高层建筑结构体系

[摘 要]随着世界的发展和不断提高的空间利用率的要求,高层建筑成为各大城市建筑发展的趋势.对于不同国家和地区,高层建筑的概念不尽相同,但是高层建筑的结构体系却是差不多的.本文主要对于高层建筑的结构体系及其适用情况进行了介绍.

[关 键 词]高层建筑；结构

[中图分类号]F407.9[文献标识码]A[文章编号]1009-9646（2011）1-2-0094-02

一、课题背景

今年,伴随着世界经济的全球化发展,亚洲各国持续成为经济发展的热点地区,高层建筑在中国大陆、台湾、香港、马来西亚、新加坡、韩国等地区均有较大发展.我国在20世纪末和21世纪初,高层建筑呈现突飞猛进的发展态势.目前世界已建成的高层建筑的高度已突破500m,同时,高层建筑还呈现出建筑体型复杂、功能多样化、结构类型多、结构体系多样化和巨型化、施工技术高、速度快等特点.同时国内高层建筑已从上海、北京、广州、深圳等直辖市或沿海发达地区向省会级城市呈全面辐射型发展,新兴直辖市重庆以及武汉、大连等均出现了很多优秀高层建筑,这就对我国工程设计以及施工、管理等相关技术人员提出了更高要求.

二、高层建筑概念

高层建筑发展到今天已超过一个世纪.1884年,美国芝加哥建造了第一座11层的建筑,被认为是现代高层建筑的开端.但高层建筑是相对而言的,多少层的建筑或多少高度的建筑为高层建筑,在国际上至今尚无统一的划分标准,不同国家、不同地区、不同时期均有不同规定.我国《高层民用建筑设计防火规范》中规定：10层及10层以上的住宅和建筑物、高度超过24m的其他民用建筑为高层建筑；《住宅建筑设计规定》中规定：11~16从呢个的住宅为中高层住宅,16~30层的住宅为高层住宅；《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定：10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物称为高层建筑.对于钢筋混凝土结构,一般是按《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定来划分高层建筑[1].

三、高层建筑结构体系

高层建筑的结构形式繁多,框架、剪力墙、框架-剪力墙体系是高层钢筋混凝土建筑结构是最为传统的、广为应用的结构体系；随着层数和建筑高度的增加,利用结构空间作用,又发展了框架-筒体结构、多筒结构、筒中筒结构和巨型结构等多种结构体系.高层建筑结构的承载能力、侧移刚度、抗震性能、材料用量和造价高低,与其采用结构体系有着密切关系.不同结构体系,适用于不同层数、高度和功能的建筑.

1.框架结构体系.当采用梁、柱组成的结构体系作为竖向承重结构,并同时承受水平荷载时,称其为框架结构体系.框架结构时空间刚性连接的杆系结构,独立承担竖向、横向的荷载和作用.框架结构的承重系统有横向承重、纵向承重和双向承重三种体系.框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中.框架结构的主要构建是梁和柱,可以做成预制或现浇框架.钢筋混凝土框架按其施工方法的不同,有可分为：梁、板、柱全部现浇的框架；楼板预制,梁、柱现浇的框架；梁、板、柱全部预制的全装配框架.框架结构的构建截面尺寸较小,抗侧移刚度较小,在地震作用下结构正题位移均较大,易产生震害.其优点是建筑平面布置灵活,立面也可以变化.框架结构宜于多层办公楼、医院、学校、旅馆等.

框架结构应设计双向梁柱抗侧立体系,抗震设计时结构不宜采用单跨框架[2].框架结构按抗震设计时,不应采用部分砌体墙承重的混合形式.框架结构中的楼梯、电梯间及局部突出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等,应采用框架承重,不应采用砌体墙承重.

2.剪力墙结构体系.利用建筑物墙体作为建筑的竖向承重和抵抗侧向力的结构,称其为剪力墙结构体系.剪力墙结构与楼盖一起组成空间结构,由于墙体截面大,整体性好,抗侧移刚度大,因此抗震性能较强.同时剪力墙也可以作为围护结构和房间分隔构件.剪力墙结构体系一般用于钢筋混凝土结构中,由于墙体承受全部水平作用和竖向荷载.根据施工方法不同可分为：全部现浇的剪力墙；全部用预制板装配的剪力墙；内墙现浇、外墙为预制装配的剪力墙.

3.框架-剪力墙结构体系.将框架和剪力墙结构有机地结合在一起,组成一种共同抵抗竖向、水平荷载作用的结构体系称其为框架-剪力墙体系结构.它利用剪力墙抗侧移刚度和承载力大的有点,弥补了框架结构柔性大和侧移大的缺点；同时只在部分位置上设剪力墙,保持了框架结构空间较大和立面易于变化等优点.

在框架-剪力墙结构体系中,剪力墙往往承担大部分水平荷载,并使结构总体刚度增大,而侧移减小[4].框架-剪力墙结构可采用如下的布置：框架与剪力墙分开不知；在框架结构的若干跨内嵌入剪力墙；在单片墙抗侧立结构连续分别布置框架和剪力墙；也可采用以上两种或三种形式的混合.

四、结论

高层建筑的高度和数量,从一个侧面反映一个国家科学技术水平和经济发展程度,但对于高层建筑亦应适当控制,既要与原有建筑相协调,还要与城市历史特点相协调.近年来出现了一系列新的结构体系,其中有巨型框架结构、悬挂和悬挑结构.目前采用这些结构体系的工程尚少,经验不多,对于这些结构的研究也不够深入、成熟,尚不能普遍推广于设计与施工中,目前的《高层规程》尚未列入.在高层结构设计中,水平力是控制的主要因素,在地震区水平力是高层建筑结构设计的决定因素.剪力墙结构的刚度大、周期短、地震作用大,在设计中应注意调整结构刚度.框架结构刚度小,侧移大,缺少二道防线,故在地震区框架层数应予以控制,不应超过四层.