1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)的特點(diǎn)
1.2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)
建筑結(jié)構(gòu)所受的外力（作用）主要來自垂直方向和水平方向。在低、多層建筑中，由于結(jié)構(gòu)高度低、平面尺寸較大，其高寬比很小，而結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載和地震作用也很小，故結(jié)構(gòu)以抵抗豎向荷載為主。也就是說，豎向荷載往往是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素。
建筑結(jié)構(gòu)的這種受力特點(diǎn)隨著高度的增大而逐漸發(fā)生變化。
在高層建筑中，首先，在豎向荷載作用下，由圖1.2.1-1所示的框架可知，各樓層豎向荷載所產(chǎn)生的框架柱軸力為：
邊柱 N=wlH/2h
中柱 N=wlH/h
即框架柱的軸力和建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)成正比；邊柱軸力較中柱小，基本上與其受荷面積成正比。就是說，由各樓層豎向荷載所產(chǎn)生的累積效應(yīng)很大，建筑物層數(shù)越多，底層柱軸力越大；頂、底層柱軸力差異越大；中柱、邊柱軸力差異也越大。
其次，在水平荷載作用下，作為整體受力分析，如果將高層建筑結(jié)構(gòu)簡化為一根豎向懸臂梁，那么由圖1.2.1-2、圖1.2.1-3所示其底部產(chǎn)生的傾復(fù)彎矩為：
水平均布荷載 Mmax=qH2/2
倒三角形水平荷載 Mmax= Qh3/3
即結(jié)構(gòu)底部產(chǎn)生的傾復(fù)彎矩與樓層總高度的平方成正比。就是說，建筑結(jié)構(gòu)的高度越大，由水平作用對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎矩就更大，較豎向荷載對結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的累積效應(yīng)增加更快，其產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力占總結(jié)構(gòu)內(nèi)力的比重越大，從而成為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要控制因素。
1.2.2 高層建筑結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)
在豎向荷載作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)的變形主要是豎向構(gòu)件的壓縮變形。由于各豎向構(gòu)件的應(yīng)力大小不同，因而其壓縮變形大小也不同。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由于在施工過程中的找平，
同時(shí)由于各豎向構(gòu)件的基底軸力大小不同，若不對基底應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整，也可能導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降。
在水平荷載作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)最大的頂點(diǎn)位移為：
水平均布荷載 △max=qH4/8EI
倒三角形水平荷載 △max= 11qH4/120EI
式中EI為結(jié)構(gòu)的
從以上可看出,結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移與其總高度的四次方成正比。則又比水平荷載作用下的內(nèi)力累積效應(yīng)增加更快，這就說明，高層建筑結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)的水平側(cè)移是相當(dāng)敏感的。水平荷載作用下所引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素。結(jié)構(gòu)應(yīng)具備較大的抗側(cè)剛度，而不僅僅滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定要求。
在地震區(qū)，還要求建筑物能抗震。由于地震是一種瞬時(shí)作用，但作用所產(chǎn)生的效應(yīng)非常強(qiáng)烈，故結(jié)構(gòu)的過大變形是不可避免的（這種變形在不發(fā)生地震時(shí)是不允許的），這就要求結(jié)構(gòu)有較好的延性，能在強(qiáng)烈地震作用下結(jié)構(gòu)雖產(chǎn)生較大變形而不破壞。
2.3 我國現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的主要限定標(biāo)準(zhǔn)
1．風(fēng)荷載作用下房屋頂點(diǎn)質(zhì)心位置的側(cè)移應(yīng)H/500（總高），各層質(zhì)心層間位移H/400（總高）且結(jié)構(gòu)平面端部構(gòu)件的最大側(cè)移值不得超過質(zhì)點(diǎn)側(cè)移值的1.2倍。
2．地震作用下，第一階段抗震設(shè)防時(shí)在多遇地震作用下結(jié)構(gòu)層間位移應(yīng)≤h/250，且結(jié)構(gòu)平面端部構(gòu)件最大側(cè)移值不得超過質(zhì)心位置側(cè)移的1.3倍。對于框架—支撐（剪力板）體系中總框架所承擔(dān)的地震剪力不得小于結(jié)構(gòu)底部總剪力的25%，當(dāng)對結(jié)構(gòu)平面的兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算水平地震效應(yīng)時(shí)，要求角柱和兩個(gè)方向的支撐（或剪力墻板）所共有的柱構(gòu)件應(yīng)在這地震剪力的基礎(chǔ)上再將桿件內(nèi)力提高30%進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3．在第二階段抗震設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)層間位移應(yīng)≤h/70，層間側(cè)移延性比（指結(jié)構(gòu)層間最大側(cè)移與其彈性側(cè)移之比）不得超過下表中限值：
結(jié)構(gòu)種類結(jié) 構(gòu) 體 系層間側(cè)移延性比
全鋼結(jié)構(gòu)框架體系 3.5
框架偏心支撐 3.0
框架中心支撐 2.5
鋼骨結(jié)構(gòu)型鋼—混凝土框架 2.5
鋼—混凝土混合 2.0
4．風(fēng)荷載作用下順風(fēng)和橫風(fēng)向頂點(diǎn)最大加速度應(yīng)滿足以下要求：
對公共建筑 aw（或atr）≤0.20m/s2
對公寓建筑 aw（或atr）≤0.28m/s2
5．園筒形平面的高層建筑容易因橫向風(fēng)引起的渦流共振，為防止橫風(fēng)向引起共振，因此JGJ99-98中采用房屋頂部風(fēng)速來限制要求：
頂部風(fēng)速Vn < Ucr 臨界風(fēng)速
Vcr = 5D/T1(T1為直徑D的結(jié)構(gòu)基本自振周期)
當(dāng)滿足不了Vn < Ucr時(shí)應(yīng)增大結(jié)構(gòu)剛度或進(jìn)行橫風(fēng)向渦流脫落試驗(yàn)。
6．為了較合理選擇適宜的結(jié)構(gòu)方案規(guī)范對不同的結(jié)構(gòu)種類提出了結(jié)構(gòu)高寬比限值。
1.3 高層建筑的作用
1.3.1 高層建筑的靜荷載
1.3.2 高層建筑的活荷載
1.3.2.1樓面和屋面活荷載
第3.1.1條 民用建筑樓面均布活載的標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值，頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)，應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GBJ50009-××××（以下簡稱《荷載規(guī)范》）的第4.1.1條的規(guī)定采用，該條無規(guī)定者，可按本規(guī)定表3.1.1采用。
民用建筑樓面均布活載 表3.1.1
項(xiàng)次類 別標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）組合值系數(shù)φc 頻遇值系數(shù)φf 準(zhǔn)永久值系數(shù)φg
一酒吧間、展銷間 3.0-4.0 0.7 0.6 0.5
二體操房、娛樂室 3.5-5.0 0.7 0.6 0.5
三賓館、飯店建筑
1 宴會廳 3.0-4.0 0.7 0.5 0.5
2 廚房：中小型 4.0-5.0 0.7 0.6 0.5
大 型 6.0-8.0 0.7 0.6 0.5
3 洗衣房 4.0-5.0 0.7 0.6 0.5
4 貯藏室 5.0-8.0 0.7 0.6 0.8
四電子計(jì)算機(jī)房
1 一般微機(jī) 3.0 0.7 0.6 0.5
2 網(wǎng)絡(luò)中心 4.5 0.7 0.6 0.5
五電梯間機(jī)房 6.0 0.7 0.6 0.6
六圖書館檔案的書庫和檔案
1 一般排列時(shí) 5.0-7.0 0.7 0.6 0.8
2 密集排列時(shí) ≥10.0 0.7 0.6 0.8
七電話交換機(jī)房 6.0 0.7 0.6 0.6
八多層停車庫的車道 5.5 0.7 0.6 0.6
九醫(yī)院建筑
注（1）本表所列各項(xiàng)活載適用于一般的使用條件，當(dāng)使用荷載較大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況采用。
（2）第五項(xiàng)活載應(yīng)按電梯產(chǎn)品規(guī)格規(guī)定采用。
（3）第八項(xiàng)活載只適用于停放轎車的車庫。
（4）醫(yī)療建筑的活載按實(shí)際情況采用。
（5）本表各項(xiàng)活載未包括隔墻自重。
第3.1.2條 設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，民用建筑樓面均勻活載標(biāo)準(zhǔn)值的折減系數(shù)應(yīng)按《荷載規(guī)范》第4.1.2條規(guī)定。
表3.1.1中的樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值按下列規(guī)定乘以相應(yīng)的折減系數(shù)。
一、設(shè)計(jì)樓面梁時(shí)的折減系數(shù)
1．第一～七項(xiàng)和第九項(xiàng)，當(dāng)樓面梁的從屬面積超過50m2時(shí)取0.9。
2．第八項(xiàng)取0.8。
二、設(shè)計(jì)墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)的折減系數(shù)采用與其樓面梁相同的折減系數(shù)。
第3.1.3條 工業(yè)建筑樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及其系數(shù)，應(yīng)按《荷載規(guī)范》第4.2.1～第4.2.3條及附錄C采用。當(dāng)設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，其樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值的折減系數(shù)，按表3.1.3的規(guī)定采用。
工業(yè)樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值折減系數(shù) 表3.1.3
類 別折減系數(shù)備 注
生產(chǎn)車間＞10kN/m2 0.6～0.8
≤10kN/m2 0.7～0.8 折減后不少于4kN/m2
倉 庫按實(shí)際情況定
第3.1.4條 樓面的附加懸掛管道荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按實(shí)際情況確定，當(dāng)缺乏資料時(shí)，對一般管道采用0.5～1.0kN/m2，其組合值系數(shù)Фc=0.7，頻遇值系數(shù)Фf=0.6；準(zhǔn)永久值系數(shù)Фg=0.6。
第3.1.5條 作用在多層工業(yè)建筑的板面和次梁（肋）上的非承重隔墻荷載，可按等效均布荷載的確定方法，求得構(gòu)件上的隔墻荷載增值標(biāo)準(zhǔn)值，為了簡便計(jì)算，可根據(jù)隔墻重量和樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值，按表3.1.5確定隔墻荷載增值標(biāo)準(zhǔn)值，并應(yīng)注意下列條件要求：
一、任何情況下，布置在板面和次梁（肋）上的隔墻宜采用輕質(zhì)隔墻；應(yīng)盡量不采用重隔墻。
二、適用于現(xiàn)澆板或具有良好整體作用的裝配整體式樓板。
三、雙向板及無梁樓板等上的隔墻荷載增值標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按等效原則另行計(jì)算。
四、隔墻盡量布置在次梁（肋）上，或布置在距次梁（肋）中線左右1/5板跨范圍內(nèi)（即避免在板跨中3/5的范圍內(nèi)布置）
作用在板面和次梁（肋）上的隔墻荷載增值 表3.1.5
隔墻荷載增值(kN/m2) 隔 墻 重 kN/m 備注
3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0
樓面活荷載(kN/m2) 3.0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
4.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
5.0 0.5 1.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
6.0 0.5 1.0 2.0 2.5 3.0 3.5
7.0 0.5 1.0 2.0 2.5 3.0
8.0 0.5 1.0 2.0 2.0
9.0 0.5 1.0 1.0
10.0 0.5
第3.1.6條 作用在多層工業(yè)建筑的主梁或框架梁上的非承重隔墻荷載可根據(jù)隔墻重量和作用位置，按等效原則計(jì)算確定其隔墻荷載增值標(biāo)準(zhǔn)值。
對直接設(shè)置在主梁或框架梁上的隔墻荷載，可不考慮樓板的整體作用，全部由主梁或框架梁承受。
第3.1.7條 用等效均布荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí)，仍可采用實(shí)際連續(xù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖。對于倉庫及活荷載的分布可能出現(xiàn)較大變化的樓層結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮荷載的不利布置影響，可以采用簡單方法，如對框架梁可將按滿載計(jì)算的跨中彎矩乘以考慮活載不利布置影響的內(nèi)力增大系數(shù)1.1～1.2。
第3.1.8條 高層建筑結(jié)構(gòu)的活荷載在計(jì)算內(nèi)力時(shí)，可不作最不利布置，按滿載計(jì)算。
第3.1.9條 居住建筑的非人防地下室頂板，若考慮作為地震時(shí)疏散用，其頂板活荷載應(yīng)按倒塌荷載30kN/m2計(jì)算。
第3.1.10條 采用鋼筋混凝土自防水平屋面，宜考慮有增設(shè)防水措施的可能，一般可按0.3kN/m2采用。
第3.1.11條 平屋面兼作公共活動場所用途時(shí)，其屋面均布活荷載應(yīng)根據(jù)使用性質(zhì)類別，按相應(yīng)的樓面均布活載采用，但不應(yīng)小于2.5 kN/m2,組合值系數(shù)0.7，頻遇值系數(shù)0.6，準(zhǔn)永久值系數(shù)按相應(yīng)的樓面均布活荷載采用。
第3.1.12條 作屋頂花園使用的平屋面
有草皮部份：其屋面均布活載應(yīng)按其實(shí)際復(fù)蓋的草皮構(gòu)造類別，厚度等而定。除考慮屋面承重構(gòu)件，建筑防水構(gòu)造等材料自重外，一般考慮100mm厚卵石濾水層，300～500mm厚浸水飽和土層（或其它輕質(zhì)培養(yǎng)粉）等材料重。若無具體資料可按12.0kN/m2采用，其組合值系數(shù)0.7，頻遇值系數(shù)0.6，準(zhǔn)永久值系數(shù)0.6。
無草皮部份：屋面均布活荷載可按不小于4.0kN/m2,其組合值系數(shù)0.7，頻遇值系數(shù)0.6，準(zhǔn)永久值系數(shù)0.6。
第3.1.13條 當(dāng)高層建筑的平屋面作為直升機(jī)停機(jī)坪時(shí)，其直升機(jī)平臺的活荷載應(yīng)采用下列兩款中能使平屋面產(chǎn)生最大內(nèi)力的荷載。
一、直升機(jī)總重量引起的局部荷載，按實(shí)際最大起飛重量決定的局部荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以動力系數(shù)1.4確定；當(dāng)沒有機(jī)型技術(shù)資料時(shí)，局部荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其作用面積可根據(jù)直升機(jī)類型按表3.1.13采用。
局部荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其作用面積 表3.1.13
直升機(jī)類型局部荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN）作用面積(m2)
輕 型 20.0 0.20×0.20
中 型 40.0 0.25×0.25
重 型 60.0 0.30×0.30
二、等效均布活載5kN/m2
第3.1.14條 平屋面，雨蓬，屋頂游泳池等應(yīng)考慮泄水孔有堵塞可能產(chǎn)生的積水重量，積水深
