高層建筑結構設計概述

（鄭州大學 土木工程學院，河南 鄭州 450001）

高層建筑結構設計概述

焦元其 史瑞彥

（鄭州大學 土木工程學院，河南 鄭州 450001）

近年來,隨著建筑材料性能的提升及建筑施工技術的進步，我國的建筑類型已經逐步由低層、多層建筑轉向高層建筑。我國人口眾多，但是耕地面積少，發展高層建筑可以節約用地，節約城市基礎設施費用。故發展高層建筑對我國有著重要的意義。近30年來，隨著經濟的迅猛發展，科學技術的不斷進步，高層建筑在全國各地如雨后春筍般發展。

高層建筑；結構形式

高層建筑應采用較規則的結構體系，結構應具有必要的承載力、剛度和變形能力。此外，還應對結構可能的薄弱部位采取加強措施，避免因局部破壞引起結構的整體破壞。由于高層建筑結構體型較大，對微小變形比較敏感，因此高層建筑應采取措施減少混凝土收縮、溫度變化、基礎沉降等非荷載效應帶來的不利影響。

高層建筑體系主要是框架體系、剪力墻體系、框架-剪力墻體系、筒體結構體系等，此外還有多塔、連體、帶轉換層、帶加強層等復雜的結構形式。但日常生活中常見的是框架、剪力墻、框剪、筒體體系。

1 框架結構設計

框架結構是由梁、柱構件組成的空間結構，平面布置較靈活，比較適用于需要有較大使用空間的建筑結構，而且采取混凝土框架時，結構的整體性、剛度均有較好的抗震效果。但當層數過多時，結構的側移會明顯增大，造成結構的使用不便，故框架結構一般情況下適用于建造不超過15層的房屋。框架結構應滿足以下基本要求：（1）應使結構的縱向剛度與橫向剛度接近，使結構的剛度均勻變化；（2）對于甲、乙類建筑以及高度大于24m的丙類建筑，不應采用單跨框架結構；（3）框架結構的填充墻及隔墻宜選用輕質墻體，且砌體填充墻及隔墻應具有自身的穩定性；（4）框架結構按抗震設計時，不應采用部分由砌體墻承重之混合形式；（5）填充墻的砌體砂漿強度等級不應低于M2.5，砌塊的等級不應低于MU5，墻頂應與框架梁或樓板緊密結合；(6)樓梯間采用砌體填充墻時，應設置間距不大于層高且不大于4m的鋼筋混凝土構造柱，并采用鋼絲網砂漿面層加強。

2 剪力墻結構設計

剪力墻是鋼筋混凝土多、高層建筑中不可缺少的基本構件，它是利用建筑物的內外墻作為承重構件相比框架結構有較好的橫向受力性能及抗側移剛度，故剪力墻結構可以應用于比框架結構更高的、層數更多的建筑。

剪力墻的設計應注意以下幾點：（1）剪力墻應沿著結構的兩個方向布置，使結構兩個方向的剛度不致差異懸殊；（2）剪力墻應進行平面內的斜截面受剪、偏心受壓或偏心受拉、平面外軸心受壓承載力驗算；（3）當墻肢長度超過8m時，為了避免剪力墻脆性破壞，應施工時墻上留洞，完工時砌填充墻的方法，把長墻肢分成短墻肢；（4）樓面梁的水平鋼筋應深入剪力墻或扶壁柱，深入的長度應符合鋼筋錨固要求；（5）不宜將樓面主梁支承在剪力墻之間的連梁上；（6）剪力墻的洞口應盡量布置均勻，上下對齊，形成明確的墻肢和連梁，剪力墻底部加強部位盡量不要采用錯洞布置，如無法避免，則洞口的水平距離不宜小于2m；（7）剪力墻不宜布置太密，在矩形平面中，雙方向的抗側剛度宜接近。

3 框架-剪力墻結構設計

框架-剪力墻結構是框架結構和剪力墻結構的組合結構體系，既能為建筑使用提供較大的平面空間，又有較大的側移剛度，因此框架-剪力墻結構適用于多種使用功能的多、高層房屋，如辦公樓、飯店、住宅等。

框架-剪力墻結構的布置要注意遵守以下規則：（1）框架-剪力墻結構的最大適用高度、高寬比和層間位移限值應符合規范要求；（2）抗震設計時，剪力墻的布置宜使兩個主軸方向的側向剛度接近；（3）剪力墻間距不應過大，應滿足樓蓋平面剛度的需要；（4）當建筑平面為長矩形時，在該部位布置的剪力墻應滿足下表要求：

剪力墻間距（m）

4 筒體結構設計

筒體結構利用建筑物的外輪廓布置密柱、窗桾梁組成的框架筒體結構作為其抗側力構件，增大了結構的抗側移和抗扭剛度，其力學性能與抗震性能均優于一般的框架-剪力墻結構，適用于高層建筑。

筒體結構設計應滿足下列要求：（1）筒體結構包括框架-核心筒結構和筒中筒結構，其適用高度應滿足要求；（2）當相鄰層的柱不貫通時，應設置轉換梁等構件；（3）建筑平面的長寬比宜小于1.5，簡單的框架-核心筒不應大于 2.0；（4）抗震設計時，核心筒、內筒的連梁宜配置對角斜向鋼筋或交叉暗撐；（5）核心筒外墻上的較大洞口宜豎向連續布置，以使其內力變化保持連續性；（6）樓蓋主梁不宜擱置在核心筒或內筒的連梁上。

5 結語

高層建筑因其節約能耗、占用土地少等優點被廣泛采用，隨著材料、施工技術的逐步提升，未來的多、超高層建筑必將擁有更加優越的性能。多、超高層建筑將是未來建筑發展的必然方向。

[1]JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[2]GB 50011-2010，建筑抗震設計規范[S].

TU241

A

1003-5168(2014)06-0148-01

焦元其，男，河南新鄉人，鄭州大學土木工程學院2011級本科生，土木工程專業。