及以下的
建筑。
第二阶段 是 19世纪中期开始的 20世纪
50年代初
? 1855年发明了电梯系统 (OTIS)，使人们建造更高的
建筑成为可能。
? 家庭保险公司大楼 (Home Insurance Building)，
11层，高 55m，建于 1884?1886年，采用铸铁框架
承重结构，标志着一种区别于传统砌筑结构的新结构
体系的诞生。
从 1884年到 19世纪，高层建筑已经发展到了采
用钢结构，建筑物的高度越过了 100m大关。
1898年建成的纽约 Park Row大厦（ 30层，
118m）是 19世纪世界上最高的建筑。
? 世界上最早的钢筋混凝土框架结
构高层建筑，是 1903年在美国
辛辛那提建造的 因格尔斯大楼,
16层，高 64m。
? 1931年美国纽约曼哈顿建造了
102层、高 381m的著名的 帝国
大厦 (Empire State Building)，
它保持世界最高建筑达 41年之久。
这一时期，虽然高层建筑有
了比较大的发展，但受到设计理
论和建筑材料的限制，结构材料
用量较多、自重较大，且仅限于
框架结构，建于非抗震区
第三阶段从 20世界 50年代开始
? 由于在轻质高强材料、抗风抗震结构体系、
施工技术及施工机械等方面都取得了很大进
步以及计算机在设计中的应用，使得高层建
筑飞速发展。
? 美国是世界上高层建筑最多的国家。
? 1972年在 纽约 建
造了 世界贸易中心
大楼 (World Trade
Center Towers)，
110层，钢结构；
? 北楼高 417m，南
楼高 415m；
? 总建筑师为日本的
山崎实。
? 1974年美国在芝加
哥又建成了当时世
界最高的 西尔斯大
厦 (Sears Tower)，
110层，高 443m，
钢结构。
进入 90年代，亚洲成为经济发展最快的地区，西太平
洋沿岸的日本、朝鲜、韩国、中国大陆、台湾、新加坡和
马来西亚等国家和地区，陆续建成了超过 200m,300m
的高层建筑。 1990年至今，世界上新建的最高建筑，几
乎全部集中在这一地区。
? 一般高度的高层建筑（ 80— 150米）更是大量兴建
? 朝鲜平壤市的 柳京饭店,地面以上 101层，高 305.4m，
钢筋混凝土结构
? 位于马来西亚吉隆坡的 双塔高层建筑, 88层，高 451.9m，
钢筋混凝土结构
? 预期 21世纪，亚洲将成为新的高层建筑中心
柳京饭店
马来西亚双塔楼 (Petronas Towers）,
88层,451.9米，框 — 筒结构,1996年建成。
台北 101,101层,508米。预计 2004年 9月完工
(1)世界高层建筑委员会 1972年建议, 将高层建
筑划分为以下四类：
? 第一类,9?16层, 高度不超过 50m;
? 第二类,17?25层, 高度不超过 75m;
? 第三类,26?40层, 高度不超过 100m;
? 第四类,40层以上, 高度 100m以上 。
1-2 高层建筑的特点
1、高层建筑的分类
我国, 民用建筑设计通则, (JGJ 37 ),, 高层民用建筑设计
防火规范, (GB 50045)中规定：
? 住宅建筑 10层及 10层以上为高层建筑；
? 除住宅建筑之外的民用建筑高度超过 24m者为高层建筑 (不
包括建筑高度超过 24m的单层公共建筑 )。
我国, 高层建筑混凝土结构技术规程, (JGJ 33 )中规定：
? 10层及 10层以上和总高度超过 28m的民用建筑为高层建筑 。
建筑高度超过 100m的建筑均为超高层建筑 。
注,建筑高度从 室外地面至檐口或屋面面层的高度 计算, 屋
顶上的水箱间, 电梯机房, 排烟机房和楼梯出口小间等设备
用房不计入建筑高度内 。
（ 2）我国对高层建筑的定义：
2、高层建筑的特点
A,高层建筑中, 水平荷载和地震作用对结构设计起
着决定性的作用 ;
B,动力反应不可低估 ;
C,结构轴向变形, 剪切变形以及温度, 沉降的影响
加剧 ;
D,材料用量, 工程造价呈抛物线关系增长 。
? 荷载效应的最大值 (轴力 N、
弯矩 M和位移 ?)可用下列式
子表达：
? N=wH ~ f(H)
? M=qH2/2 ~ f(H2)
? ?=qH4/8EI ~ f(H4)
高层建筑中, 水平荷载和地震作用对结构设计起着
决定性的作用 。
内力或位移
=f(H4)
M=f(H2)
N=f(H)
H
结构内力、位移与高度 H的关系
1-3 高层建筑的结构类型
1 钢结构
2 钢筋混凝土结构
3 组合结构
1 钢结构
优点：强度高、韧性大、抗震性能好、易于加
工，能缩短现场施工工期，施工方便。
缺点：用钢量大，造价很高，而且耐火性能差
深圳 地王大厦, (81层,383.95m)
北京的 京广中心 (56层,208m)、
一,世界贸易中心简介（ 1）
1.世界贸易中心的建筑形式
2,撞机 1（首先撞击北楼）
3,撞机 2（约 18分钟撞击南楼）
1,倒塌瞬间
二、世界贸易中心倒塌过程（ 2）
2,倒塌后
? 优点：造价较低，材料来源丰富，可浇注成各种复杂断
面形状，可以组成多种结构体系；可节省钢材，承载能
力较高，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。
? 缺点：构件断面大，占据面间大，自重大
? 广州 广东国际大厦 (63层,200.18m)
? 底层柱尺寸已达 1.8*2.2m
2 钢筋混凝土结构
（ 1）优点
在钢筋混凝土结构基础上，充分发挥钢结
构优良的抗拉性能以及混凝土结构的抗压性能
进一步减轻结构重量，提高结构延性
（ 2）类型
1) 用钢材加强钢筋混凝土构件
钢骨钢筋混凝土构件
钢管钢筋混凝土构件
3 组合结构
钢骨钢筋混凝土构件
组合结构
钢管屈曲破坏
钢管钢筋混凝土构件
钢管混凝土结构 工程实例
美国西雅图
双联广场大厦
58层
四根大钢管混凝土柱
混凝土抗压强度 133Mpa
直径 3.05m
管壁厚 30mm
承受 60%竖向荷载
2)部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢
筋混凝土结构（或部分采用钢骨钢筋混凝土
结构）
? 上海静安 希尔顿饭店 （钢筋混凝土筒体，钢框架）
? 香港中国银行 (钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜
撑为钢结构 )
2、结构体系
结构抵抗外部作用的构件单元组成方式
1-4 高层建筑结构的结构体系
框架
剪力墙
筒体
1、高层建筑的 基本的抗侧力单元
3、结构体系类型
? 框架结构体系
? 剪力墙结构体系
? 框架 — 剪力墙结构体系
? 筒中筒结构体系
? 多筒体系
? 巨型结构体系
1-4 高层建筑结构的结构体系
由梁、柱构件通过结点连接组成的结构称为框架
?框架结构体系
?纯框架结构
框架结构体系
框架结构是多层房屋的主要结构形式，也是高层建筑
的基本结构单元。
剪力墙结构体系
框架 — 剪力墙结构体系
筒中筒结构体系
深圳发展中心大厦
多筒结构体系
成 束 筒
Sears Tower
主框架
次框架 3
次框架 2
次框架 1
巨形框架结构
（香港汇丰银行大楼）
第一章 高层建筑的定义与结构体系
第二章 高层建筑结构受力概念
第三章 著名高层建筑结构设计案例
1-1 国内外高层建筑的发展概况
1-2 高层建筑的特点
1-3 高层建筑结构的类型
1-4 高层建筑结构的结构体系
第一章 高层建筑的定义与结构体系
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。
多年来，世界上最高的高层建筑集中在美国、加拿
大，直到 80年代末，北美洲一直是世界高层建筑的中
心。按 1991年公布的排行表，在世界上最高的 100座
最高建筑中，美国占了 78座，加拿大 5座，墨西哥 1座，
即北美洲占了 84%，成了当前世界最高建筑的中心。
1-1 国内外高层建筑的发展概况
1,我国高层建筑的发展
(1)我国古代高层建筑的发展
(2)我国近代高层建筑的发展
2,国外现代高层建筑的发展
1-1 国内外高层建筑的发展概况
1,我国高层建筑的发展
(1) 我国古代高层建筑的发展
? 公元 524年在河南建造了 嵩岳寺塔 (15层筒结构，高
50m)
? 公元 704年在西安建造了 大雁塔 (7层砖木结构，总高
64m)
? 公元 1055年在河北定县建造了 料敌塔 (11层筒体结构，
高 82m)
? 公元 1056年山西建 造了 应县木塔 (9层，高 67m)，堪
称世界木结构的奇迹
(2) 我国近代高层建筑的发展（四个阶段）
第一阶段从 新中国成立到 60年代末
初步发展,20层以下的框架结构
1959年建成的 北京民族饭店 (12层，高 47.4m)
1964年建成了 北京民航大楼 (15层，高 60.8m)
1966年建成了 广州人民大厦 (18层，高 63m)
第二阶段为 70年代
20— 30层，主要用于住宅、旅馆、办公楼
1974年建成的 北京饭店新楼 (20层，高 87.4m，
是当时北京最高的建筑 )
1976年建成的 广州白云宾馆 (33层、高 114.05m)
上海漕溪路 20幢 12?16层剪力墙住宅楼；
北京前门 40幢 9?16层大模板施工的剪力墙住宅楼
北京饭店新楼
广州白云宾馆
3600 4000 8000 8000 66000 3000 36000 3000 66000 8000 8000 4000 3600
70000
7850
7850
2300
33层,112.45米，剪力墙结构,1976年建成，国内
首栋百米高层。
第三阶段为 80年代
? 仅 1980?1983年所建的高层建筑就相当于
1949年以来 30多年中所建高层建筑的总和。
深圳 发展中心大厦, (43层，
高 165.3m，加上天线的高度
共 185.3m)，是我国第一座
大型高层 钢结构 建筑 。
第三阶段为 80年代
广州国际大厦
(63层，高 200m)
第三阶段为 80年代
北京京广中心大厦
(57层，高 208m)
第三阶段为 80年代
? 上海新锦江宾馆 是一座现代化的高级宾馆,(总建
筑面积 66060m2，共 43层，总高 153.52m)
? 静安希尔顿饭店, (建筑面积 69224m2，包括塔
楼 43层，总高 143.62m)
第三阶段为 80年代
第四阶段从 90年代开始
（ 1）高层建筑兴建速度加快
1990— 1994年间，每年建成 10层以上建筑
在 1000万平方米以上，占全国已建成的高层
建筑的 40%
（ 2）超高层建筑的发展
高层建筑的发展及层数和高度增长更快，建
成了多座 200米以上的高层建筑
上海明天广
场,60层，
238m，最
高的框架 —
剪力墙结构，
98年建成。
? 上海金茂大厦, (钢结构，
88层，高 420m，是我国
目前最高的建筑 )
第四阶段从 90年代开始
金茂大厦内部结构
2,国外现代高层建筑的发展
? 第一阶段 是 19世纪中期以前，由于主要建筑
材料是砖石和木材，以及设计手段和施工技术
的限制，欧美国家一般只能建造 6层及以下的
建筑。
第二阶段 是 19世纪中期开始的 20世纪
50年代初
? 1855年发明了电梯系统 (OTIS)，使人们建造更高的
建筑成为可能。
? 家庭保险公司大楼 (Home Insurance Building)，
11层，高 55m，建于 1884?1886年，采用铸铁框架
承重结构，标志着一种区别于传统砌筑结构的新结构
体系的诞生。
从 1884年到 19世纪，高层建筑已经发展到了采
用钢结构，建筑物的高度越过了 100m大关。
1898年建成的纽约 Park Row大厦（ 30层，
118m）是 19世纪世界上最高的建筑。
? 世界上最早的钢筋混凝土框架结
构高层建筑，是 1903年在美国
辛辛那提建造的 因格尔斯大楼,
16层，高 64m。
? 1931年美国纽约曼哈顿建造了
102层、高 381m的著名的 帝国
大厦 (Empire State Building)，
它保持世界最高建筑达 41年之久。
这一时期，虽然高层建筑有
了比较大的发展，但受到设计理
论和建筑材料的限制，结构材料
用量较多、自重较大，且仅限于
框架结构，建于非抗震区
第三阶段从 20世界 50年代开始
? 由于在轻质高强材料、抗风抗震结构体系、
施工技术及施工机械等方面都取得了很大进
步以及计算机在设计中的应用，使得高层建
筑飞速发展。
? 美国是世界上高层建筑最多的国家。
? 1972年在 纽约 建
造了 世界贸易中心
大楼 (World Trade
Center Towers)，
110层，钢结构；
? 北楼高 417m，南
楼高 415m；
? 总建筑师为日本的
山崎实。
? 1974年美国在芝加
哥又建成了当时世
界最高的 西尔斯大
厦 (Sears Tower)，
110层，高 443m，
钢结构。
进入 90年代，亚洲成为经济发展最快的地区，西太平
洋沿岸的日本、朝鲜、韩国、中国大陆、台湾、新加坡和
马来西亚等国家和地区，陆续建成了超过 200m,300m
的高层建筑。 1990年至今，世界上新建的最高建筑，几
乎全部集中在这一地区。
? 一般高度的高层建筑（ 80— 150米）更是大量兴建
? 朝鲜平壤市的 柳京饭店,地面以上 101层，高 305.4m，
钢筋混凝土结构
? 位于马来西亚吉隆坡的 双塔高层建筑, 88层，高 451.9m，
钢筋混凝土结构
? 预期 21世纪，亚洲将成为新的高层建筑中心
柳京饭店
马来西亚双塔楼 (Petronas Towers）,
88层,451.9米，框 — 筒结构,1996年建成。
台北 101,101层,508米。预计 2004年 9月完工
(1)世界高层建筑委员会 1972年建议, 将高层建
筑划分为以下四类：
? 第一类,9?16层, 高度不超过 50m;
? 第二类,17?25层, 高度不超过 75m;
? 第三类,26?40层, 高度不超过 100m;
? 第四类,40层以上, 高度 100m以上 。
1-2 高层建筑的特点
1、高层建筑的分类
我国, 民用建筑设计通则, (JGJ 37 ),, 高层民用建筑设计
防火规范, (GB 50045)中规定：
? 住宅建筑 10层及 10层以上为高层建筑；
? 除住宅建筑之外的民用建筑高度超过 24m者为高层建筑 (不
包括建筑高度超过 24m的单层公共建筑 )。
我国, 高层建筑混凝土结构技术规程, (JGJ 33 )中规定：
? 10层及 10层以上和总高度超过 28m的民用建筑为高层建筑 。
建筑高度超过 100m的建筑均为超高层建筑 。
注,建筑高度从 室外地面至檐口或屋面面层的高度 计算, 屋
顶上的水箱间, 电梯机房, 排烟机房和楼梯出口小间等设备
用房不计入建筑高度内 。
（ 2）我国对高层建筑的定义：
2、高层建筑的特点
A,高层建筑中, 水平荷载和地震作用对结构设计起
着决定性的作用 ;
B,动力反应不可低估 ;
C,结构轴向变形, 剪切变形以及温度, 沉降的影响
加剧 ;
D,材料用量, 工程造价呈抛物线关系增长 。
? 荷载效应的最大值 (轴力 N、
弯矩 M和位移 ?)可用下列式
子表达：
? N=wH ~ f(H)
? M=qH2/2 ~ f(H2)
? ?=qH4/8EI ~ f(H4)
高层建筑中, 水平荷载和地震作用对结构设计起着
决定性的作用 。
内力或位移
=f(H4)
M=f(H2)
N=f(H)
H
结构内力、位移与高度 H的关系
1-3 高层建筑的结构类型
1 钢结构
2 钢筋混凝土结构
3 组合结构
1 钢结构
优点：强度高、韧性大、抗震性能好、易于加
工，能缩短现场施工工期，施工方便。
缺点：用钢量大，造价很高，而且耐火性能差
深圳 地王大厦, (81层,383.95m)
北京的 京广中心 (56层,208m)、
一,世界贸易中心简介（ 1）
1.世界贸易中心的建筑形式
2,撞机 1（首先撞击北楼）
3,撞机 2（约 18分钟撞击南楼）
1,倒塌瞬间
二、世界贸易中心倒塌过程（ 2）
2,倒塌后
? 优点：造价较低，材料来源丰富，可浇注成各种复杂断
面形状，可以组成多种结构体系；可节省钢材，承载能
力较高，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。
? 缺点：构件断面大，占据面间大，自重大
? 广州 广东国际大厦 (63层,200.18m)
? 底层柱尺寸已达 1.8*2.2m
2 钢筋混凝土结构
（ 1）优点
在钢筋混凝土结构基础上，充分发挥钢结
构优良的抗拉性能以及混凝土结构的抗压性能
进一步减轻结构重量，提高结构延性
（ 2）类型
1) 用钢材加强钢筋混凝土构件
钢骨钢筋混凝土构件
钢管钢筋混凝土构件
3 组合结构
钢骨钢筋混凝土构件
组合结构
钢管屈曲破坏
钢管钢筋混凝土构件
钢管混凝土结构 工程实例
美国西雅图
双联广场大厦
58层
四根大钢管混凝土柱
混凝土抗压强度 133Mpa
直径 3.05m
管壁厚 30mm
承受 60%竖向荷载
2)部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢
筋混凝土结构（或部分采用钢骨钢筋混凝土
结构）
? 上海静安 希尔顿饭店 （钢筋混凝土筒体，钢框架）
? 香港中国银行 (钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜
撑为钢结构 )
2、结构体系
结构抵抗外部作用的构件单元组成方式
1-4 高层建筑结构的结构体系
框架
剪力墙
筒体
1、高层建筑的 基本的抗侧力单元
3、结构体系类型
? 框架结构体系
? 剪力墙结构体系
? 框架 — 剪力墙结构体系
? 筒中筒结构体系
? 多筒体系
? 巨型结构体系
1-4 高层建筑结构的结构体系
由梁、柱构件通过结点连接组成的结构称为框架
?框架结构体系
?纯框架结构
框架结构体系
框架结构是多层房屋的主要结构形式，也是高层建筑
的基本结构单元。
剪力墙结构体系
框架 — 剪力墙结构体系
筒中筒结构体系
深圳发展中心大厦
多筒结构体系
成 束 筒
Sears Tower
主框架
次框架 3
次框架 2
次框架 1
巨形框架结构
（香港汇丰银行大楼）
