摘 要;本文通過分析高層建筑的現(xiàn)狀，總結(jié)了高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并簡(jiǎn)要論述了現(xiàn)有的各種結(jié)構(gòu)體系及其優(yōu)缺點(diǎn)，從而進(jìn)一步完善高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，促進(jìn)高層建筑的發(fā)展。

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

　　Abstract: This article through the analysis of the status quo of high-rise building summed up the high-rise building structure design features, and briefly discusses the existing structure system and its advantages and disadvantages, so as to improve the structural design of high-rise building, promote the development of high-rise building.

　　Key words: high-rise building; structure system; characteristics of

　　中圖分類號(hào)：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104(2012)

　　高層建筑體量巨大，視覺沖擊力強(qiáng)，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代建筑技術(shù)、美學(xué)、文化等魅力，對(duì)城市形態(tài)也有重要的影響。隨著高層建筑在我國的迅速發(fā)展，高層建筑越來越多，如何正確進(jìn)行結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，以滿足“安全、經(jīng)濟(jì)、適用”的要求，也越來越成為結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)工作的主要重點(diǎn)和難點(diǎn)之所在。

　　1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　(1)平面與豎向的規(guī)則是實(shí)現(xiàn)合理設(shè)計(jì)的前提

　　對(duì)抗震有利的建筑，平面布置宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱、減少偏心。為了保證樓板在平面內(nèi)有很大的剛度，也為了防止或減輕建筑物各部分之間震動(dòng)不同步，建筑平面長(zhǎng)度和平面突出部分長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)。在規(guī)則平面中，如果結(jié)構(gòu)剛度不對(duì)稱，仍然會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。所以，在布置抗側(cè)力結(jié)果時(shí)，應(yīng)使結(jié)構(gòu)均勻分布，令荷載合力作用線通過結(jié)構(gòu)剛度中心，以減少扭轉(zhuǎn)的影響。建筑的豎向體型變化要規(guī)則、均勻，宜優(yōu)先采用矩形、梯形、三角形等均勻變化的幾何形狀，盡量避免過大的外挑和內(nèi)斂，結(jié)構(gòu)的承載力和剛度宜自下而上逐漸地減小。因?yàn)榱⒚嫘螤畹耐蝗蛔兓厝粠碣|(zhì)量和側(cè)向剛度的劇烈變化，地震時(shí)，該突變部位就會(huì)劇烈振動(dòng)或塑性變形集中效應(yīng)而加重破壞。

　　(2)穩(wěn)定和傾覆不容忽視

　　因?yàn)樵诟邔咏ㄖ薪Y(jié)構(gòu)處于豎向荷載和水平荷載的共同作用下工作。而樓房自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的值，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)生的傾覆力矩，以及由此在豎向構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比;隨著建筑物高度的增加，高寬比的加大，盡管豎向荷載對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍產(chǎn)生重要影響，但水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力隨著高度是增加起著決定性的作用，成為確定結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵性因素。因此，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是由水平荷載控制的。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。在水平荷載中，地震作用是動(dòng)力作用，而風(fēng)力作用則包含靜力作用和動(dòng)力作用。高層建筑對(duì)風(fēng)的動(dòng)力作用比較敏感，風(fēng)振作用成為結(jié)構(gòu)分析中不容忽視的因素。在風(fēng)荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側(cè)向位移與高度的四次方成正比，如果高層建筑的側(cè)移很大，其重力作用合力點(diǎn)移至基底平面范圍以外，則可能發(fā)生傾覆問題。在地震區(qū)，高層建筑往往受地震作用控制，所以計(jì)算地震對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)是高層建筑分析的重要內(nèi)容。

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

　　一般來說，一個(gè)延性結(jié)構(gòu)在地震初期，結(jié)構(gòu)所吸收的能量，是以動(dòng)能和彈性應(yīng)變能的方式暫時(shí)儲(chǔ)存于結(jié)構(gòu)內(nèi)，在一段時(shí)間后的地震中、后期，由于結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震的持續(xù)作用下，許多部位相繼屈服，于是結(jié)構(gòu)以阻尼和非彈性變形能的方式吸收并耗散能量。這樣的結(jié)構(gòu)之所以能夠耗散這樣的能量，經(jīng)受強(qiáng)震考驗(yàn)而不倒塌，是由于結(jié)構(gòu)的良好延性所提供是保證。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)延性好，變形能力強(qiáng)，則結(jié)構(gòu)吸收與耗散地震能量的能力就大。相對(duì)于較低樓房而言，高層建筑結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。因此,設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)的承載力和剛度宜自下而上逐漸減小,變化均勻,連續(xù),不要變。當(dāng)出現(xiàn)了豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)時(shí),我們應(yīng)考慮多種因素的精確分析方法,最好進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析,合理確定軟弱樓層的塑性集中變形,采取增大樓層結(jié)構(gòu)延性等措施,提高其變形能力。同時(shí),高層建筑的抗水平力構(gòu)件應(yīng)沿房屋周邊布置,以便能提供足夠大的扭轉(zhuǎn)力矩構(gòu)件沿周邊布置形成空間結(jié)構(gòu)后,也可提供較大的抗傾覆力矩來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性同時(shí)結(jié)構(gòu)還保持著相當(dāng)?shù)某休d能力以承受豎向重力荷載，以保證結(jié)構(gòu)不倒塌。

　　2高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

　　(1)框架結(jié)構(gòu)體系

　　框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)自身重量輕，適合要求房屋內(nèi)部空間較大、布置靈活的場(chǎng)合。整體重量的減輕能有效減少地震作用。如果設(shè)計(jì)合理，框架結(jié)構(gòu)的抗震性能一般較好，能達(dá)到很好的延性。但同時(shí)由于側(cè)向剛度小，地震時(shí)水平變形較大，易造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。結(jié)構(gòu)較高時(shí)，過大的水平位移引起的P-△效應(yīng)也較大，從而使結(jié)構(gòu)的損傷更為嚴(yán)重，故框架結(jié)構(gòu)的高度不宜過高。框架只能在自身平面內(nèi)抵抗側(cè)向力，必須在兩個(gè)正交方向設(shè)置框架，以抵抗各個(gè)方向的側(cè)向力。框架結(jié)構(gòu)的梁與柱不允許鉸接，必須采用剛接，使梁端能傳遞彎矩，同時(shí)使結(jié)構(gòu)有良好的整體性和較大的剛度。

　　(2)框架一剪力墻體系

　　當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時(shí)，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替，因此成為高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。從結(jié)構(gòu)體系上看既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、延性好的特點(diǎn)，也有剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大、承載力大的特點(diǎn)，是一種比較好的抗側(cè)力體系。框架部分和剪力墻部分是通過樓板連接的，在這種情況下，剛性樓板保證了在水平力下，同一樓層處剪力墻部分和框架部分的水平位移相同。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是一種雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中剪力墻的剛度大，承擔(dān)大部分層剪力，框架承擔(dān)的側(cè)向力相對(duì)較小。因此，限制了這種結(jié)構(gòu)形式的建造高度和層數(shù)。但是在承受水平力時(shí)，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。延性的抗震墻是第一道防線，令其承擔(dān)全部地震力，延性框架是第二道防線，要承擔(dān)墻體開裂后轉(zhuǎn)移到框架的部分地震剪力。

　　(3)剪力墻結(jié)構(gòu)體系

　　剪力墻即能承受豎向荷載也能抵抗側(cè)向力，由于受到樓板跨度的限制，剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置不靈活、空間局限，但由于采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，整體性好，其自身平面內(nèi)承載力和側(cè)向剛度大，平面外的承載力和剛度小，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一般不考慮墻的平面外承載力和剛度。因此，剪力墻要雙向布置，分別抵抗各自平面內(nèi)的側(cè)向力，抗震設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)力求使兩個(gè)方向的剛度接近。沿高度方向，剪力墻宜連續(xù)布置，避免剛度突變。剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的側(cè)向剛度和規(guī)整的平面布置，按照功能要求，設(shè)置自下而上的現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻，對(duì)抵抗側(cè)向風(fēng)力和地震作用是十分有利的，剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系因此它允許建造的高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于框架結(jié)構(gòu)。目前全國各地的大量高層住宅建筑，絕大多數(shù)均采用剪力墻結(jié)構(gòu)。

　　(4)簡(jiǎn)體體系

　　筒體結(jié)構(gòu)是近年來發(fā)展起來的新體系，凡采用簡(jiǎn)體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)體體系，它的出現(xiàn)滿足了高層建筑更高層數(shù)的要求，包括單簡(jiǎn)體、簡(jiǎn)體一框架、筒中筒、多束筒等多種形式。簡(jiǎn)體是一種空間受力構(gòu)件，分實(shí)腹筒和空腹筒兩種類型。實(shí)腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。無論哪一種筒體，在水平力作用下都可以看成固定于基礎(chǔ)上的箱型懸臂構(gòu)件，它比單片平面結(jié)構(gòu)具有更大的抗側(cè)剛度和承載力，并具有很好的抗扭剛度。在平面布置和滿足功能要求方面也有明顯的優(yōu)勢(shì)，為眾多高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)所采用。

　　3結(jié)語

　　建筑是凝固的藝術(shù),建筑師總是希望通過建筑物表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖,力求藝術(shù)性和實(shí)用性的完美結(jié)合。結(jié)構(gòu)師在保證安全性的前提下,當(dāng)然應(yīng)該敢于挑戰(zhàn)新的結(jié)構(gòu)形式,使建筑師的意圖得以實(shí)現(xiàn)。在今后的工作中,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要重新認(rèn)識(shí)自己工作的重要性,明確自己的責(zé)任,提高對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量安全問題的辨別能力,積累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作經(jīng)驗(yàn),使建筑物的設(shè)計(jì)更安全、更合理。