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1、 对高层建筑结构设计进行探讨摘要：本文作者主要对高层建筑的结构设计，对国内高层建筑的四大结构体系：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构进行论述。关键词：高层建筑；结构设计；结构体系；受力分析1 高层建筑结构设计特点1.1 水平荷载成为决定因素一方面，因为结构自重和楼面荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比：而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比：另一方面，对某一高度房屋来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。1.2 轴向变形不容忽视高层建
2、筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大，还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整：另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。1.3 侧移成为控制指标高层建筑与多层建筑不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。随着房屋高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。1.4 结构延性是重要设计指标相对于多层建筑而言，高层建筑结构更“柔”一些，在地震作用下的变
3、形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取相应的措施，来保证结构具有足够的延性。2 高层建筑的结构体系2.1 高层建筑结构设计原则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，做到安全适用、技术先进、经济合理，并积极采用新技术、新工艺和新材料。高层建筑结构设计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。2.2 高层建筑结构体系及适用范围目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有：框架
4、结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、简体结构等。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，各平面框架再由梁连系起来，即形成个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，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。框架结构的缺点是：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。框架结构的适用范围：框架结构的合理层数一般是6到l5层，比较经济的层数是l0层左右。由于框架结
5、构能提供较大的建筑空间，平面布置灵活，可适合多种工艺与使用的要求，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。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”，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿纵横向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好。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，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且
6、可以使房间不露梁柱，整齐美观。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，形成部分框支¬剪力墙结构。在部分框支¬剪力墙结构中，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，在高地震烈度区一般不建议采用这种结构体系。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，可以组成框架一剪力墙结构，这种结构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
7、的办公楼和旅馆。4）筒体结构体系随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，增加密柱，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒。由一个或多个简体为主，抵抗水平力的结构称为筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒，由它受大部分水平力，周边布置大柱距的普通框架，这种结构受力特点类似框架一剪力墙结构。3 剪力墙设计中的基本概念3.1 剪力墙截面的高、宽尺寸较大但厚度较小，几何特征像板，受力形态接近于柱，而与柱的区别主要是其长度与厚度的比值，当比值小于或等于4时可按柱设计，当墙肢长与
8、肢宽之比略大于4或略小于4时可视为为异形柱，按双向受压构件设计。3.2 剪力墙结构中，墙是一平面构件，它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力：在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用下似为底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风荷载作用下剪力墙除需满足刚度、强度要求外，还必须满足非弹性变形，反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求：墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。3.3 实际工程中剪力墙分为整体墙和联肢墙：整体墙如一般房屋端的山墙、鱼骨式结构片墙及小开洞墙。整体墙受力如同竖向悬臂，当剪力墙墙肢较长时，在力作用下法向应
9、力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱，配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端；为防止剪切破坏，提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率；为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜过长，以防止截面应力相差过大。联肢墙是由连梁连接起来的剪力墙，但因一般连梁的刚度比墙肢刚度小得多，墙肢单独作用显著，连梁中部出现反弯点要注意墙肢轴压比限值。壁式框架：当剪力墙开洞过大时形成宽梁、宽柱组成的短墙肢，构件形成两端带有刚域的变截面杆件，在内力作用下许多墙肢将出现反弯点，墙已类似框架的受力特点，因此计算和构造应按近似框架结构考虑。综上所述，设计剪力墙时，应根据各型墙体的特点，不同的受力特征，墙体内力分布状态并结合其破坏形态，合理地考虑设计配筋和构造措施。4 结语随着城市化进程加速发展，全国各地的高层建筑不断涌现，作为结构设计人员，必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。
