浅探高层建筑结构体系
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摘 要：经济的迅速发展，建筑土地的紧张，随之高层建筑迅速崛起，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系更加多样化。笔者阐述了在高层建筑结构中的几种结构体系，分析了结构设计的特点， 归纳了高层建筑结构布置原则， 并提出了高层建筑应必须注意的几个设计因素，仅供参考。
关键词：高层建筑；结构体系；原则
Abstract: the rapid development of economy, construction land of tension, with the rapid rise of high-rise buildings, building types and functions are becoming more and more complicated, more diversified structure system. The author expounds several structural system in tall building structures, analyzes the characteristics of the structure design, summarizes the principles of layout of high-rise building structure, and puts forward several design factors of high-rise buildings should be noticed, for reference only.
Key words: high-rise building; structure; principle
中图分类号：[TU355] 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
近年来，随着我国高层建筑的快速发展，国内在高层建筑结构方面也做了许多的科研工作， 取得了较好的成绩。然而在实际设计工作中， 常常发生结构设计上对概念和方法的认识差错。 笔者就结合自己近年来施工图设计和审查的实践经验， 对建筑结构设计的相关问题进行阐述， 以确保建筑物结构设计能再上一个新的台阶。
一、高层建筑结构设计特点及布置原则
1、高层建筑结构设计的特点
水平荷载起控制作用，侧面位移必须加以限制， 轴向变形在侧移中占有很大的份额， 所以在结构体系选型时应充分考虑这几个特点。对于低层、多层或高层建筑，其竖向和水平结构体系设计的基本原理是相同的。但随着高度的增加， 由于以下两个原因， 竖向结构体系成为设计的控制因素：一个是较大的竖向和要求有较大的柱、墙和井筒； 另一个更重要的原因是， 侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多，高层建筑结构设计人员必须以精心设计来保证。
2高层建筑结构布置原则
①平面布置
在高层建筑中，水平荷载往往起着控制作用。从抗风的角度，具有圆形、椭圆形等流线形周边的建筑物受到的风荷载较小；从抗震角度，平面对称、结构侧向刚度均匀，平面长宽比较接近，则抗震性能较好。因而高层建筑的平面宜简单、规则、对称，减少偏心。
在框架—剪力墙结构中，横向剪力墙宜均匀设置在建筑物的端部附近、楼梯问、电梯间、 平面形状变化处及恒荷载较大的地方。房屋纵向较长时，纵向剪力墙不宜集中在两端，以减少温度、收缩应力的影响。每榀剪力墙承受的水平力不宜超过总水平力的40％。
筒中筒结构的高宽比宜大于3，高度不宜低于60m。框筒结构高宽比宜大于 4，为保证翼缘框架在抵抗水平荷载中的作用，充分发挥框筒的空间工作性能，一般要求框筒墙面孔洞面积不大于墙面总面积的 50％； 内筒与外筒之间的距离，对非抗震设计不宜大于12m； 对抗震设计不宜大于l0m；外侧框筒柱距不宜大于层高，宜小于3m；矩形框筒的长宽比不宜大于1.5，任何情况下不应大于 2。
房屋的顶层、结构转换层、平面复杂或开洞过大的楼层应采用现浇楼面；房屋高度超过 50m 时，宜采用现浇楼面结构；框架一剪力墙结构应优先采用现浇楼面。
②竖向布置
抗震设防区的高层建筑，竖向体型应力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。楼层刚度沿高度逐渐变化，没有突变。符合下列要求的建筑可视为竖向规则建筑，否则应考虑刚度突变产生的不利影响：立面局部收选艮寸不大于该方向总尺寸的25％；楼层刚度不小于相邻上层刚度的 70％，且连续三层总的刚变下降不超过50％。
③变形缝设置
由于变形缝的设置会给建筑带来一系列的困难，如屋面防水、地下室渗漏、立面处理等， 因而在设计中宜通过调整平面形状和尺寸，采取构造和施工措施，尽量少设缝和不设缝。当需要设缝旷，应将结构划分为独立的结构单元。当房屋长度超过限值，又未采取可靠措施时，应设置伸缩缝。当屋面无隔热或保温措施时，或位于气候干燥地区，夏季炎热且暴雨频繁地区的结构，应适当减少伸缩缝间距。当混凝土的收缩较大，或室内结构因施工外露时间较长，伸缩密缝间距也应减小。
二、 分析高层建筑结构体系
1.框架结构体系
由纵、横向框架所组成，形成空间框架结构，既承受竖向荷载，又承受两个方向的水平荷载。与其他高层建筑结构体系相比，框架结构具有布置灵活、造型活泼等优点，容易满足建筑使用功能的要求，如会议厅、休息厅、餐厅和贸易厅等的布置。同时，经过合理设计，框架结构有好的的延性和抗震性能，但由于侧向刚度相对较小，在地震作用下容易产生较大的变形而导致非结构构件的破坏，因此其建设高度受到限制，一般在非地震区不宜超过60m，在地震区不宜超过50m。
2.剪力墙结构体系
由纵、横向剪力墙和楼板构成， 剪力墙既承受两个方向的水平荷载， 又承受全都的竖向荷载。剪力墙是一种有效的抗侧力构件，一般来说，剪力墙的宽度和高度与整个房屋的宽度和高度相同，宽达十几米或更大，高达几十米以上。而它的厚度则很薄，一般为160～300mm，较厚的可达500mm。在地震区剪力墙除保证有足够的承载力外， 还要保证有足够的延性，以提高整个结构的耗能能力， 改善结构的抗震性能。在剪力墙墙肢截面设计时，当纵横向剪力墙连成整体共向工作时， 可将纵墙的一部分作为横墙的翼缘加以考虑。同时也可将横墙的一部分作为纵墙的翼缘予以考虑。在框架剪力墙结构中， 剪力墙常常和梁柱连一体，形成带边框剪力墙。因此，剪力城墙肢常常按矩形截面、 T 形截面或工字形截面进行设计。在剪力墙中一般需要配置竖向钢筋来抵抗弯矩，配置水平钢筋来抵抗剪力的配筋形式基本上同框架梁。剪力墙结构往往适用于隔墙位置固定，平面布置比较规则的住宅、旅馆等建筑。
3.框架剪力墙结构体系
由框架和剪力墙共同作为承重结构的受力体系。它克服了框架结构抗侧力刚度小的缺点，弥补了剪力墙结构开间过小的缺点，既可使建筑平面灵活布置，又能对常见的30层以下的高层建筑提供足够的抗侧刚度。因而在实际工程中被广泛应用。在体系中框架主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。 框架剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置， 增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。
4.简体结构体系
是指凡采用简体为抗侧力构件的结构体系统，包括单筒体、 简体一框架、 筒中筒、成束筒等多种形式。典型的框筒结构体系，为了减小楼面结构的跨度，中间往往设置一些柱子，以承受竖向荷载，而水平荷载全部由框筒结构承担。简体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理,抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。以筒体一框架结构为例。 核心筒应具有良好的整体性，墙肢宜均匀、 对称布置， 简体角部附近不宜开洞， 当不可避免时， 筒角内壁至洞口应保持一段距离，以便设置边缘构件，其值不应小于 500mm 和开洞墙的厚度；核心筒外墒的截面焊度不应小。于层高的 1/20 及 200mm，对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层向的 l/16 及 200mm，当厚度不能满足上述要求时，应通过稳定验算，必要时增设扶壁墙； 在满足承载力要求，以及轴压比限值时，核心筒内墙可适当减薄，但不应小于 l60mm。
5.巨型框架结构体系
巨型框架结构是利用筒体作为柱子，在筒体与筒体之间每隔若干层(几层或十几层)设置巨型梁或桁架，形成具有很强侧向刚度的框架结构，其余楼层设置次框架。次框架可以落在巨型梁上或悬挂在巨型梁上，后者一般称为悬挂结构。次框架上的竖向荷载和水平荷载全部传递给巨型框架。
三、 结束语
由此可见，建筑设计人员在设计过程中，首先要选择合适的结构体系，结构选型是一个复杂的决策问题，有大量的不确定性，这就要求结构选型研究要趋于建立集成的结构型式智能产生与创新、评价与决策的优化方法，为高层建筑选型提供工程科学依据,不断提升设计质量，以使结构设计工作做到更安全、更合理。
参考文献：
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