探究建筑结构高层建筑结构概论要求

【摘要】本文主要论述了高层建筑上部结构形式，接受了包括框架结构、剪力墙结构、框剪结构、筒体结构等常见结构形式的特点，简要说明了其优缺点，布置要求以及适用范围。
【关键词】高层建筑；上部结构形式
文章编号:ISSN1006—656X(2013)06 -0179-01

一、高层建筑发展现状

随着人口的日益增加，城市商业以及住宅用地日趋紧张，传统建筑形式已经无法满足社会发展的需求，在这种情况下高层建筑应运而生。19世纪末，随着科学技术快速发展，混凝土以及钢结构逐渐取代砖、石、木等传统的建筑材料，使房屋建筑高度的增加、层数的增多、跨度的增大成为可能，此时在1931年美国建成纽约帝国大厦，其成为现代意义上的高层建筑的里程碑。1985年以来，中国、日本、韩国、马来西亚等国迅速发展了高层以及超高层建筑，其中不乏位于世界高层建筑排行前列的超高层建筑。
自上世纪90年始，亚洲高层建筑迅猛发展，其高层建筑在世界前100高层建筑所占数量已经接近三分之一。目前，中国正在建设的摩天大楼总数量已经超过200座，相当于美国现有同类摩天大楼的总数。未来3年，平均每5天将有一座摩天大楼在中国封顶。5年后，中国的摩天大楼总数将超过800座，达到现今美国总数的4倍。因此可以推断21世纪,亚洲将成为高层建筑发展的中心地区而中国将成为高层建筑发展的核心地带。

二、高层建筑结构主要形式及适用范围

(一)框架结构

框架结构，是由纵梁、横梁和柱组成的结构，这种结构是梁和柱刚性连接而成骨架的结构。框架结构只能承受自身平面内的水平力，因此采用框架结构时在建筑的两个主轴方向都要设置框架结构，在水平荷载作用下，框架结构水平变形为剪切变形。
由于框架结构整体刚度偏柔，其具有良好的延性和耗能能力，有较好的抗震性能。其主要缺点是对于较高的建筑，框架结构顶层水平偏大，梁柱截面尺寸偏大，减小了有效建筑面积。因此，目前框架结构主要用于隔间较多的饭店、办公楼、住宅、医院病房楼等10层以下的小高层建筑中。
在结构布置上，框架结构要尽量避免单跨框架的出现，其会造成结构冗余度不够，削弱建筑结构的抗震性能；框架梁柱在强度上遵循强柱弱梁原则，两者轴线宜重合，防止发生脆性破坏；填充墙在平面和竖向布置要尽量遵循均匀对称要求，宜采用轻质墙体。

(二)剪力墙结构

剪力墙结构，其结构主体是由纵向、横向的钢筋混凝土墙所组成的，即结构采用剪力墙的结构体系。在剪力墙结构中水平荷载和竖向荷载主要通过剪力墙来承担，此外剪力墙对建筑空间起到分割分配的作用。剪力墙结构的水平位移为弯曲变形为主。
剪力墙结构优点是整体性好，侧向刚度大，适用于较高的高层建筑，水平力作用下侧移小；由于没有梁、柱等外露构件，从而不影响房屋的使用功能，有效建筑面积大。缺点是由于剪力墙间距的约束，使得建筑内部空间的划分比较狭小，不能提供大空间房屋；结构刚度大，自振周期大，地震作用大，延性较差，对于抗震问题难以处理。因此剪力墙结构常用于建筑空间分格较多的宾馆、住宅等高度在25～30层的结构。
剪力墙布置，要遵循均匀、分散、对称和周边的原则；剪力墙应沿房屋纵横两个方向布置；在平面剪力墙应尽可能均匀、对称布置，保证结构刚度中心和质量中心重合，以减小扭转，不能对称时，应使结构的刚度中心和质量中心接近；在竖向布置上剪力墙应连续布置，使结构上下刚度连续、均匀；为安全起见，高层建筑结构不宜全部采用短肢剪力墙，短肢剪力墙较多时，应布置筒体，形成短肢剪力墙与筒体共同抵抗水平力的剪力墙结构；剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成鲜明的墙肢和连梁。

(三)框架—剪力墙结构

框架—剪力墙结构，又称框剪结构，框架-剪力墙结构体系是框架结构与剪力墙结构相结合而成的结构体系，其在框架纵、横方向的适当位置，在柱与柱之间设置钢筋混凝土墙体（剪力墙），框架与剪力墙协同受力，剪力墙承担绝大部分水平荷载，框架则以承担竖向荷载为主。框剪结构水平位移介于框架结构和剪力墙结构之间。
框架—剪力墙结构体系充分发挥框架和剪力墙各自的特点，结构体系中运用少量的剪力墙，减少了立柱的截面尺寸，既能方便空间的灵活布置，又使结构具有较强的侧向刚度，所以这种结构形式在房屋设计中比较常用。框架—剪力墙结构一般用于办公楼、旅馆、住宅以及某些工艺用房等类型的25层以下房屋结构。
对于框架—剪力墙的空间布置，要求框架应在主轴方向均做刚接；剪力墙应沿各主轴布置，并遵循“均匀、分散、对称、周边”的原则；剪力墙布置位置应选在竖向荷载较大处，建筑端部附近，平面形状变化处，楼梯或电梯间附近；剪力墙数量应布置合理

(四)筒体结构

筒体结构一般采用钢筋混凝土墙或密柱围成筒体，使其抗侧刚度很大的结构。其主要结构形式为框筒结构、筒中筒结构、框架—筒体结构、多重筒体结构、成束筒结构、底部大空间筒体结构六类。
各类筒体结构在侧向风荷载的作用下，共同受力特点类似于一个固定在基础上的筒形的悬臂薄壁杆件受力状况。
筒体结构具有造型美观、使用灵活、受力合理、刚度大、有良好的抗侧性能等优点。筒体结构多用于高层或超高层公共建筑中，其空间作用随着高度的增高而越发明显，因此筒体结构一般用于30或100m以上的超高层建筑。
三、总结
在高层建筑结构设计中，结构选型是概念设计中

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至关重要的一步，选择正确的结构形式可以有效地降低高层建筑的造价、提升结构的可靠性、增加结构的抗风抗震能力以及改善建筑的使用体验。在结构选型时首先需要考虑的是建筑的高度、设防烈度和用途。对于不同结构体系，其强度和刚度是不同的。各类建筑结构形式在不同设防烈度中有相应的结构抗震等级和适用范围。当建筑的高度超过规范数值时，需要进行专门研究，选择合理的结构形式并采取有效的措施。

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