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1、论高层建筑方案设计中结构体系问题摘要：由于近年来各种新技术新材料新科技的不断产生和高效施工方法的出现，未来的高层建筑结构将向着更合理的结构设计体系和考虑环保、节能、舒适、多功能等可持续发展观念的人性化设计方向发展，本文对目前较为普通的高层建筑结构体系的优缺点、适用性、经济性等方面的比较，并论述如何选择合理的结构体系方案，具有较高的参考价值。关键词：高层建筑；结构体系;经济合理性中图分类号：TU97文献标识码：A 文章编号： 引言：随着经济社会的不断发展，城市规划设计中的高层建筑越来越广泛。为了更好的使设计建筑结构设计工作在现实生活中得到合理的运用，这就需要设计师从概念设计为基础进行设计。而本文
2、主要是探讨高层建筑的结构体系以及如何进行结构体系的选择。 1高层建筑结构的设计特点 高层建筑结构不同于低层多层建筑结构的设计。在低层建筑结构中，水平荷载产生的内力和位移都很小，通常可以忽略。所以低层建筑结构承受的外部作用主要是以自重为代表的竖向荷载。而高层建筑结构要同时承受竖向荷载和水平荷载。设计中必须重点考虑高层建筑遇到巨大风力和偶然的地震力时所产生的水平侧力。因为随着建筑物高度的增加，高宽比的增大，尽管竖向荷载对结构设计仍产生重要影响，但水平荷载对结构产生的内力和位移不断增大，将成为结构设计时的控制因素。由于高层建筑高度较大，地震作用对它的影响也较大。因此，高层建筑结构设计的关键是抗侧力结
3、构设计和良好的抗地震性。除此之外还得严格控制高层建筑体型的比例，以保证其稳定性。使建筑平面、体型、立面的质量和刚度尽量保持对称和匀称，使整体结构不出现薄弱环节。 2常见的高层建筑结构体系 2.1框架结构体系 框架结构由梁、柱构件组成，是早期多采用的结构体系。框架结构构件类型少，可以在构建工厂标准化生产，也可以在施工现场采用定型模板进行现浇制作，整体性好和抗震性能较好。并且框架结构平面布置灵活，空间大，能适应较多功能的需要。 在框架结构建筑中，外墙可使用非承载构件，使立面设计灵活多变；内墙采用轻质隔墙，可以按需要选择拆除以适应更多样的空间需求。并且这些轻质隔墙和外墙的采用，大大降低了建筑物自重，
4、节省了材料。因此成为高层建筑的主要结构形式。但是，框架结构的抗侧移刚度较小，在一般节点连接情况下，当承受侧向的风力或地震作用时，将会有较大的剪切变形。因此，限制了框架结构的使用高度。总之，在修建高度不大的高层建筑物时，框架结构体系性能表现良好。 2.2剪力墙结构体系 剪力墙结构体系是利用现浇配筋墙体作为承受竖向荷载和水平荷载的结构。剪力墙结构具有较高的抗侧刚度，对抵抗水平风力十分有利，并且现浇的墙体也可以作为房屋的分隔构件，因此，它适用于小开间的高层建筑，比如宾馆、住宅楼等。而且建造的高度远远高于框架结构。剪力墙结构的主体都是现浇的钢筋混凝土，整体性很好，纵观世界各地的历次地震危害情况可知，剪
5、力墙的地震破坏相对比较轻，所以适合在地震区推广建造。 值得注意的是，剪力墙结构的高层住宅楼中，部分中间隔墙是剪力墙。这个不同于框架结构中的非承载轻质隔墙，是绝对不能拆除的，因为它也属于承重结构体系的一部分。因此，剪力墙结构体系的空间使用限制很大，不能符合公共建筑的使用要求，而且整体的现浇钢筋混凝土墙体也造成整个建筑物自重的增大，使建材用量增加，地震力增大，上部结构和基础设计将变得困难。 2、高层建筑的结构体系 目前国内的高层建筑目前最广泛基本结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构、钢结构等五种体系。 （1）框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由
6、梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，房间隔墙可以随意拆改，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低，已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重;并且框架柱尺寸过大，不适合民用住宅，在地震区不宜做太高。 剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混
7、凝土墙体称为“剪力墙”。其优点是：刚度大，空间整体性好。由于承重结构为片状的混凝土墙体，房间不见柱子的棱角，感觉更美观，比框架结构更适合用于住宅、旅馆等房屋。在历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微。缺点是：混凝土用量多，自重大，总高度通常无法超过150m。混凝土墙体为高强度承重墙体，房间不能拆改。剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成框支剪力墙结构。在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地
8、震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不宜采用这种框支剪力墙结构。 框架剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架剪力墙结构，这种结构优点是：既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。缺点是：混凝土用量多，自重大，总高度不宜超过150m。 筒体结构体系。由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构;有时为了满足建筑高度要求在结构中的框架柱内添加型钢钢材，或在柱子外侧包裹型钢钢材，此类建筑常用
9、于超高层民用建筑和地标建筑，其优点是：可以有效减小混凝土柱子的尺寸，减少结构自重，并加强柱子的抗震和承重性能，因为综合了框架剪力墙结构和钢结构的优点，此类结构在150米300米的建筑中广泛使用，缺点较少。 钢柱、钢梁承重，叫做钢结构。常用于厂房、超高层公建和大跨度房屋(例如体育场)。 优点是自重轻，施工快。可以修建到300多米甚至更高的高度。因为是柔性结构，地震破坏力对它影响较小。缺点是钢材害怕腐蚀，建筑保养困难，而且保养费用昂贵。钢材最怕高温，火灾是钢结构房屋的天敌。 3 高层建筑结构体系选择 钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，并积极采用新技术、新工艺和新材料,提高建筑
10、的安全适用性、技术先进性、经济合理性。高层建筑结构设计时应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。 （1）增加抗弯结构体系的有效宽度。这里很有效的，因为增加宽度可以直接减小倾覆力，并且当其它条件不变时，侧移按宽度增加的三次方的比例减小然而，必须使加宽了的结构体系中的竖向构件连接良好，才能真正达到上述效果。 （2）增大承受荷载最有效的构件的截面。例如，加大较低楼层柱子和连接大梁的翼缘截面，就能够直接减小侧向位移和增加抵抗力矩，而不会增大上层楼面的质量，否则，
11、抗震问题将更加严重。 （3）使大部分竖向荷载直接由主要抗弯构件承受。这将使主要的抗倾覆构件受到预压而有助于倾覆拉力作用下的房屋稳定。 （4）在竖向结构分体系中，合理布置实心墙或者斜撑构件，可以最有效地抵抗每层楼的局部剪力。完全用抗弯的竖向构件来抵抗这些剪力通常不经济的，因为使柱及梁有足够的抗弯能力，比用墙或斜撑需要更多的材料和施工工作量。 （5）每层楼盖应足以起水平隔板的作用。这可以使各抵抗外力的构件共同工作，而不是单独工作。 （6）将大型竖向和水平构件联结成巨型框架。诸如，在两个或更多的电梯井间每隔若干层用重型楼盖结构体系或非常大的梁式析架连接起来。 结语：所有高层建筑基本上都是支承在地面上的竖向悬臂结构。当合理使用上述原则时，由墙、核心筒、框架、筒式结构和其它竖向结构分体系可以得到所希望的结构方案，从而真正实现建筑的安全适用性、经济合理性。 参考文献： 【1】 GB50011-2010 建筑抗震设计规范 【2】 JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程 【3】 赵西安,高层建筑结构实用设计方法,同济大学出版社,1998