有关于建筑结构高层建筑结构和设计

摘要：随着层数和高度的增加，水平作用对高层建筑结构安全的控制作用更加显着，包括地震作用和风荷载。高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的结构体系密切相关。不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。
关键词：建筑结构；承载力；结构体系；框架
Abstract:With the number of layers and height increase, control effect level effects on structure safety of high-rise building more significantly, including earthquake and wind. High-rise building bearing capacity, lateral stiffness, seiic performance, material consumption and low cost, structure system and the closely related. The different structural systems, suitable for different layers, height and functions.Key words:building structure; bearing capacity; structure system; framework2095-2104（2013）

1.高层建筑结构体系组成部分

框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形成可灵活布置的建筑空间，使用较方便。钢筋混凝土框架按施工方法的不同。又可分为：①梁、板、柱全部现场浇筑的现浇框架；②楼板预制，梁、柱现场浇筑的现浇框架；③ 梁、板预制，柱现场浇筑的半装配式框架；④梁、板、柱全部预制的全装配式框架等。
随着结构高度增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显着增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。因此在使用上层数受到限制。
框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧向位移。其中一部分是结构弯曲变形，即框架结构产生整体弯曲，由柱子的拉伸和压缩所引起的水平位移；另一部分是剪切变形，即框架结构整体受剪，层间梁柱杆件发生弯曲而引起的水平位移。当高宽比H／B≤4时，框架结构以剪切变形为主，弯曲变形较小而可忽略，其整体位移曲线呈剪切型，特点是结构层间位移随楼层增高而减小。
由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震下结构整体位移和层间位移都较大，容易产生震害。此外，非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。因而其主要适用于非抗震区和层数较少的建筑；抗震设计的框架结构除需加强梁、柱和节点的抗震措施外 不需注意填充墙的材料以及填充墙与框架的连接方式等，以避免框架变形过大时填充墙的损坏。
剪力墙结构体系剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。根据施工方法的不同，可以分为：全部现浇的剪力墙；全部用预制墙板装配而成的剪力墙；内墙现浇、外墙为预制装配的剪力墙。
在承受水平力作用时，剪力墙相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。剪力墙的水平位移由弯曲变形和剪切变形两部分组成。高层建筑剪力墙结构，以弯曲变形为主，其位移曲线呈弯曲形，特点是结构层间位移随楼层增高而增加。
简体结构体系简体结构为空间受力体系。筒体的基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。用剪力墙围成的筒体称为实腹筒。在实腹筒的墙体上开出许多规则的窗洞所形成的开孔简体称为框筒，它实际上是由密排柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的简体。如果简体的四壁和斜杆形成的桁架组成，则成为桁架筒。

2.高层建筑结构体系设计的基本要求

2.1 结构体系应具有合理的地震作用传递途径

布置楼屋盖梁系和竖向结构时，应让垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向柱和墙上去，尽量避免竖向构件之间压应力的二次转移。转换结构的布置，注意应能使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载经一到两次转换传递到下部结构的竖向构件上去。由框架、剪力墙、筒体、支撑等组成的抗侧力结构必须体系明确，传力直接，尽量贯通连续，若它们沿竖向要有变化，就要缓慢均匀的变化。

2.2 结构体系应具备必要的承载能力和变形能力

钢筋混凝土结构的塑性内力重分布能力较好，能在一定程度上吸收和耗散地震能量。框架地震破坏机制，应该是节点基本不破坏，同一层中各柱两端的屈服历程越长越好，梁比柱的屈服可能早发生、多发生，底层柱底的塑性铰宜最晚形成。剪力墙结构中剪力墙的各墙段的塑性屈服宜产生在墙的底部，连梁宜在梁端塑性屈服，且变形能力应足够好，以保证在剪力墙发挥抗震作用前不失效。
2.3 结构体系应能使整体结构在部分结构或构件破坏的情况下仍有较好的抗震能力或承载能力
高层建筑结构须有必要的赘余度和内力重分配的功能，保证在地震中出现部分构件退出工作时，其余构件也能承担竖向荷载，防止整体结构失效或失稳。

2.4 结构体系宜有多道抗震防线

框架—剪力墙结构中，剪力墙是主要抗侧力构件，也是第一道抗震防线，所以必须具有一定数量的剪力墙，并且承受的结构底部地震倾覆力矩应至少达到底部总地震倾覆力矩的50％。各层中框架部分按框架和墙协同工作分配的地震剪力，应达到框架各层地震剪力最大值的1．5倍或结构底部总地震剪力的20％ 中的较小值。剪力墙结构中可通过合理设置连梁组成多肢联肢墙，连梁的承载力、刚度和变形能力应匹配墙肢，防止连梁过强而使墙肢产生较大拉力而失效。

2.5 结构体系宜具有合理的刚度

高层建筑主体抗侧力结构的刚度要满足规范规定的整体稳定、水平位移、强度延性等要求，但高层建筑主体抗侧力结构的刚度也不宜过大，以免结构所占面积、空间加大，影响建筑作用，增加地基基础负担，加大结构的截面和相应的构造配筋。所以高层建筑主体抗侧力结构刚度以符合或略大于规范限值即可。

3.高层建筑结构设计关键技术分析

3.1水平荷载相对于竖向荷载显得更为重要

结构需同时承受竖向和水平荷载，低层结构以抵抗重力为代表的竖向荷载为主，而水平荷载所产生的内力、侧向位移很小。对高层结构来说，随着建筑高度的增加，水平荷载随建筑高度的增高迅速增大。如把建筑物视作一简单的竖向悬臂构件，构件中由竖向荷载产生的轴力与高度（H）成正比；水平作用产生的弯矩与高度（H）的平方成正比；水平作用产生的侧向位移则与高度（H）的四次方成正比。对某一高度确定的建筑，结构竖向荷载的大小基本稳定，而水平方向上风载和地震作用的数值大小往往会随高层建筑结构的动力特性不同而存在较大幅度的变化

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。可见，水平荷载对高层建筑结构的影响大，侧向位移成为结构设计的主要控制目标之一。

3.2控制结构侧移是关键因素

与低层建筑结构的设计不同，高层建筑结构的侧移是其结构设计过程中的关键决定性因素。随着建筑高度的不断增加，水平侧向荷载下的结构侧移变形会快速增大。侧向位移过大将使结构产生附加内力，特别是对竖向构件，附加偏心力超过一定限值时，将会引起整个结构的倒塌破坏；同时，在风荷载作用下，如果侧向位移过大，将会引起居住者工作者的不适，在地震作用下，如果侧向位移过大，更会让人感到不安和惊慌。

3.3结构轴向变形的影响显著

对于高层建筑结构，由于层数多、高度高，轴力很大，从而沿高度逐渐积累的轴向变形很显著高层建筑结构中，一般竖向荷载的数值较大，在柱中会引起较大范围的轴向压缩变形，对结构体系中的连续梁弯矩大小产生显著影响。高层建筑的轴向变形的差异会达到一个比较大的数值，从而引起跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大，连续梁中间支座处的负弯矩值减小。

3.4结构延性的重要性

高层建筑相对于低层或是多层建筑来说结构更柔一些，受到地震的影响后，结构变化更大一些。所以采取恰当的措施保证结构具有足够的延性，使结构在塑性变形阶段仍然具有较强的变形能力。
4.结语
总之，结构设计是个系统、全面的工作，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计，在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训。
参考文献
1汤龙辉；有关高层建筑结构设计中常见的问题分析[J]；四川建材；2009年01期
2肖峻；高层建筑结构分析与设计[J]；中化建设；2008，(12)