1、簡述高層建筑結(jié)構(gòu)體系摘要：隨著新時(shí)代的到來，高層建筑已經(jīng)成為當(dāng)代建筑領(lǐng)域不可或缺的一部分。眾所周知，隨著建筑物的增高，我們的施工難度也在成比例的上升。我們需要考慮的因素也就隨之增多。在高層建筑中，我們不僅僅需要維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且我們需要考慮更多的不確定因素，像風(fēng)荷載，地震作用，以及他的豎向交通等等。當(dāng)存在高層建筑群的時(shí)候，在旁邊新建的高層或者普通建筑物就需要考慮土方工程對其建筑群結(jié)構(gòu)的影響。那么，在這樣復(fù)雜的條件下，怎樣的結(jié)構(gòu)體系才符合實(shí)際的需求。關(guān)鍵詞：高層結(jié)構(gòu);高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).引言：在現(xiàn)在的生活中，高層建筑羽超高層建筑的發(fā)展正日益興旺，相比較下，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不大相同的，高層

2、建筑與超高層建筑在結(jié)構(gòu)上是有著明顯的差別。例如：普通的磚混結(jié)構(gòu)與高層建筑結(jié)構(gòu)的差別，不僅僅表現(xiàn)在設(shè)計(jì)上，更重要的是其結(jié)構(gòu)的差別。因?yàn)榭紤]因素的增加，因此結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也隨之增長。由于人們的居住需求與審美的改變，這就使得高層建筑變得更加復(fù)雜化。1、高層建筑結(jié)構(gòu)高層建筑結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)最主要是在兩個(gè)部分，第一個(gè)就是高層建筑自己本身受重力影響而產(chǎn)生的對于建筑基礎(chǔ)的負(fù)荷，另一部分就是來自于建筑物外部所施加的作用力，其中，這些作用力主要是水平方向，例如地震力、風(fēng)力等等。高層建筑結(jié)構(gòu)體系主要是包括四大結(jié)構(gòu)，不同類型的框架結(jié)構(gòu)，有著不同的架構(gòu)形式，因而導(dǎo)致其優(yōu)缺點(diǎn)各有不同。（一）框架結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的主要受力部分是

3、建筑的支柱和梁，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是用來承受整體受力的，三個(gè)結(jié)合起來構(gòu)成了高層建筑的承重結(jié)構(gòu)，樓板則是用于力的傳遞。其主要特點(diǎn)是建筑內(nèi)部的空間是比較大的，建筑的立面處理是相對容易的，樓板的平面布置也是靈活方便的，受力特點(diǎn)主要是在側(cè)向剛度比較小，但是如果建筑的層數(shù)比較多，在受到水平方向的負(fù)荷時(shí)候側(cè)移量比較大，很不利于建筑的穩(wěn)定性，因此，框架結(jié)構(gòu)有其相對的局限性。（二）剪刀結(jié)構(gòu)。剪刀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是整個(gè)建筑所受到的所有力，包括自己本身的承重和外部水平方向或是垂直方向的載荷，全部是有建筑墻體所承重的承受的，因此，剪刀結(jié)構(gòu)在力的傳導(dǎo)方面來說直接、均勻，不會(huì)產(chǎn)生什么沖突。此外，剪刀結(jié)構(gòu)在整體強(qiáng)度和剛度上有著十分卓越的

4、表現(xiàn)。其的整體性和延展性能很強(qiáng)，在受到較大的外部力量的時(shí)候，例如地震等，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移是易于控制的，不容易倒塌的。但是，剪刀結(jié)構(gòu)在其建筑的平面布置來說相對死板，因此，剪刀結(jié)構(gòu)的適用范圍只能在住宅和賓館等建筑。（三）框架剪刀結(jié)構(gòu)?？蚣芗舻督Y(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)和剪刀結(jié)構(gòu)中，選取各自的優(yōu)點(diǎn)所在，融合并延伸而所得的。在垂直方向的力的傳導(dǎo)上，其軸向負(fù)荷和變形主要是由框架與剪刀結(jié)構(gòu)共同來承受的，而水平方向的傳遞方面，則是通過剪刀結(jié)構(gòu)來承受的，這主要是因?yàn)榧舻督Y(jié)構(gòu)具有比較高的抗側(cè)力和強(qiáng)度?？蚣芗舻督Y(jié)構(gòu)不但在力的傳導(dǎo)過程中比較均勻和直接，而且在整體性和抗側(cè)力方面都優(yōu)于框架結(jié)構(gòu)，因此在高層建筑中比較普遍。（四）筒體結(jié)

5、構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)則是在近幾年所興起來的一種建筑結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)是以筒體為基礎(chǔ)的，其建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)秀于傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)。在高層建筑中，運(yùn)用筒子結(jié)構(gòu)能夠極大地提高整個(gè)建筑的受力性，在其他方面也是有著比較大的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)橥沧咏Y(jié)構(gòu)在力的承重和分配上更加合理，因此主要應(yīng)用在超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面上，尤其是大空間和大跨度的高層建筑。2、高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較,結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇,直接關(guān)系到建筑平面的布置立面體形、樓層高度機(jī)電管道的設(shè)置施工技術(shù)的要求施工工期長短和投資造價(jià)的高低等。其主要特點(diǎn)有:2.1水平力是設(shè)計(jì)主要因素在低層和多

6、層房屋結(jié)構(gòu)中,往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層建筑中,盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響,但水平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力,是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面,對一定高度建筑來說,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)值是隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而有較大的變化。2.2側(cè)移成為控指標(biāo)與低層或多層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大,與建筑高度

7、H的4次方成正比(s=qH4/8El):p)。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側(cè)移剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)。2.3 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。2.4 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，減輕房屋自重意味著不增加基礎(chǔ)造價(jià)和處理措施，可以多建層數(shù)

8、，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。2.5 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。2.6概念設(shè)計(jì)與理論計(jì)算同樣重要抗震設(shè)計(jì)可以分為計(jì)算設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)兩部分。高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算是在一定的假想條件下進(jìn)行的，盡管分析手段不斷提高.分析的原則不斷完善，但由于地震作用的復(fù)雜性和不確定性，地基土地影響的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)體系本身的復(fù)雜性，可能導(dǎo)致理論

9、分析計(jì)算和實(shí)際情況相差數(shù)倍之多，尤其是當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段之后，會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件局部開裂甚至破壞，這時(shí)結(jié)構(gòu)已很難用常規(guī)的計(jì)算原理去進(jìn)行分析。3、高層建筑的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3.1高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則大體上說鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑、設(shè)備和施工密切的配合，做到安全使用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)應(yīng)采用新材料新技術(shù)。更重要的是，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)符合立體布置與均勻布置。首先結(jié)構(gòu)需要是規(guī)則的。這里是指的是體型規(guī)則，如果有變化，則是有規(guī)則的漸變。其次就是需要材料布置均勻。這里指的是上下體型、剛度、承載力和質(zhì)量的分布均勻。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該是剛度下大上小，自下而上逐漸減小的。平面布置。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該是形狀簡單

10、、規(guī)則和對稱，盡量使得質(zhì)心和鋼心重合。平面突出部分不應(yīng)該過長，高層建筑不應(yīng)該采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，盡量將建筑分割成若干個(gè)比較簡單的、規(guī)則的獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元。3.2高層結(jié)構(gòu)的適用范圍目前國內(nèi)的高層建筑基本上采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)體系有:框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)框架剪力墻結(jié)構(gòu)、簡體結(jié)構(gòu)等。(1)框架結(jié)構(gòu)體系。框架結(jié)構(gòu)體系是由樓板、梁、柱及基礎(chǔ)四種承重構(gòu)件組成。由梁柱、基礎(chǔ)構(gòu)成平面框架,它是主要承重結(jié)構(gòu),各平面框架再由連續(xù)梁聯(lián)系起來,即形成一個(gè)空間結(jié)構(gòu)體系,它是高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式之一。其使用范圍:框架結(jié)構(gòu)的合理層數(shù)一般是6到15層。最經(jīng)濟(jì)的層數(shù)是10層左右。由于框架結(jié)構(gòu)能提供較大的建筑空間，平面

11、布置靈活,可適合多種工藝與使用的要求,已廣泛應(yīng)用于辦公、住宅、商店、醫(yī)院、旅館、學(xué)校及多層工業(yè)廠房和倉庫中。(2)剪力墻結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)中,由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載,剪力墻沿橫向縱向正交布置或者沿著斜交布置,它剛度大,空間整體性好,用鋼量省。歷史地震中,剪力墻結(jié)構(gòu)表現(xiàn)了良好的抗震性能,震害較少發(fā)生,而且程度也較輕微,在住宅和旅館客房中采用剪力墻結(jié)構(gòu)可以較好地適應(yīng)墻體較多、房間面積不太大的特點(diǎn)，而且可以使房間不露梁柱,整齊美觀。在框支剪力墻中,底層柱的剛度小,形成上下剛度突變,在地震作用下底層的柱子會(huì)產(chǎn)生塑性變形,因此,在地震區(qū)不允許采用這種框支剪力墻結(jié)構(gòu)。4、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗

12、震結(jié)構(gòu)4.1高層建筑結(jié)構(gòu)抗震原則由于不同地區(qū)地震烈度的不同及結(jié)構(gòu)的水平荷載作用力的存在，就需要在設(shè)計(jì)中考慮高層建筑抗震作用的影響。那么在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震作用的原則是什么？抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三水準(zhǔn)原則主要是針對地震荷載影響而提出的,通常來講，地震時(shí)建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)做到“小震不壞,中震可修,大不倒”。從而可以保證人民生命財(cái)產(chǎn)損失最低，構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的原則，使結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件為延性破壞構(gòu)件，不僅可以在平時(shí)預(yù)防結(jié)構(gòu)安全問題，地震中還可以為人們逃生贏得時(shí)間。根據(jù)實(shí)際的考察，抗震作用設(shè)計(jì)的原則包括四方面的內(nèi)容，即：結(jié)構(gòu)的整體性、結(jié)構(gòu)的簡單性、結(jié)構(gòu)的剛度、結(jié)構(gòu)的規(guī)則性與均勻性。在高層

13、建筑結(jié)構(gòu)中，樓蓋的整體性就相當(dāng)于水平隔板，使結(jié)構(gòu)的看真能力增強(qiáng)，就是當(dāng)豎向結(jié)構(gòu)抗側(cè)力分子結(jié)構(gòu)分布不均勻時(shí)，整個(gè)高層建筑依靠樓蓋使抗側(cè)力分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)同工作。同樣的，簡單的結(jié)構(gòu)能夠使得我們更好的觀測結(jié)構(gòu)的薄弱部分，即使要取相應(yīng)的措施。結(jié)構(gòu)的剛度是結(jié)構(gòu)整體性的保障。結(jié)構(gòu)的規(guī)則性與均勻性可以避免側(cè)向剛度和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)承載力的突變，簡潔的增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的抗震強(qiáng)度。4.2抗震設(shè)計(jì)在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在高層建筑的抗震概念設(shè)計(jì)應(yīng)用中，應(yīng)該對高層建筑的體型設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)的修正，保證在質(zhì)量、剛度、對稱、規(guī)則上分布均勻，保證設(shè)計(jì)的整體性，避免局部出現(xiàn)剛度過大的問題。高層建筑抗震結(jié)構(gòu)體系是抗震概念設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，抗震概念設(shè)計(jì)

14、在結(jié)構(gòu)體系上的應(yīng)用依據(jù)高層建筑物的高度以及抗震等級(jí)選擇合適的抗側(cè)力體系,通過概念近似手算確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性以及主要構(gòu)件的基本尺寸?？拐鸾Y(jié)構(gòu)方案選擇的合理性，直接影響建筑抗震概念設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與安全性。合理的選擇建筑結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)該注意以下三個(gè)方面:(1)選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，應(yīng)該對因?yàn)椴糠纸Y(jié)構(gòu)或者部分構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整體建筑結(jié)構(gòu)體系喪失對抗震能力或者重力荷載的承載能力，應(yīng)該堅(jiān)持抗震設(shè)計(jì)原則中的贅余的能和內(nèi)力重分配功能，這一原則的重要性在許多建筑物地震后的實(shí)際狀況中都得到了很好的印證;(2)選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，不僅僅應(yīng)該要求建筑體系的受力明確、受力、力路線合理。合理的地震作用傳遞途徑和明確的計(jì)算

15、簡圖，這些都應(yīng)該和不間斷的抗震分析相符合;(3)其中延性是建筑結(jié)構(gòu)中的重要特性之一結(jié)構(gòu)體系的變形能力取決于組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和連接的延性水平，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性水平，是提高高層建筑抗震設(shè)計(jì)概念在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的重點(diǎn)問題，通過采用豎向和水平向混凝土構(gòu)件，能夠增強(qiáng)對砌體結(jié)構(gòu)的約束，當(dāng)配筋砌體在地震中即使產(chǎn)生裂縫也不會(huì)倒塌或者散落，保證高層建筑早地震中不至于喪失對重力荷載的承載能力。5、結(jié)構(gòu)的選型結(jié)構(gòu)體系選型應(yīng)根據(jù)建筑高度平面形狀與體型、基本風(fēng)壓抗震設(shè)防類別抗震設(shè)防烈度、抗震性能，目條件、結(jié)構(gòu)材料和施工方法等因素,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較后確定。超高層建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合下列基本要求:具有明確的計(jì)

16、算簡圖和合理的風(fēng)荷載及地震作用傳遞途徑;具備必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、良好的變形和耗能能力、良好的屈服機(jī)制;對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取有效加強(qiáng)措施，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體系喪失承受重力、地震或風(fēng)荷載的能力。建筑和抗震性能的要求。結(jié)構(gòu)的選型應(yīng)當(dāng)綜合考慮結(jié)構(gòu)的建筑要求、規(guī)范要求抗震性能及施工方法和經(jīng)濟(jì)性等多方面。在結(jié)構(gòu)的選型中,應(yīng)當(dāng)在滿足建筑使用和外觀前提下，滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范和抗震性能的要求。我國規(guī)范在考慮結(jié)構(gòu)整體剛度、抗傾覆能力、整體穩(wěn)定、承載能力以及經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制指標(biāo)下提出了結(jié)構(gòu)的最大適用高度,使得結(jié)構(gòu)能合理的實(shí)現(xiàn)抗震性能。通過對國內(nèi)外的許多工程的總結(jié)分析，文獻(xiàn)給出了

17、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)各類結(jié)構(gòu)體系的適用高度,并將其分為共同作用、部分整體作用和整體作用三大類。經(jīng)濟(jì)性的要求。結(jié)構(gòu)的選型最重要的還要考慮經(jīng)濟(jì)性的問題。影響結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的因素有很多,結(jié)構(gòu)的高度跨度、平面形狀、規(guī)則程度、材料選用以及施工方法都是重要的影響因素。當(dāng)存在的因素發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)會(huì)發(fā)生非常大的變化。盡管影響結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的因素很多,但對超高層建筑來說抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系是影響技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的最主要因素,通過合理的平面及豎向布置,可以使結(jié)構(gòu)整體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)控制在一個(gè)比較合理的水平。創(chuàng)新與發(fā)展。隨著現(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展,超高層建筑逐漸融人了當(dāng)?shù)氐奈幕蛩?使得建筑趨向復(fù)雜。對于復(fù)雜形狀

18、的超高層建筑,傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系往往不能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要,因此需要新的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)體系來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求,從而給結(jié)構(gòu)工程師提出了新的更高的要求?？梢哉f,正是由于工程師的不斷創(chuàng)新,才使得現(xiàn)在超高層建筑由如此飛快的發(fā)展。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有唯一解,對于現(xiàn)今的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖受一些條文的限制，只要靠科研與創(chuàng)新精神,就能做到科學(xué)合理地突破規(guī)范并促進(jìn)規(guī)范的更新,也能創(chuàng)造出更先進(jìn)、更高效能的結(jié)構(gòu)體系。這一切都需要結(jié)構(gòu)工程師在已有知識(shí)的基礎(chǔ)之上,針對具體的建筑、文化等因素，因物制宜的發(fā)展和創(chuàng)新,創(chuàng)造更能體現(xiàn)建筑美和文化氣息的建筑結(jié)構(gòu)。近年來，中國的建筑行業(yè)飛速發(fā)展，高層建筑的需求已經(jīng)變得越來越大。相較于世界而言，中國已經(jīng)成為超高層建筑發(fā)展的集中營地。而超高層建筑結(jié)構(gòu)體系就需要進(jìn)一步的發(fā)展。上述分析中可得到一些基本的高層建筑結(jié)構(gòu)以及其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，和其抗震性能。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為了建筑的更好的展現(xiàn)，使得建筑同時(shí)達(dá)到內(nèi)外美的升華。這就需要將建筑與結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，即