劉繼光

身份證號(hào)碼：320621198102046911 江蘇中城設(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇鹽城東臺(tái)市 224200

摘要：當(dāng)前我國大部分高層建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均為鋼筋混凝土剪力墻體系、剪力墻—筒體結(jié)構(gòu)體系，此外較常用的還有框架結(jié)構(gòu)體系、筒體體系等。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行簡要的分析、探討，并對(duì)國內(nèi)高層建筑的四大結(jié)構(gòu)體系：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡要闡述。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)體系

改革開放以來，我國建筑業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。近年來我國建筑面積已達(dá)到2億平方米，建成高層建筑萬棟。隨著城市化進(jìn)程的加速發(fā)展，全國各地的高層建筑不斷涌現(xiàn)。作為土建工作設(shè)計(jì)人員，只有充分了解了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及其結(jié)構(gòu)體系，才能使設(shè)計(jì)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量的基本原則。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 水平荷載成為決定因素

在低層和多層建筑結(jié)構(gòu)中，大部分是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而對(duì)于高層建筑來講，盡管豎向荷載仍對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著重要的影響，但水平荷載卻起決定性作用。主要是由于一方面來講，因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對(duì)某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。

1.2 軸向變形不容忽視

采用框架體系和框架—剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時(shí)，此種軸向變形的差異將會(huì)達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁中間支座沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會(huì)對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。

1.3 側(cè)移成為控制指標(biāo)

與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，與建筑高度 H的 4 次方成正比（△= qH4/8EI）。另外，高層建筑隨著高度的增加、輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用、新的建筑形式和結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)、側(cè)向位移的迅速增大，在設(shè)計(jì)中不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，還要求具有足夠的抗推剛度。因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。否則會(huì)產(chǎn)生以下情況：1.因側(cè)移產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，尤其是豎向件，當(dāng)側(cè)向位移增大時(shí)，偏心加劇，當(dāng)產(chǎn)生的附內(nèi)力值超過一定數(shù)值時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致房屋側(cè)塌。2.使居住人員感到不適或驚慌。3.使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞，使機(jī)電備管道損壞，使電梯軌道變型造成不能正常運(yùn)行4.使主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)大裂縫，甚至損壞。

1.4 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)

相對(duì)于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有

1.5抗震設(shè)計(jì)要求更高

有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除要考慮正常使用時(shí)的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

1.6減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要

高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎(chǔ)造價(jià)和處理措施，可以多建層數(shù)，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。地震效應(yīng)與建筑的重量成正比，減輕房屋自重大了，不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對(duì)豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。

二、高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系

2.1剪力墻結(jié)構(gòu)體系

高層建筑的剪力墻體系，其主要是指全部采用了平面剪力墻構(gòu)件的主體受力結(jié)構(gòu)。在此種高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系中，所有的水平作用力、垂直荷載均施加在單片剪力墻之上，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系主要采用的是剛性結(jié)構(gòu)，從而有著較高的剛度、強(qiáng)度，其位移曲線呈彎曲形態(tài)。高層建筑采用剪力墻體系的優(yōu)點(diǎn)在于，延展性較強(qiáng)，傳力均勻且性能較強(qiáng)，有著良好的整體性適用高度超出框架、框架——剪力墻體系，是一種性能良好、狀態(tài)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。

2.2框架結(jié)構(gòu)體系

高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，倘若采用框架結(jié)構(gòu)體系，其主要是利用柱體、梁架、基礎(chǔ)共同組成一個(gè)平面框架，同時(shí)將其作為建筑的主要承重結(jié)構(gòu)，最后通過梁的連結(jié)，使各個(gè)平面框架組合形成一個(gè)整體的空間結(jié)構(gòu)體系。此種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)在于：可靈活布置建筑的內(nèi)部平面，可從中設(shè)置空間容積較大的餐廳、會(huì)議室、教室等；必要時(shí)，可通過隔斷的安設(shè)與拆除，將建筑的平面布局為大空間或分割成小居室，靈活調(diào)整以滿足使用需求；建筑的外墻通常會(huì)選擇使用非承重構(gòu)件，從而能夠自由調(diào)整建筑的立面設(shè)計(jì)。值得注意的是，此種結(jié)構(gòu)的剛度較小、抗測力能力較差，在地震所產(chǎn)生的荷載與水平荷載的作用力下，將發(fā)生大幅度位移、破損，對(duì)于超出十五層高度的建筑不宜采納，相反則可實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性、安全性的平衡。

2.3框架—剪力墻體系

對(duì)于選擇框架結(jié)構(gòu)體系的高層建筑，倘若其剛度、強(qiáng)度無法滿足安全標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)要求時(shí)，通常需要利用質(zhì)量較大的剪力墻，來替換建筑平面部分位置的框架結(jié)構(gòu)，使剪力墻與框架形成一個(gè)整體，即框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在水平荷載的作用下，充分利用了剛度較強(qiáng)的連梁、樓板，使剪力墻結(jié)構(gòu)體系部分與原有框架結(jié)構(gòu)體系形成一個(gè)整體，協(xié)同承受水平力。高層建筑采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系，水平剪力主要由剪力墻的部分結(jié)構(gòu)來承受，而垂直荷載則由原有框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)，其位移曲線呈彎剪形態(tài)。此種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)在于：通過剪力墻的增設(shè)，提高了建筑結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度，大幅縮減了建筑的位移數(shù)值，同時(shí)也有效降低了原有框架結(jié)構(gòu)所負(fù)擔(dān)的水平剪力并豎向均勻地分散了內(nèi)力。由此可以看出，此種結(jié)構(gòu)體系的總體性能優(yōu)于框架體系。

三、結(jié)束語

我國的高層建筑逐漸隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展而越來越多，這就對(duì)高層建筑的施工質(zhì)量要求也提出了相當(dāng)高的標(biāo)準(zhǔn)。高層建筑有一個(gè)好的基礎(chǔ)是整個(gè)高層建筑工程質(zhì)量的關(guān)鍵支撐。然而在高層建筑的基礎(chǔ)建設(shè)中，一些看似對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量沒有什么影響的違規(guī)操作，卻可以給整個(gè)建筑的施工質(zhì)量埋下巨大的安全隱患，所以，在高層建筑的施工工程中，一定要嚴(yán)格的按照規(guī)定的施工標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，不要有違規(guī)操作，確實(shí)保障高層建筑的安全可靠性。

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