高層住宅混凝土結構分析與設計

王帥

摘要：地震災害一直是困擾人類社會的最主要的自然災害之一。高層住宅結構在地震活動當中損壞尤其嚴重，造成的傷亡在各類建筑中也是最大的。結構設計人員往往由于結構選型的不合理而造成各種不必要的浪費。本文分析了混凝土結構和高層建筑的結構特點，使高層住宅結構在符合安全性的條件下達到最節(jié)省的效果。

關鍵詞：高層建筑;混凝土;結構

1 高層建筑結構特點及類型

1.1 高層建筑結構特點

垂直荷載、水平荷載和抗地震能力是高層建筑結構設計需考慮的三個方面。垂直荷載對于高層建筑而言影響重大，其大小與建筑物的高度成線性關系。建筑物本身越高其底層承受的荷載也將越大。因此，建筑物大多都會減輕其自身重量。抗地震性能是建筑物本身所應該擁有的。高層建筑本身建設投資巨大，收益顯著，但是萬一發(fā)生坍塌事故時破壞能力強大，因此其抗震能力務必應該增強。高層建筑因為水平荷載的存在將使得其自身產生搖晃，并且隨著建筑的增高其側移逐漸增大。過大的搖擺一方面會讓人感覺不適，另一方面還將部分消耗建筑物本身的結構構件，從而影響其使用年限。

1.2 高層建筑結構類型

1.2.1 鋼筋混凝土結構

這種結構類型因為鋼材的使用量較少，而混凝土價格較之鋼材來說又偏低，所以較于鋼結構來說成本較低。并且混凝土材料本身也非常普遍，混凝土結構的水平和豎向承載能力也較高。所以在欠發(fā)達國家和地區(qū)，鋼筋混凝土結構在當?shù)氐幕A建設當中占有較大比重。

1.2.2 鋼結構

鋼結構由于日趨成熟的施工技術和施工質量，而逐步變成了高層建筑的第一選擇。鋼結構本身較其他結構形式來說有著很多優(yōu)勢，譬如，結構自重較輕，加工工藝成熟，組裝快捷，較好的韌性等等。鋼結構主要結構形式有：鋼框架結構、鋼框架一支撐結構、鋼框架一混凝土剪力墻結構、鋼框架一混凝土核心筒結構、框一筒結構、桁架一筒結構、筒中筒結構、束筒結構。

2 高層住宅建筑結構選型的影響因素

2.1 水平荷載因素

首先，樓房的自重和樓面的恒活荷載可以引起豎向構件的軸力與彎矩數(shù)值的變化，樓房自重和恒活荷載只與樓層高度成線性關系;相比之下，風荷載和地震作用（統(tǒng)稱為水平荷載）對結構可以產生傾覆力矩，風荷載和地震作用對豎向構件也可以引起軸力。眾所周知，傾覆力矩和軸力是同建筑物本身高度的平方成線性關系的，水平荷載的大小隨結構動力特性不同變化很大。

2.2 軸向變形因素

高層建筑本身因為豎向荷載過大，就會在豎向構件中引起很大的軸向變形，進而對連續(xù)梁的彎矩造成影響，這就會造成梁跨中正彎矩和端支座負彎矩值變大，而中間支座處的負彎矩值變小。

2.3 側移因素

側移過大已經變成影響高層設計過程的一個不可忽略的因素。高度持續(xù)增加導致結構的側移變形在水平荷載作用下急速增大。

2.4 結構延性因素

相比較于多層房屋，高層顯得更“柔”，因而水平作用力下的變形也就變的較大。要使得建筑物擁有較大的變形儲備，尤其要在構造方面制定更加穩(wěn)妥的方案，以使得結構擁有安全范圍內的延性。3高層住宅混凝土結構常見結構類型及特點

3.1 框架結構

3.1.1 框架結構的定義

框架結構是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成，構成承重體系的結構，即由梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現(xiàn)的水平荷載和豎向荷載。結構的房屋墻體不承重，僅起到圍護和分隔作用，一般用預制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、空心磚或多孔磚、浮石、蛭石、陶粒等輕質板材等材料砌筑或裝配而成。

3.1.2 框架結構的特點

框架建筑的主要優(yōu)點：空間布置靈活多變，梁柱相對體積較小，質量輕，節(jié)約建筑材料，相對降低成本。

框架結構體系的缺點為：梁和柱因為水平荷載的作用造成彎矩和整體側移明顯增大，因而使得梁和柱的截面尺寸與配筋顯著變大，這就對建筑平面布局和空間利用上帶來較大難度，阻礙了建筑空間的充分利用。

3.2 框架-剪力墻結構

3.2.1 框架-剪力墻結構概念

框架剪力墻結構也稱框剪結構，這種結構是在框架結構中布置一定數(shù)量的剪力墻，構成靈活自由的使用空間，滿足不同建筑功能的要求，同時又有足夠的剪力墻，有相當大的側向剛度（剪力墻的側向剛度大就是指在水平荷載（風荷載和水平地震力）的作用下抵抗變形能力強）。

3.2.2 框架-剪力墻結構的特點

它介于框架結構和剪力墻結構之間，既有前者平面布置上的多變和較大空間的的特點，又兼具后者側向剛度較大的特點。

3.3 剪力墻結構

3.3.1 剪力墻結構概念

剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構稱為剪力墻結構。這種結構在高層房屋中被大量運用。

3.3.2 剪力墻結構的特點

a.抵抗水平荷載和承擔豎向荷載是墻體部分的關鍵作用。

b.樓板與墻通過現(xiàn)澆共同構成受力體系，因而墻體本身不易發(fā)生損毀。較多墻體的布置很難產生大空間，用戶不能任意布置房間。

c.就當下我國的發(fā)展來看，純剪力墻結構造價過高，施工較為困難，耗材也極浪費。

d.剪力在樓體下部最大。

3.4 短肢剪力墻結構

3.4.1 短肢剪力墻結構概念

短肢剪力墻結構是指墻肢的橫截面高度為厚度（墻厚）的4-8倍的剪力墻結構。

3.4.2 短肢剪力墻結構的特點

此體系抗震性能很差，最新《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》建議慎用。

4 結論

本文總結了高層住宅建筑結構選型的影響因素和小高層住宅混凝土結構常見類型及特點。

參考文獻

[1]謝琳琳.關于高層建筑結構選型決策的研究[D].重慶：重慶大學，2001.

[2]魯風勇，李愛群.高烈度區(qū)多層鋼筋混凝上框架梁的受力特征和設計建議[J].江蘇建筑，2007，112（2）;27-29.