高層建筑結(jié)構(gòu)淺析

摘 要：本文主要對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)類型及體系分類進(jìn)行了總結(jié)與分析，此外，還說明了高層建筑的在現(xiàn)代建筑中的重要性及其發(fā)展前景，展望了高層建筑的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)類型；結(jié)構(gòu)體系；發(fā)展

1 前 言

人類有史以來就有脫離地面、接近蒼穹的渴望，從圣經(jīng)故事中的巴別通天塔到保羅大教堂，人們渴望建筑高大建筑的愿望從未泯滅。人們?cè)谂实侵槟吕尸敺宓臅r(shí)候是為了能夠體驗(yàn)九天攬?jiān)碌哪撤N愿望，在建造摩天大樓的時(shí)候或許也與這種愿望有關(guān)。[1]而且，隨著社會(huì)的進(jìn)發(fā)展，當(dāng)人們的經(jīng)濟(jì)實(shí)力得到一定發(fā)展之后，對(duì)生活的條件也期待能夠有進(jìn)一步的改善。對(duì)于生活條件的改善，人們首先想到的就是居住條件的改善。無論是為了土地資源的節(jié)約還是體現(xiàn)我們的技術(shù)與實(shí)力，高層甚至超高層建筑的建造范圍已經(jīng)變得越來越廣泛。高層建筑距今已經(jīng)有100多年的歷史了，本文主要從其結(jié)構(gòu)類型與體系方面對(duì)高層建筑進(jìn)行了總結(jié)與分析。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)類型

目前，高層建筑的結(jié)構(gòu)類型主要有鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)鋼-鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)三種。不同的結(jié)構(gòu)類型其優(yōu)缺點(diǎn)也不一樣，下面我們依次對(duì)三種結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn)進(jìn)行分析：

2.1 鋼結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代高層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是非常廣泛的。輕質(zhì)高強(qiáng)成了它的主要特點(diǎn)，這也成為了人們?cè)诮ㄔ旄邔咏ㄖ臅r(shí)候首先選用它的主要原因。此外，鋼結(jié)構(gòu)還有其他優(yōu)點(diǎn)，比如，鋼材的內(nèi)部組織比較均勻，有良好的塑性和韌性；鋼結(jié)構(gòu)的裝配化的程度比較高，其施工速度很快，對(duì)于工期要求嚴(yán)格的工程使用鋼結(jié)構(gòu)則可以大大縮短工期；當(dāng)制造某些具有特殊要求的密閉結(jié)構(gòu)的時(shí)候，鋼結(jié)構(gòu)則能很好的滿足。任何事物都具有兩面性，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑也不例外，有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)缺點(diǎn)也都一直存在。至今仍被全世界人民銘記在心的美國“9.11”事件，2011年9月11日，恐怖份子襲擊了年僅“28歲”的美國世貿(mào)大廈，這個(gè)世界上曾經(jīng)最高的雙塔很快倒塌，這座建筑就是應(yīng)用了我們所說的鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)就是其耐火性以及耐腐蝕性很差。所以美國世貿(mào)大廈才會(huì)在被飛機(jī)撞擊了之后很快就倒塌。此外，鋼結(jié)構(gòu)在后期的維護(hù)費(fèi)用也是相當(dāng)?shù)拇螅@個(gè)缺點(diǎn)也是我們必須面對(duì)的。

2.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐火性能要好得多，而且其防水性能也比較好，而且鋼筋混凝土的造價(jià)比較低，材料的來源也比較豐富，尤其對(duì)建筑高層建筑而言來說，使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以節(jié)約鋼材，它的耐久性也比較好，相對(duì)鋼結(jié)構(gòu)而言，其后期的維護(hù)成本就要低得多。然而，其缺點(diǎn)則主要有自重大、抗拉強(qiáng)度比較低，因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)處于受拉狀態(tài)的時(shí)候則很容易被破壞。對(duì)于施工工期有要求的工程而言，使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工周期相對(duì)來說則會(huì)比較長，而且由于施工人員技術(shù)以及施工現(xiàn)場(chǎng)管理、人員素質(zhì)等多方面的原因可能會(huì)導(dǎo)致我們整個(gè)施工過程的質(zhì)量很難得到控制。

2.3 鋼-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)

隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，就高層建筑而言。鋼-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)體系的采用，已經(jīng)變成看一種越來越合理的一種結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@樣兩種材料結(jié)合在一起的時(shí)候可以各種發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，使建筑物的結(jié)構(gòu)性能達(dá)到最優(yōu)化。顧名思義，這結(jié)構(gòu)就是講鋼材與鋼筋混凝土組合作為一種結(jié)構(gòu)，目前，這種結(jié)構(gòu)主要有兩種具體的使用形式：第一種就是以鋼桶的形式組合使用，使用鋼材制造而成的鋼管，然后在鋼管內(nèi)澆筑鋼筋混凝土，這樣就形成了鋼柱，可以用來做高層建筑結(jié)構(gòu)的柱子使用；另外一種則是整個(gè)結(jié)構(gòu)的外部是澆筑的鋼筋混凝土，而降鋼材澆筑在混凝土的內(nèi)部，鋼材是一種不耐腐蝕性的材料，然而，這種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)則是鋼筋混凝土內(nèi)部的鋼材維護(hù)比較困難。

3 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

從高層建筑的發(fā)展至今經(jīng)歷了100多年的歷史，我們所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系主要包括了框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框-剪結(jié)構(gòu)以及筒體結(jié)構(gòu)等幾種類型。

3.1 框架結(jié)構(gòu)體系

框架結(jié)構(gòu)體系的使用，可以讓人們獲得較大的使用空間，而且其內(nèi)部的平面布置也相對(duì)比較靈活。因?yàn)椴捎每蚣芙Y(jié)構(gòu)體系的建筑，其墻體基本上是不承重的，而且，此類建筑的施工方便、結(jié)構(gòu)自重也比較輕。但是框架結(jié)構(gòu)的柔性較大、其抗側(cè)移的能力差，在水平荷載的作用下易產(chǎn)生較大的水平位移。所以，我國框架結(jié)構(gòu)體系的建筑高度一般控制在15～20層。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

在城市發(fā)展如此迅速的今天，剪力墻體系建筑隨處可見。其受力特點(diǎn)主要以彎曲變形為主，其抗側(cè)移的能力要比框架結(jié)構(gòu)體系好的多，而且，其抗震性能也比較好，可以很好的抵制剪切變形。在我國，當(dāng)建筑物的層數(shù)在30～40這個(gè)范圍內(nèi)的時(shí)候，我們一般選擇剪力墻結(jié)構(gòu)作為我們的結(jié)構(gòu)體系。

3.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)組合體系

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系和鋼-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一樣，是一種組合的結(jié)構(gòu)體系，它把框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在了一起。使用這種結(jié)構(gòu)體系的建筑可以讓我們的建筑在滿足空間靈活的前提下的同時(shí)也具有較好的抗側(cè)移的能力。

3.4 筒體結(jié)構(gòu)

相比之下，筒體結(jié)構(gòu)的歷史并不悠久，它的概念是在20世紀(jì)60年代初的時(shí)候被人們提出來的。當(dāng)建筑物的高層達(dá)到40～50層的時(shí)候，我們就要采用筒體結(jié)構(gòu)了，筒體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移的剛度很大，而且也可以使得建筑物的平面布置非常的靈活。我國上海的金茂大廈以及美國芝加哥的西爾斯大廈等具有標(biāo)志性意義的建筑均選擇了筒體結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語

隨著建筑師們對(duì)建筑的高度的不斷追求以及世界各地高層建筑建造步伐的加劇，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)類型的選擇是一個(gè)非常值得研究和考慮的問題，在建造新的高層建筑的時(shí)候，我們要不斷地總結(jié)過去的經(jīng)驗(yàn)，加大對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)體系的研究力度，其中也包括抗震性能技術(shù)的研究。只有將各個(gè)方面都考慮到位了，高層建筑的發(fā)展才不會(huì)受到任何的阻礙，相反，可以促進(jìn)高層建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

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