浅谈高层建筑结构形式与设计

容园园

【摘要】：本文通过对高层结构体系的分析与比较，论述各种结构形式的优缺点，并对其在适用性、经济性、抗震性能等性能上进行分析，希望能对工程中的同行在结构方案设计阶段确定结构选型时具有较高的参考价值。

【关键词】：高层建筑；结构形式；结构设计

Abstract: Through the analysis of high-level structural system, this paper discusses the advantages and disadvantages of the various structural forms, and analyzes the applicability of the economy, the seismic performance analysis, hoping provide a high reference value to project counterparts the structure of the program design stage to determine the structure of selection.Key words: high-rise buildings; structure; structure design

中图分类号：TU972+.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02

前言：

国家对土地这一不可再生资源的调控政策，城市用地量的不断增加，导致城市建筑用地变的越来越紧张。高层建筑的数量也如雨后春笋般快速的增加，特别是在用地紧张的大中城市。高层建筑不仅仅是在建筑类型上越来越丰富：有住宅、办公楼、医院等等。在结构体系上随着科技水平的发展，需求的不断提高也有了更多的演变，使得建筑结构选型及设计有一定的难度。现按照承重体系和材料分类两方面介绍他们的特点及适用性，浅析高层建筑的结构设计。

按照承重体系分类：

高层建筑按照承重体系的不同可以分为以下几个基本的类：框架结构、剪力墙结构、框剪结构、筒体结构。

1.1框架结构：房屋结构均由梁、柱通过节点连接而构成。由框架梁、柱与基础形成平面框架，作为主要的承重构件，平面框架再由连系梁联系起来，形成一个空间的结构体系。框架结构具有建筑平面布置灵活，能够较大的获得大空间，承受竖向荷载作用合理、结构自重较轻的特点。但是由于是框架结构，又会存在着侧向刚度小、水平位移较大的缺陷，使建筑的高度受到不同程度的限制。在非地震区可做到15层最高不超过20层，不宜超过60米。常用于综合办公楼、旅馆、医院、学校、商店等建筑。

1.2剪力墙结构：剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。剪力墙的主要作用是承担竖向荷载、抵抗水平荷载，如风、地震等的作用。剪力墙结构中墙与楼板组成受力体系，缺点是剪力墙不能拆除或破坏，不利于形成大空间，住户无法对室内布局自行改造。一般的剪力墙的间距在3-8m左右。综合剪力墙结构的利弊，在实际工作的应用为了适应各种功能空间的需要，会有各种变形。例如需要框支剪力墙结构，框架剪力墙结构，异形柱框架剪力墙结构。

1.2.1框支剪力墙结构：将剪力墙结构的房屋的底层或者底部基层做成框架，是一种带转换层的高层建筑结构。可以有效的满足酒店，写字楼等建筑类型。但是这种结构有他自己的弊端：带转换层高层建筑结构在其转换层上、下层间侧向刚度发生破坏。形成柔性的底层或者底部，在地震作用下容易遭到破坏甚至是倒塌。

1.2.2框架—剪力墙结构体系：框架结构和剪力墙结构的组合，兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大的提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于10——20层的办公楼，教学楼、医院和宾馆建筑中。框架剪力墙结构虽然在一定程度上比框架结构的刚度等有所提高，但是这种结构的高度也应该在他合理的范围内，工程中一般去25层以下为宜，最高不超过35层。

1.2.3异形柱框架剪力墙结构：这种结构体系是框架剪力墙的一个派生结构形式，这种结构类型的特点是利用楼电梯间做钢筋混凝土的核心筒，抵抗大部分的水平荷载，异形柱主要是承担竖向荷载，水平位移及层间位移大大减小。同时异形柱又能很好的解决建筑平面使用问题。

1.3筒体结构体系：筒体结构体系是由一个或者几个筒体作为竖向承重结构的高层建筑结构体系。筒体结构由框架-剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和发展而来。筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。其特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空间，多用于写字楼建筑。

1.3.1框架—核心筒结构：框架一核心筒结构由实体的核心筒和外框架构成。一般将楼电梯间及一些服务用房集中在核心筒内；其他需较大空间的办公用房、商业用房等布置在外框架部分。由于核心简实际上是两个方向的剪力墙构成封闭的空间结构，具有更好的整体性与抗侧刚度。框架—核心筒结构体系适用于高度较高，功能较多的建筑。

1.3.2筒中筒结构：筒中筒结构是由实体的内筒与空腹的外筒组成。空腹外筒由密排柱及高度较大的横梁组成。筒中筒结构体系具有更大的整体性与侧向刚度，因此适用于高度很大的建筑。如果将若干筒体组合成成组筒结构体系，则侧向刚度更大，可适用于特别高的超高层建筑。

1.3.3束筒结构：束筒结构由若干个筒体并列连接为整体的结构。整个建筑如一个固定于基础的封闭空心悬臂梁，具有良好的刚度和防震能力。目前世界上最高的西尔斯大厦采用了9个30×30米的框筒集束而成。

按材料分类论述：按照材料分类又可以分为：钢结构；钢筋混凝土结构；组合结构。

2.1钢结构：钢结构工程是以钢材为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。 钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。钢结构的建筑具有强度高、韧性大、抗震性能好、易于加工，能缩短现场施工的工期，施工方便等诸多优点，但是也难以克服其用钢量大，造价高，耐火性极差的缺陷。国内钢结构的例子还是很多的，深圳地王大厦，北京京广中心等都是比较著名的例子。

2.2钢筋混凝土结构：由钢筋和混凝土两种材料结合成整体共同受力的工程结构。钢筋承受拉力，混凝土承受压力。具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。钢筋混凝土结构包括薄壳结构、大模板现浇结构及使用滑模、升板等建造的钢筋混凝土结构。多用在工厂或施工现场预先制成的钢筋混凝土构件，在现场拼装而成。钢筋混凝土结构具有很多优点：就地取材、耐久性、耐火性好（与钢结构比较）、整体性好、可模性好、比钢结构节约钢材。但是也有其不可避免的缺陷：自重大、混凝土抗拉强度较低，易裂、费工、费模板、周期长、施工受季节影响、修复困难等。

钢筋混凝土最主要当然与其材料：也就是刚和混凝土有关啦，其中钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度最重要。另外，施工之中还和天气的温度湿度等有关，因为会影响到混凝土的凝结速度。

2.3组合结构：在钢筋混凝土结构的基础上，充分发挥结构优良的抗拉性能以及混凝土结构的抗压性能进一步减轻结构自重，提高结构的延性。主要用钢材加强混凝土构件、部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构。

3、高层建筑结构设计的方法3.1确定合理的基础设计方案。一般来说，高层建筑的基础设计中，应当依据工程地质条件、上部的结构类型、荷载的分布、相邻各建筑物的影响与施工条件等综合因素开展分析，挑选出符合经济合理原则的基础性方案。

3.2确定最合适的结构方案。成功的建筑物设计一定要选择相对而言最为经济合理的结构方案，也就是说要选择切实可行的结构形式与结构体系。

3.3确定合适的计算简图。结构计算主要是在计算简图基础之上开展的，由于计算简图选用不合理而造成结构不够安全的事件常常发生，所以，挑选合理的计算简图是确保结构安全的一个重要因素。

3.4准确分析计算的结果。在高层建筑结构设计当中广泛采用了计算机技术，但是如今软件的种类极多，而不同软件常常会出现不一样的计算结果都会造成错误的计算结果，所以需要工程师在得到计算之后进行认真分析与校核，并做出最为合理的判断。3.5运用合理的构造方法。要注重构件的延性，强化其中的薄弱位置。充分利钢筋混凝土中钢筋与混凝土的特性，充分利用钢筋混凝土构件的受力特性进行设计与施工。如鱼腹梁等各种变截面性的的梁柱。

4、结束语：

结构设计是个系统全面的工作，在此过程中出现任何问题或者失误，都极有可能导致整个设计变得更为复杂，甚至结构的不安全。结构设计人员需要扎实的理论知识功底，充分的认识到高层建筑各种结构形式及其特点，合理的进行选型与组合设计，才能更好地对高层建筑的结构进行更科学合理的应用。

参考文献：

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[2]王绪华，董卫青，李昆，贺云军，梁佶。昆明江东和谐广场超高层建筑结构抗震设计[j]。建筑结构，2011，(10)。