淺析我國高層建筑結構形式

陳高鵬 吳 帥 玄 超 吳月磊（山東科技大學土木工程與建筑學院 山東省青島市 266590）

淺析我國高層建筑結構形式

陳高鵬 吳 帥 玄 超 吳月磊
（山東科技大學土木工程與建筑學院 山東省青島市 266590）

隨著社會技術和經濟的不斷發展，城鎮化建設進程不斷深入，對于自有住房，城鎮居民的要求日益提高。住宅向高層發展是解決城市土地資源稀缺的有效方法，業主及用戶的首選也越來越傾向高層住宅。各種結構的特點及性能在下文中得到詳細介紹，現階段高層建筑幾種主要的結構形式也在下文中得到清晰的反應。

框架結構；剪力墻結構；筒體結構

在初期階段，高層建筑設計的目的和用途都很單一，例如高層居民住房、高層酒店、高層行政辦公場所等。近些年來高層建筑的發展進入一個新的更加快速的階段，體型結構復雜多樣、具有多樣性用途的建筑成為發展的新方向。漸漸的人們發現許多有關生活工作的便利設施可以設置在建筑住宅底層，綜合性多用途高層建筑開始設置大量的集商鋪、寫字間、停車場等為一體的商用大樓，特別是在城市道路兩側，形成了當代高層建筑發展的大方向。

1 框架結構

多層結構和小高層結構通常應用框架結構方案，高度的適用范圍通常為不超過六十米（六度設防）。使用較為方便，結構布置靈活，室內空間相對較大是框架結構的優點。出于使結構自重減輕的目的，框架結構的填充墻通常使用輕質隔墻。但是框架結構向內凸出的各種框架柱使室內的使用面積及放置家具受到一定的影響。框架結構一般用于多層結構的形式，它由多梁柱組成，靈活的空間，抗震抗風的能力相對弱，公共的多層建筑常采用這種形式，超高層建筑很少見到框架結構形式。

梁和柱組成了框架結構的受力體系，它們是用來承受豎向荷載的，對于水平荷載的承受能力方面是很差的。在設計中，豎向荷載受風荷載影響很小，房屋層數少時起到控制作用，但是層數相對多時，有很大影響的荷載將是水平荷載，按框架結構設計將使梁、柱的截面尺寸過大，從在技術經濟上方面來考慮不如其他結構體系合理。框架結構如果被采用到高層建筑中，剪力墻或鋼結構會在某些部位被采用，鋼框架結構也出現在當前的一些框架結構中。

2 剪力墻結構體系

用鋼筋混凝土墻和板來承擔水平荷載和豎向荷載的空間結構稱作鋼筋混凝土剪力墻結構，維護和分隔構件也是剪力墻結構的墻體，整體性能良好，截面慣性矩較大墻板，使剪力墻體系的有很大的側向剛度，承受水平荷載的能力也相應的增大。因此抗側向力強，抗震性能好，變形相對小是剪力墻結構體系比較明顯的特點。在水平荷載作用下，縱墻和橫墻在剪力墻結構體系中的工作狀態就像一根懸臂深梁嵌固于基礎頂面，墻體在壓力、彎矩、剪力的作用下工作。剪力墻得水平力由與力平行的，如同水平隔板的樓面板分配。這些剪力墻通過剪力和受彎來抵抗傾覆，因為它們像深梁一樣引起的剛度很大。由于橫墻較密, 賓館和居住房屋中往往采取剪力墻結構體系。

高層結構住房經常使用普通剪力墻結構，特別在三十層左右的高層住房結構設計中廣泛應用。這種方案的優點是憑借建筑平面結構進行鋼筋混凝土墻的布置，布置結構洞在恰當部位，用輕質填充墻替代，對降低工程造價和減輕結構自重起到很大的作用，能使各個墻段剛度均勻，且具有良好的抗震性，層間位移和水平位移有效減小，特別在實際使用面積及房間內部家具布置中作用尤為明顯。

對于抗震性能相對較差短肢剪力墻結構中的短肢剪力墻，在地震區這類結構的應用經驗并不很多，出于安全的考慮，對此類結構抗震設計的適用最大設計高度、適用范圍、抗震級別、兩根連梁之間墻的厚度、軸壓比、縱向鋼筋配筋率都做了比較嚴格的限制。

3 框架—剪力墻結構

高層結構常采用框剪結構，高層結構設計中近幾年的應用比較廣泛，這種方案的優點是大部分水平荷載是由樓電梯間鋼混結構核心筒抵抗，豎向荷載由框架柱承擔，層間位移和水平位移減少比較明顯，相對框架結構軸壓比限值放寬，但是涉及結構框架柱的構造要求，在實際計算中如果軸壓比大于 0.90，那么柱的配筋相對較大，和框架結構對比，相應的小柱網的住宅中，柱截面設計尺寸不可能比框架結構小太多，上面提到的空間使用問題仍然不能很好解決。

框架剪力墻的一種派生結構是異型柱框架剪力墻結構體系，這種方案的優點是大部分水平荷載由樓電梯間鋼混核心筒抵抗，豎向荷載大部分由異型柱承受，層間位移和水平位移顯著減少。異型柱由于與墻同寬能更大限度的使用建筑空間。六度的地區，通常總高度45.0m是框架剪力墻結構的上限，柱中距應小于7.20m。異形柱在抗震等級要求下有以上的約束條件原因主要是，其肢長較短，對于高度較高的建筑，其軸力和抗側力的需求沒法得到滿足。六度的區域，高度超過十八米的建筑物抗震等級即為三級，就這方面而言比框架結構（六十米）更高。

在框架結構中，合適位置設置合適數量剪力墻形成的框架剪力墻結構體系。抗側力構件包括各片剪力墻及各榀框架，框架及剪力墻在豎向荷載作用下承受各自傳遞范圍內樓面荷載。在受力性質和變形特點方面兩種結構是不一樣的，剪力墻在水平力作用下是豎向懸臂彎曲結構，呈彎曲形的變形；框架是剪切形變形曲線，由無限大剛度的板連接起來，使其有協調一致的水平位移。

4 筒體結構

單個筒體或者多個筒體作為豎向承重結構的高層結構是筒體結構體系。層數比較多的高層建筑適合筒體體系。在側向風荷載的作用下，剛性箱型截面懸臂梁類似于筒體結構的受力。受拉的部分將是筒體結構的迎風面，而受壓的部分是筒體結構的背風面。選用筒體結構體系的建筑，它的平面最優選擇接近正方形或者正方形。

在框筒體系，間距很近的密排柱以及剛度非常大的窗裙深梁形成的空間網絡組成直立多孔筒體構成整個建筑物的外墻，稱為"框筒結構"。通常剪力墻構成體系的內芯，周邊是框架結構的筒體；筒中筒體系，筒體單元的組合構成了筒中筒結構。在水平荷載作用下，筒體可看作箱形懸臂構件嵌固于基礎上，抗扭側剛度及承載力比單片平面結構更大，并且抗扭剛度也較好；剛架、核心筒、拱等作為懸掛結構的主要承重部分，全部樓面都采用吊索、鋼絲束牢固的掛在上面所說的承重部分上所形成的一種新型結構。充分利用吊桿的抗拉性能和混凝土抗壓性能的懸掛結構，有有效面積大、用鋼量小、自重輕等優點。選用多筒懸掛體系的震區高層結構，能有效的降低地震作用，對結構的抗震可靠度有所升高；桁架筒體系是為抵抗水平荷載增加斜撐的筒體結構，結構承受水平力的能力得到進一步提升，體系的剛度也得到增加，此類結構體系稱作桁架筒體系。

5 結論

通過本文的淺析，讓我們了解到高層建筑作為現代都市的標志，有其發展的必然性，也使我們加深了對我國高層建筑各種形式的了解，讓我們更加向往未來中國的高層建筑。由于人口密度大，用地緊張是我國城市的基本情況，高層建筑的發展勢頭在我國還將持續下去。將會出現更加復雜和多樣化的建筑體型，結構體系決不可能僅停留在現有的幾種形式上，隨著科學技術的迅猛發展，新的結構體系為更好地滿足建筑藝術上的需求和建筑功能將會被創造，計算機繪圖和分析在高層建筑的設計中也將更多地被應用，集建筑、設備、電氣、結構等為一體的集成化程序將被編制出，高層建筑的設計將更加完善。

[1]徐培福，王翠坤. 中國高層建筑結構發展與展望. 建筑結構. 2009.09.

[2]左雙潔. 新時期我國高層建筑結構的發展趨勢及未來. 科技傳播. 2013.

[3]聶群華. 淺析高層建筑結構設計. 中國建筑科技. 2014.10.

G322

B

1007-6344（2016）06-0292-01