高层建筑结构体系的特点及结构体系的选择

高层建筑结构体系的特点及结构体系的选择摘要本文简要分析了目前应用较为普通的高层建筑结构体系的优缺点、适用性、经济性等方面，并探讨了高层建筑结构选型的思路和方法。关键词：高层建筑结构体系框架结构剪力墙结构框架—剪力墙结构钢结构随着世界各国建筑水平的不断提高，高层建筑顺着时代的发展趋势而生，并在现代城市建设中发挥了非常重要的作用，成为现代化大都市的重要标志。高层建筑具有低层建筑和多层建筑不可比拟的优势，它具有节约城市建设用地的作用，同时还有缩短城市公用设施建设与市政管网工程开发周期，节约市政投资的重要作用。然而高层建筑的结构体系具有很高的建筑难度。对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、筒体结构体系、钢结构体系。一.高层建筑结构体系的特点1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，房间隔墙可以随意拆改，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低，已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重;并且框架柱尺寸过大，不适合民用住宅，在地震区不宜做太高。2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”。其优点是：刚度大，空间整体性好。由于承重结构为片状的混凝土墙体，房间不见柱子的棱角，感觉更美观，比框架结构更适合用于住宅、旅馆等房屋。在历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微。缺点是：混凝土用量多，自重大，总高度通常无法超过150m。混凝土墙体为高强度承重墙体，房间不能拆改。剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成框支剪力墙结构。在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不宜采用这种框支剪力墙结构。3.框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架—剪力墙结构，这种结构优点是：既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。缺点是：混凝土用量多，自重大，总高度不宜超过150m。4.筒体结构体系。由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构;有时为了满足建筑高度要求在结构中的框架柱内添加型钢钢材，或在柱子外侧包裹型钢钢材，此类建筑常用于超高层民用建筑和地标建筑，其优点是：可以有效减小混凝土柱子的尺寸，减少结构自重，并加强柱子的抗震和承重性能，因为综合了框架剪力墙结构和钢结构的优点，此类结构在150米~300米的建筑中广泛使用，缺点较少。5.钢柱、钢梁承重，叫做钢结构。常用于厂房、超高层公建和大跨度房屋(例如体育场)。优点是自重轻，施工快。可以修建到300多米甚至更高的高度。因为是柔性结构，地震破坏力对它影响较小。缺点是钢材害怕腐蚀，建筑保养困难，而且保养费用昂贵。钢材最怕高温，火灾是钢结构房屋的天敌。二.高层建筑结构体系选择钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，并积极采用新技术、新工艺和新材料,提高建筑的安全适用性、技术先进性、经济合理性。高层建筑结构设计时应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。（1）增加抗弯结构体系的有效宽度。这里很有效的，因为增加宽度可以直接减小倾覆力，并且当其它条件不变时，侧移按宽度增加的三次方的比例减小然而，必须使加宽了的结构体系中的竖向构件连接良好，才能真正达到上述效果。（2）增大承受荷载最有效的构件的截面。例如，加大较低楼层柱子和连接大梁的翼缘截面，就能够直接减小侧向位移和增加抵抗力矩，而不会增大上层楼面的质量，否则，抗震问题将更加严重。（3）使大部分竖向荷载直接由主要抗弯构件承受。这将使主要的抗倾覆构件受到预压而有助于倾覆拉力作用下的房屋稳定。（4）在竖向结构分体系中，合理布置实心墙或者斜撑构件，可以最有效地抵抗每层楼的局部剪力。完全用抗弯的竖向构件来抵抗这些剪力通常不经济的，因为使柱及梁有足够的抗弯能力，比用墙或斜撑需要更多的材料和施工工作量。（5）每层楼盖应足以起水平隔板的作用。这可以使各抵抗外力的构件共同工作，而不是单独工作。（6）将大型竖向和水平构件联结成巨型框架。诸如，在两个或更多的电梯井间每隔若干层用重型楼盖结构体系或非常大的梁式析架连接起来。所有高层建筑基本上都是支承在地面上的竖向悬臂结构。当合理使用上述原则时，由墙、核心筒、框架、筒式结构和其它竖向结构分体系可以得到所希望的结构方案，从而真正实现建筑的安全适用性、经济合理性。三.毕业设计我的毕业设计题目是沈阳市金鑫宾馆设计，层数16层，建筑面积9000平方米，主体结构采用框架-剪力墙结构，基础采用桩基础。主要承重由柱支撑，在框架结构中布置一定数量的剪力墙，这种结构优点是：既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。参考文献[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[3]赵西安,高层建筑结构实用设计方法,同济大学出版社,1998