高层建筑结构体系简介

高层建筑结构体系简介（精选10篇）

高层建筑结构体系简介 第1篇

1 高层建筑结构设计特点

高层建筑在其结构设计阶段十分重要, 需要考虑水平荷载、轴向变形、建筑物的侧移、结构的延性等方面的因素。

对于水平荷载需要注意两个方面的因素, 其一, 对于一定高度楼房, 竖向荷载基本上是定值, 作为水平荷载的风荷载和地震作用, 其数值随结构动力特性的不同而有大的幅度的变化。另外一方面, 因为楼房的自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值, 与楼房高度成正比, 而水平荷载对结构产生倾覆力矩, 及由此在竖构件中引起的轴力, 是与楼房高度的二次方成正比。

对于高层建筑的轴向变形, 主要考虑构件剪力和侧移产生较大的影响, 与考虑构件竖向变形相比较, 会得出偏于不安全的结果。另外对于竖向荷载数值较大, 能够在柱中引起较大轴向变形, 从而对连续梁弯矩产生较大影响, 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较大的影响, 根据轴向变形计算值, 对下料的长度进行调整。

关于高层结构还需要考虑建筑会出现的侧移现象, 因为随着楼房高度的不断增加, 水平荷载下结构的侧移变形迅速增大, 结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度内。与较低的楼房不同的是, 结构侧移已经成为高楼结构设计中的关键因素。所以还需要了解结构的延性, 为了使得建筑物牢固、可靠, 具有很强的变形能力不会出现楼体倒塌等严重事故, 就需要注意结构的延性。因为结构在进入塑性变形阶段后依然具有比较强的变形能力这就必须在构造上采取恰当的措施, 以确保建筑结构具有足够的延性能力。相对较低的楼房, 高楼结构在地震作用下的变形更大。

2 高层结构的剪力墙

很多人只看到高层建筑物, 但还不明白其构造原理。现今的高层建筑, 很多都是剪力墙构造的。那么什么是剪力墙呢?它有什么样的结构效能呢?一般建筑物中的竖向承重构件都是由墙体承担的, 这种墙体既要承担水平构件传来的竖向重力, 还要承担风力或地震作用传来的水平方向的地震作用力。剪力墙由此而生, 这种墙体除了最基本的能避风避雨外, 还能抗震。高层的剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙, 在设计墙体的时候, 要考虑平面布置和结构布置两方面的因素, 需要同时满足这两方面的要求。高层建筑的剪力墙结构体系要求有很好的承载能力, 并且要具有较好的整体性和空间性能, 相对框架结构而言, 剪力墙要有较好的抗侧能力, 那么对于高层建筑就需要选用剪力墙结构。高层建筑的剪力墙结构优点有侧向刚度大, 在水平荷载作用下侧移小, 但是其缺点是剪力墙的间距有一定限制, 建筑平面布置不是很灵活, 不适合要求大空间的公共建筑, 另外结构自重也较大, 灵活性相对而言比较差。一般适用住宅、公寓和旅馆。剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板, 可以不设梁, 所以空间利用比较好, 可以节约一些高层建筑的成本。

剪力墙所承受的竖向荷载, 一般是结构自重和楼面荷载, 通过楼面传递到剪力墙。竖向荷载除了在连梁 (门窗洞口上的梁) 内产生弯矩以外, 在墙肢内主要产生轴力。可以按照剪力墙的受荷面积简单计算。框架结构和剪力墙结构, 两种结构体系在水平荷载下的变形规律是完全不相同的。框架的侧移曲线是剪切型, 曲线凹向原始位置;而剪力墙的侧移曲线是弯曲型, 曲线凸向原始位置。在框架-剪力墙 (以下简称框-剪) 结构中, 由于楼盖在自身平面内刚度很大, 在同一高度处框架、剪力墙的侧移基本相同。这使得框-剪结构的侧移曲线既不是剪切型, 也不是弯曲型, 而是一种弯、剪混合型, 简称弯剪型。假设有向右的水平力作用与结构, 在结构底部, 框架将把剪力墙向右拉;在结构顶部, 框架将把剪力墙向左推。因而, 框-剪结构底部侧移比纯框架结构的侧移要小一些, 比纯剪力墙结构的侧移要大一些;其顶部侧移则正好相反。框架和剪力墙在共同承担外部荷载的同时, 二者之间为保持变形协调还存在着相互作用。框架和剪力墙之间的这种相互作用关系, 即为协同工作原理。

3 现实中高层建筑剪力墙设计的实例

高层剪力墙要考虑建筑物的布置、配筋结构、墙体钢筋配置、边缘构件的设置和合理的配筋因素, 这些都是高层建筑中需要认真考虑的环节。对于高层建筑的剪力墙其布置要合理匀称, 要求其整个建筑物的刚心和质心重合, 至少要趋于重合, 并且其水平方向的两个轴的刚重要比较接近。

关于高层建筑中剪力墙的布置必须均匀合理, 使整个建筑物的质心和刚心趋于重合, 且水平方向两个轴的两向的刚重比的值是比较接近的。我们设置一栋高层建筑时候, 其结构布置必须要避免出现一字型的剪力墙, 因为那样的墙抗震效果不理想, 同时也注意不要出现长墙, 长墙也不利抗震效果。应该避免楼面的主梁平面外搁置在剪力墙上, 如果无法避免则需要将剪力墙的适当部位设置成暗柱, 当梁的高度大于墙体的厚度的2.5倍时, 就必须计算暗柱的配筋参数, 由于高层建筑物的转角处应力比较集中, 如果可以的话两个方向都要布置成长墙, 所以高层建筑物的转角处的墙肢应该尽可能的长。

对于墙体的配筋, 结构要设置得合理才能控制剪力墙的配筋, 这么做可以节约建筑成本, 且安全耐用。高层建筑剪力墙的墙体配筋, 一般要求水平钢筋放在外侧, 竖向钢筋放在内侧, 这样便于施工。同时其配筋要能满足计算和规范建议的最小配筋率要求。对于剪力墙体的边缘构件, 要求对于一、二级的抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件。对于普通的剪力墙, 其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率, 为了能保证质量和安全, 根据个人经验建议对于加强区应该加强0.7%, 而一般的部位应该加强0.5%。但是, 对于短肢的剪力墙, 控制配筋率加强区应该加强1.2%, 其一般部位应该加强1.0%。特别注意, 对于小墙肢其受力性能较差, 应严格按高规控制其轴压比, 宜按框架柱进行截面设计, 并应控制其纵向钢筋配筋率加强区应该加强1.2%, 一般部位应该加强1.0%;而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体, 设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋。

摘要：文章介绍了高层建筑的起源及应用面的广泛, 在现代建筑中高层建筑处处可见, 且高层的建筑物越来越多了。从高层建筑结构设计的特点、剪力墙的设计和建筑实例中都进行了详细的描述, 具有一定的参考价值。

关键词：建筑结构,高层结构设计与分析,剪力墙

参考文献

[1]曹静, 陈兰.某高位转换层框支剪力墙结构设计与分析[A].庆祝刘锡良教授八十华诞暨第八届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C], 2008.[1]曹静, 陈兰.某高位转换层框支剪力墙结构设计与分析[A].庆祝刘锡良教授八十华诞暨第八届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C], 2008.

高层建筑的水平结构体系有哪些？ 第2篇

水平结构即指楼盖及屋盖结构，在高层建筑中，水平结构除承受作用于楼面或屋面上的竖向荷载外，还要担当起连接各竖向承重构件的任务。作用在各榀竖向承重结构上的水平力是通过楼盖及屋盖来传递或分配的，特别是当各榀框架、剪力墙结构的抗侧刚度不等时，或当建筑物发生整体扭转时，楼盖结构中将产生楼板平面内的剪力和轴力，以实现各榀框架、剪力墙结构变形协调、共同工作。这就是所谓的空间协同工作或空间整体工作。另外，楼盖结构作为竖向承重结构的支承，使各榀框架、剪力墙不致产生平面外失稳。

基于高层建筑结构在侧向力作用下空间协同工作的合理性，在高层建筑结构分析时，常常采用楼盖结构在其自身平面内刚度为无穷大的假定，

因此，高层建筑楼盖结构型式的选择和楼盖结构的布置，首先应考虑到使结构的整体性好、楼盖平面内刚度大，使楼盖在实际结构中的作用与在计算简图中平面内刚度无穷大的假定相一致。其次，楼盖结构的选型应尽量使结构高度小、重量轻。因为高层建筑层数多，楼盖结构的高度和重量对建筑的总高度、总荷重影响较大。建筑总高度大，则相应 的结构材料，装饰材料，设备管线材料、电梯提升高度都将增大。建筑总荷重则影响到墙柱截面尺寸、地基处理费用及基础造价等。另外，楼盖结构的选型和布置还要考虑到建筑使用要求、建筑装璜要求、设备布置要求及施工技术条件等。高层建筑楼盖结构的型式很多，按施工方法一般可分为现浇楼盖、叠合楼盖、装配整体式楼盖及组合楼盖等，详见第12章。

高层建筑结构特点及其体系 第3篇

【关键词】高层建筑；结构特点；结构体系

随着城市化进程加速发展，全国各地的高层建筑不断涌现，作为土建工作设计人员，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。

1.高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有：

1.1水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向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、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，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，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

1.2侧移成为控指标

与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（△=qH4/8EI）。

另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：

（1）因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。

（2）使居住人员感到不适或惊慌。

（3）使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。

（4）使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。

1.3抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

1.4减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要

高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。

地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。

1.5轴向变形不容忽视

采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

1.6概念设计与理论计算同样重要

抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的，尽管分析手段不断提高，分析的原则不断完善，但由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。

2.高层建筑的结构体系

2.1高层建筑结构设计原则

（1）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。

（2）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：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。

2.2.1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。

2.2.2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，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量省。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，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。

2.2.3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。

2.2.4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，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有：

（1）框架—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—剪力墙结构，目前南宁市的地王大厦也用这种结构。

（2）筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒为密柱（通常柱距不大于3米）组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门密洞口面积小（一般不大于墙体面积50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空间整体作用，类似一个多孔的竖向箱形梁，有很好的抗风和抗震性能。

（3）成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体，每个筒体都比较小，这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。

（4）巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱（通（下转第335页）（上接第245页）常由电梯井或大面积实体柱组成）以及巨梁（每隔几层或十几个楼层设一道，梁截面一般占一至二层楼高度）组成一级巨型框架，承受主要水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成二级结构，它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。

复杂高层建筑结构抗震分析方法简介 第4篇

改革开放以来, 中国各地兴建了大量的高层建筑, 高度不断增加, 功能也越来越复杂。而中国作为一个地震多发国家, 对复杂的高层建筑的抗震设计理应更加重视。

JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程规定了带加强层的结构、带转换层的结构、连体结构、错层结构、竖向体型收进、悬挑结构等为复杂高层建筑结构。建设部在2003年发布的《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》第111号部令, 从建筑的高度、平面规则性、竖向规则性三个方面定义了超限高层建筑, 并对其抗震设计方法及要求做出相应规定。

2 建筑抗震设计理论

近现代抗震设计理论体系大概有以下几种:

1) 静力理论。静力理论始于20世纪初, 它假定地震力水平作用于结构质心, 而结构为一刚性受力体, 地震力的大小为结构重量与地震影响系数的乘积。2) 反应谱理论。反应谱理论是于20世纪中期, 是在结构动力特性研究的基础上发展起来的理论, 它是首次将地面振动与结构动力特性综合考虑的一种理论方法。目前一般计算软件所采用的振型分解反应谱法即属于此类。3) 动力理论。动力理论是20世纪70年代~20世纪80年代开始应用的理论。随着结构的线性与非线性理论发展, 以及电子计算机技术的应用普及, 人们开始可以进行更复杂而准确的计算模拟。另外动力理论也得益于地震反应记录的不断增多。它把地震视作一个时间过程, 输入地震动加速度时程, 计算每一时刻建筑物的地震反应, 来进行抗震设计。4) 基于性能的抗震设计理论。20世纪90年代, 抗震性能化设计方法成为新发展方向。所谓性能设计, 即根据设定的不同的性能目标, 通过计算分析找出薄弱部分, 并采用加强措施。中国早期的抗震规范的“三水准”的要求, 就是属于一般情况的性能设计目标。新版GB 50011—2010建筑抗震设计规范提出的性能化设计, 则更为明确, 更具操作性。

3 复杂高层建筑结构抗震分析方法比较

《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》对不同建筑结构应采用哪种抗震分析方法作了相应的规定。选取正确的抗震分析方法是建筑结构抗震设计的关键。

1) 底部剪力法。

GB 50011—2010建筑抗震设计规范对底部剪力法的适用范围有明确规定:

根据条文第5.1.2条第一款的规定, 只有高度低于40 m, 沿高度方向刚度、质量均匀分布, 且以剪切变形为主的建筑结构, 方可采用此法。底部剪力法是一种简化的静力计算方法, 可在静力的概念上把握结构的抗震能力, 但对于复杂高层建筑结构, 底部剪力法显然不能正确分析地震响应。

2) 反应谱方法。

GB 50011—2010建筑抗震设计规范规定, 除了适用于底部剪力法的结构外, 其他均宜采用振型分解反应谱法。

反应谱法考虑了地震动特征和结构自身动力特性之间的关系, 并将复杂的动力问题静力化。在振型组合时, 当相邻振型的周期比为0.85时, 耦联系数大约为0.27, 采用SRSS方法进行振型组合误差较小。但当结构各振型频率较接近时, SRSS的计算会有较大误差, 此时应采用CQC方法。

反应谱法实为一种拟静力方法, 无法反映地震动时间性和结构非线性的影响, 也无法找出薄弱部位。

3) 时程分析方法。

GB 50011—2010建筑抗震设计规范规定, 甲类建筑、特别不规则的建筑、高度超限的建筑, 应采用时程分析法。

时程分析法, 是一种依据材料及构件的性能对结构动力方程求解的方法。该法综合考虑了场地环境以及地震动频率、持时、振幅三要素的影响进行结构的非线性分析, 是一种真正的动力分析方法。但是时程分析法需要输入实际或人工模拟地震波, 而不同的地震波所引起的结构反应差别很大。因此在工程实际应用中, 当无合适地震波时, 较难保证结果的准确性。同时, 该方法计算量大, 因此一般作为反应谱法等其他简化分析方法的补充, 以校核结构薄弱部位, 分析能力损伤, 避免大震倒塌等。

4) 静力弹塑性分析方法。

《建筑抗震设计规范》规定了对于特定的建筑结构需进行弹塑性变形分析。如今, 静力弹塑性分析方法 (Pushover) 已成为抗震性能分析的常用方法。

Pushover分析方法是将单调增加的水平荷载, 通过一定模式施加在结构上, 进行非线性静力分析。通用建立能力谱和需求谱曲线, 以确定结构性能点, 并对结构位移、构件变形等进行评价。在水平荷载施加的推覆过程中, 注意塑性铰出现的顺序及状态, 并在设计中采用局部加强措施保证结构的弹塑性性能满足要求。

5) 增量动力分析方法。

增量动力分析 (IDA) 方法是一种评价结构抗震性能的动力分析方法, 近几年才逐渐被应用于工程实际。它是一种基于弹塑性时程分析结果的参数分析方法。IDA方法是将地震动的加速度与一系列比例系数 (scale factor) 相乘, 从而得出多组不同强度的地震动, 然后在此地震动基础上, 对结构进行非线性、动力时程分析。通过绘制地震动强度 (ground motion intensity measure) 曲线、结构性能参数 (damage measure) , 进而得出在地震作用下, 结构破坏的全过程。

IDA方法相比于Pushover, 引入了增量动力概念, 故也称之为“动力推覆方法”。

4 结语

结构抗震设计中, 各种分析方法有着各自的优缺点和适用条件。简单来说, 底部剪力法是最简化的方法, 计算量小, 但适用条件有限;振型分解反应谱法概念明确, 计算也较便捷, 是目前最通用的抗震设计计算方法, 但忽略了地震的动力特性, 在高层复杂结构抗震计算方面存在问题;时程分析法在计算理论上更合理, 但需要足够多并且合理的地震时程波输入, 计算量大, 效率低;静力弹塑性分析方法和动力增量法可进行建筑的弹塑性分析, 能反映结构的非线性变形情况, 是性能化设计的必要手段。其中静力弹塑性分析方法计算量相对较小, 能较快地对结构的抗震性能做出评估, 但不能解决复杂不规则、超高层及长周期结构的问题。在各种弹塑性分析方法, 理论上来说, 动力增量分析方法是最精确的。但同动力时程分析方法一样, 也存在计算量大、阻尼比难以精确确定、地震波选择困难等缺点。

摘要：简要介绍了复杂高层建筑结构包含的内容, 结合近现代抗震设计理论体系, 对底部剪力法、反应谱方法、时程分析方法、静力弹塑性分析方法、增量动力分析方法五种复杂高层建筑结构抗震分析方法作了比较, 得出了一些有实用价值的结论。

关键词：复杂高层建筑结构,抗震分析方法,理论,设计

参考文献

[1]JGJ 3—2010, 高层混凝土结构技术规程[S].

[2]GB 50011—2010, 建筑抗震设计规范[S].

[3]周颖, 吕西林, 卜一.增量动力分析法在高层混合结构性能评估中的应用[J].同济大学学报, 2010 (2) :53-55.

浅谈高层剪力墙结构体系 第5篇

关键词：高层剪力墙结构结构体系

0 引言

随着国家经济的发展，城市化进程加快，多层的砖混或框架结构已经逐渐不能满足城市发展的需求，剪力墙结构越来越多的出现在建筑行业里，其中以住宅居多，然而随着人们对住宅使用功能要求的日渐增加，也给剪力墙设计带来了不少的难度，现对高层剪力墙结构设计的一些特点和常见问题做如下介绍并提出一点解决意见。

1 剪力墙结构形式特点

1.1 用钢筋混凝土剪力墙抵抗竖向荷载和水平荷载的结构称为剪力墙结构。现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好，抗侧移刚度大，承载力大，在水平力作用下侧移小，经过合理设计，能设计成抗震性能好的钢筋混凝土延性剪力墙。由于这种结构形式侧向变形小，承载力大，且有一定的延性，在历次大地震中，剪力墙结构破坏较少，表现出令人满意的抗震性能（但仅就延性而言，剪力墙不如框架结构）。剪力墙结构中，剪力墙间距一般较小，平面布置不够灵活，建筑空间受到限制是它的主要缺点，因此它在商场等公共建筑中应用较少，而在住宅，公寓，饭店等建筑中应用广泛。

1.2 悬臂剪力墙是剪力墙结构中的基本形式，各个悬臂剪力墙肢通过合理的结构布置构成了建筑结构的主体。悬臂剪力墙的破坏形式主要有弯曲破坏，剪切破坏和滑移破坏（剪切滑移或施工缝滑移），就单片悬臂剪力墙而言，它是一个静定结构，只要有一个截面达到极限承载力，构件就丧失了承载能力，在水平荷载作用下，剪力墙的弯矩和剪力都在基底部位最大，因而，墙肢底截面是设计的控制断面。对于剪力墙截面沿高度变化的位置，也应作为控制截面来验算承载力。

1.3 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构件，当剪力墙墙肢较长时，在力作用下法向应力呈线性分布，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。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。当墙肢较小时，要注意墙肢轴压比限值。

1.4 壁式框架：当剪力墙开洞过大时，形成由宽梁、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，应根据各类型墙体的特点，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。

2 结构布置注意事项

2.1 高层剪力墙结构应具备较好的空间工作性能，《高规》7.1.条规定，剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，并宜使两个方向刚度接近。抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单，规则。同时，剪力墙的侧向刚度不宜过大。

2.2 剪力墙结构的抗侧力刚度和承载力均较大，为充分利用剪力墙的这一特征，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，以便使结构具备适宜的侧向刚度。

2.3 在结构布置过程中，应避免布置墙肢长度过长（≥8m）的墙体。当有少量墙肢长度大于8m时，计算中，楼层剪力主要由这些大的墙肢承受，其他小的墙肢承受的剪力很小，一旦地震，尤其超烈度地震时，大墙肢容易遭受破坏，而小的墙肢又无足够配筋，整个结构容易被各个击破,这是极不利的。所以，对于大的剪力墙墙肢，应采用留置结构洞口（洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁），把长墙肢分解成合理的墙肢长度，调整其刚度。

2.4 剪力墙的门窗洞口宜上下对其，成列布置，形成明确的墙肢和连梁。当无法上下对其，成列布置时，应按有限元方法仔细计算分析，并在洞口周边采取加强措施。

3 结构构件延性设计

要使悬臂剪力墙具有延性，就要控制塑性铰在某个恰当的部位出现；在塑性铰区域防止过早出现剪切破坏（即强剪弱弯设计），并防止过早出现锚固破坏（强锚固）；在塑性铰区域改善抗弯及抗剪钢筋构造，控制斜裂缝开展，充分发挥弯曲作用下抗拉钢筋的延性作用。悬臂剪力墙的塑性铰通常出现在底截面，因此，剪力墙底部应设置加强区，加强范围不宜小于H/8(H为剪力墙总高)，也不小于底层层高。当剪力墙高度超过150m时，其底部加强部位的范围可取墙肢总高度的1/10。影响墙肢延性的因素主要有：①剪力墙截面有、无翼缘对剪力墙延性影响很大。当截面没有翼缘时，延性较差。有了翼缘或端柱后，延性大为提高。②剪力墙随轴力增大，延性降低。③当钢筋总量不变，但端部钢筋与分布钢筋的分配比例不同时，墙肢延性不同。在规范许可条件下，适当增加端部钢筋，减少分布钢筋，即可提高承载力，又可提高延性。④设置约束边缘构件是提高延性的有效方法。

4 结构设计中的一些常见问题及构造措施

4.1 带转角窗剪力墙结构设计 现在建筑设计为了追求采光及通透性，经常在建筑角部设置转角窗。但转角窗在结构角部设置转角洞口，对主体结构的抗扭性能影响大，容易造成地震中的结构扭转破坏，所以在结构设计中要对转角窗位置特别注意，采取有效加强措施：①宜提高角窗两侧墙肢抗震等级；②加强两端暗柱配筋，特别是箍筋；③在板内设置暗梁，提高整体性；④转角窗房间的楼板宜适当加厚、板配筋采用双向双面设置；⑤抗震计算时应考虑扭转耦联的影响；⑥加强角窗窗台连梁的配筋及构造。

4.2 连梁抗剪强度不足问题 连梁抗剪强度不足是剪力墙结构设计经常出现的问题，破坏时产生脆性的剪切破坏,不符合规范的强剪弱弯要求，也不能形成作为第一道耗能防线的弯曲破坏，遇到这种情况，应从两方面着手解决：

4.2.1 降低连梁刚度，调整结构布置，减少该连梁承担的地震作用 ①调整结构布置，使水平荷载分配合理，从而减小连梁承受的剪力。②对连梁刚度折减，通过调整连梁刚度折减系数来调整连梁承受的剪力。③调整连梁高度和洞口宽度，从截面上调整连梁刚度。④对于截面较高的连梁，通过连梁设水平缝，将一道高度为h连梁设置为两道高度为h/2的连梁，从而减小刚度，避免承担过多的地震力。

4.2.2 提高连梁抗剪承载力 ①提高混凝土强度等级；②当连梁破坏对承受竖向荷载无大影响时，可考虑在大震作用下该联肢墙的连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次结构内力分析（第二道防线），墙肢应按两次计算所得的较大内力配筋。即可将超筋部位连梁两端按铰接处理进行整体计算，但应注意，按此方法处理后计算结果层间位移比尚须满足规范要求，连梁满足竖向承载力要求即可，施工时仍为整浇，上部钢筋按构造设置。

5 结语

在高层剪力墙结构设计中，我们每一个设计者都应该本着精心设计的原则，考虑多方面因素，确定出合理的结构布置方案，只有这样，我们才能把握好每个细节，做出安全合理的建筑结构。

参考文献：

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）》.

[2]《全国民用建筑工程设计技术措施（结构）》.

[3]黄市敏，杨沈.《建筑震害与设计对策》.

[4]徐有邻，周氐.《混凝土结构设计规范理解与应用》.

[5]《高侧建筑结构概念设计》.

高层建筑结构体系研究分析 第6篇

关键词：建筑结构,框架结构,剪力墙结构

1 框架结构体系

与多层框架结构体系相似，高层建筑中框架结构体系也由纵、横向框架所组成，形成空间框架结构，以承受竖向荷载和水平力的作用。与其他高层建筑结构体系相比，框架结构具有布置灵活、造型活泼等优点，容易满足建筑使用功能的要求，如会议厅、休息厅、餐厅和贸易厅等的布置。同时，经过合理设计，框架结构可以具有较好的延性和抗震性能。但框架结构构件断面尺寸较小，结构的抗侧刚度较小，水平位移大。在地震作用下容易由于大变形而引起非结构构件的损坏，因此其建设高度受到限制，一般在非地震区不宜超过60m，在地震区不宜超过50m。

2 剪力墙结构体系

剪力墙结构是利用建筑物的外墙和永久性内隔墙的位置布置钢筋混凝土承重墙的结构，剪力墙既能承受竖向荷载，又能承受水平力。一般来说，剪力墙的宽度和高度与整个房屋的宽度和高度相同，宽达十几米或更大，高达几十米以上。而它的厚度则很薄，一般为160～300mm，较厚的可达500mm。

剪力墙的主要作用是承受平行于墙体平面的水平力，并提供较大的抗侧力刚度，它使剪力墙受剪且受弯，剪力墙也因此而得名，以便与一般仅承受竖向荷载的墙体相区别。在地震区，该水平力主要由地震作用产生，因此，剪力墙有时也称为抗震墙。

剪力墙的横截面 (即水平面) 一般是狭长的矩形。有将纵横墙相连，则形成工形、Z形、L形、T形等。剪力墙厚度不应由小于楼层高度的1/25及160mm，前者主要是为了防止剪力墙在两层楼盖之间发生失稳破坏，后者主要是为了保证墙体混凝土浇筑的施工质量。当建筑物高度较大时，剪力墙厚度不应由其承载力的抗侧刚度决定。剪力墙上常因开门开窗、穿越管线而需要开有洞口，这时应尽量使洞口上下对齐、布置规则，洞与洞之间、洞到墙边的距离不能太小。避免在内纵墙与内横墙交叉处的四面墙上集中开洞，形成十字形截面的薄弱环节。

剪力墙结构常被用于高层住宅和旅馆建筑中，因为这类建筑物的隔墙位置较为固定。从建筑体型看，高层建筑可分为板式与塔式两种。

因为地震对建筑物的作用方向是任意的，因此，在建筑物的纵横两个方向都应布置剪力墙，且各榀剪力墙应尽量拉通对直。

在竖向，剪力墙应伸至基础，直至地下室底板。避免在竖向出现结构刚度突变。但有时，这一点往往与建筑要求相矛盾。例如，在沿街布置的高层住宅中，往往要求在建筑物的底层或底部若干层布置商店，以方便居民购物，满足城市规划中商业网点的布局要求，在结构布置时，可将部分剪力墙落地、部分剪力墙在底部改为框架，即成为框支剪力墙结构。

这时就整个结构受力性能而言，与剪力墙结构体系有所不同，故常称为底部大空间剪力墙结构。

在进行底部大空间剪力墙结构布置时，应控制建筑物沿高度方向的刚度变化不要太大。因为部分剪力墙在底部被取消，从而使结构刚度突然受到削弱，这时应采取措施，例如增加落地剪力墙的厚度，提高落地剪力墙的混凝土强度等级，把落地剪力墙布置成筒状或工字形等来增加结构底部的总抗侧刚度，使结构转换层上下刚度较为接近。同时应控制落地剪力墙的数量与间距，框支剪力墙榀数不宜多于同一方向上全部剪力墙榀数的50%，落地剪力墙的间距不宜大于建筑物宽度的2.5倍。此外要提高转换层附近楼盖的强度及刚度，板厚不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜低于C30级，并应采用双向上下配筋率不宜小于0.25%。

剪力墙结构在竖向荷载作用下受力情况较为简单，各榀剪力墙分别承受各层楼盖结构传来的作用力，剪力墙相当于一受压柱。在水平荷载作用下，剪力墙的受力较为复杂，其受力性能主要与开洞大小有关。当剪力墙开洞较小时，剪力墙的整体工作性能较好，整个剪力墙犹如一个竖向放置的悬臂杆，剪力墙截面内的正应力分布在整个剪力墙截面高度范围内呈现线性分布或接近于线性分布。这类剪力墙称为整截面剪力墙。如果剪力墙开洞面积很大，联系梁和墙肢的刚度均比较小，整个剪力墙的受力与变形墙称为壁式框架。几乎每层墙肢均有一个反弯点，这类剪力墙称为壁式框架。当剪力墙开洞介于两者之间时，则剪力墙在侧向荷载作用下的受力特性也介于上述两者之间。这时整个剪力墙截面上的正应力不再呈线性分布，由于联系梁的抗弯刚度的作用，会在墙肢顶部的某几层内产生反弯点，但在底部一般不会有反弯点出现，墙肢内的弯矩分布不再像悬臂杆一样呈光滑的抛物线，而呈锯齿状分布。根据边梁刚度的大小，这一范围内的剪力墙可分为整体小开口剪力墙和双肢剪力墙。另外，如联系梁的刚度很小，仅能起到传递推力的作用，而墙肢的刚度相对较大，则联系梁对墙肢弯曲变形的约束作用很小，仅能起到传递推力的作用，每个墙肢相当于一个肢共同承担，每个墙肢的正应力呈线性分布。

3 框架剪力墙结构

框架剪力墙结构体系是由框架和剪力墙共同作为承重结构的受力体系。它克服了框架结构抗侧力刚度小的缺点，弥补了剪力墙结构开间过小的缺点，既可使建筑平面灵活布置，又能对常见的30层以下的高层建筑提供足够的抗侧刚度。因而在实际工程中被广泛应用。框架剪力墙结构布置的关键是剪力墙的数量及位置。从建筑布置角度看，减少剪力墙数量则可使建筑布置更灵活。但从结构的角度看，剪力墙往往承担了大部分的侧向力，对结构抗侧刚度有明显的影响，因而剪力墙数量不能过少。

为了保证框架与剪力墙能够共同承受侧向荷载作用，楼盖结构在其平面内的刚度必须得到保证。当在侧向荷载作用下，楼盖结构可看成是一根水平放置的深梁，协调各榀框架和剪力墙之间的变形，要保证框架与剪力墙在侧向荷载作用下变形一致。

剪力墙应沿房屋的纵横两个方向均有布置，以承受各个方向的地震作用与风荷载，横向剪力墙宜布置在房屋的平面形状变化处、刚度变化处、楼梯间及电梯间，以及荷载较大的地方。同时，剪力墙应尽量布置在建筑物的端部附近。

框架剪力墙结构在竖向荷载作用下共同承受各层楼盖结构所传来的荷载，对于现浇楼盖一般可按受荷面积分配。在侧向荷载作用下，总的荷载在各榀框架与剪力墙之间就不能按受荷面积分配，建筑平面两道剪力墙只有1/4的受荷面积，而事实上，大部分荷载是由剪力墙结构承担的。

结构一般采用协同工作原理，即把楼盖结构平面内的刚度成为无穷大，在结构发生侧向变位时，楼盖结构仅作刚体位移。在没有扭转的情况下 (荷载对称、结构布置对称) 可把所有的框架等效成一综合剪力墙，综合框架与综合剪力墙之间用刚性连杆。这样就把实际的空间结构简化成平面结构分析。

很显然，作用在整个空间剪力墙结构上的荷载由综合剪力墙与综合框架共同承担，但是外荷载在综合剪力墙与综合框架之间的分配，沿高度方向是变化的。在结构顶部，框架承受较大的外荷载，剪力墙可能会受到与外荷载作用方向相反的力的作用，而在结构的底部，剪力墙承受较大的外荷载，框架所受到的作用力与外荷载的作用方向相反

参考文献

高层结构体系的选择 第7篇

关键词：高层建筑,结构体系,建筑功能,抗震烈度

随着建筑高度的增加,给设计带来的不仅是防火疏散和设备复杂的问题,结构受力也明显不同于多层:水平力成为结构设计的控制因素,因此相继出现了框架、剪力墙、筒体等不同的结构体系,每种结构都有其独特的性能特点,有不同的适用范围。因此,结构设计要充分考虑多种因素。

1 常用的高层钢筋混凝土结构体系

1)框架结构。框架结构是指由梁和柱组成的空间体系,它的特点是建筑平面布置灵活,可以取得较大的使用空间,具有较好的延性。但其整体侧向刚度较小,在强烈地震作用下侧向变形较大,非结构构件破坏比较严重,不仅地震中危及人身安全和财产损失,而且震后的修复工作和费用也很大。此种结构在水平荷载下结构的侧向变形特征为剪切型。这种结构一般用于多层或低烈度小高层建筑。2)剪力墙结构。剪力墙结构是指由不同方向而且有一定长度的墙体,通过墙墙相交或梁墙相连组成的空间结构,它刚度大,空间整体性好,在水平力作用下侧向变形小,有利于避免设备管道及非结构构件的破坏,由于没有梁、柱等构件的外露与凸出,空间使用效率高。这种结构形式的缺点是受平面布置的限制,不能提供较大的使用空间,结构自重较大。在水平荷载作用下,剪力墙结构的侧向变形特征为弯曲型。剪力墙结构适用于高度较高的高层建筑,这种结构多用于住宅等建筑中。3)框架—剪力墙结构。框架—剪力墙结构可以理解为把框架结构中的柱换为墙体,或理解为把剪力墙中的部分墙体更换为柱子,因此这种结构既具有框架结构布置灵活、使用空间较大的特点,又具有结构刚度较大,多道抗震防线和良好的抗震性能,应用范围较为广泛。缺点是由于建筑使用功能要求,剪力墙的平面布置往往受到限制,可能会造成结构的偏心过大,结构的平面不规则等。在水平荷载作用下,框架—剪力墙结构的侧向变形特征为弯剪型。这种结构的设计高度介于框架结构和剪力墙结构之间。4)筒体结构。当把较长的墙体相连形成围合结构的时候,筒体结构就形成了,根据筒体形成的多少和方式,可把筒体结构分为:框架—核心筒结构,筒中筒结构和多筒结构。框架—核心筒结构是由布置在楼层中央由剪力墙围成的核心筒和建筑四周的稀疏框架形成空间体系,它具有较大的抗侧力刚度和承载力,框架—核心筒结构的周边为较大柱距的框架,结构的受力特点类似于框架—剪力墙。图1[1]为典型的框架—核心筒结构的标准层平面图。上海30层、1 065 m的联谊大厦为我国最早的框架—核心筒结构,中央的剪力墙围成核心筒,四周稀疏的框架形成的空间体系。筒中筒结构的内筒与框架—核心筒结构的核心筒相似,但外筒与框架—核心筒结构的外框架不同;筒中筒结构的外筒是由密排柱和截面高度相对较大的边梁组成,具有很好的空间性能、更大的抗侧力刚度和承载力,其受力特点不同于框架—核心筒结构。筒体结构的共同特点是整体性好,空间刚度大,适用于较高的高层建筑。5)板—柱结构。板—柱结构由水平构件板和竖向构件柱组成,内部无梁,特点是建筑平面布置灵活,可以在满足建筑楼层净空高度的要求下减小楼层高度。但板—柱结构抗侧刚度小,延性差,地震作用下柱头极易发生破坏,抗震性能差。故在抗震设计中,应采用板柱—剪力墙结构,即在板—柱结构中设置一定量的剪力墙,以提高结构抗震性能。纯板—柱结构仅适用于多层非抗震设计的建筑,板柱—剪力墙结构适用于非抗震设计以及抗震设防烈度不超过8度的多层及小高层建筑。

2 结构体系的选择

2.1 考虑建筑功能要求

一般商场、车站、展览馆、餐厅、停车库等房屋用框架结构较多,高层住宅、公寓、宾馆等用剪力墙结构较多。酒店、写字楼、教学楼、科研楼、病房等以及综合性公共建筑用框架—剪力墙结构、框架—核心筒结构较多。如果选择结构形式时不考虑建筑功能,则有可能造成既浪费材料又影响使用。

2.2 按结构设计规范要求

结构体系的最大适用高度和高宽比。按照我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高规》)高层建筑结构的房屋高度分为A级高度和B级高度。A级高度是各结构体系比较合适的房屋高度,是《高规》根据国内外工程实践经验提出的高度。为适应建筑的需要,《高规》还提出了比A级高度更高的B级高度,B级高度建筑其结构受力、变形、整体稳定、承载能力等更复杂,故其结构抗震等级、有关的计算和构造措施应相应提高,并应符合《高规》有关条文的规定:

1)最大适用高度。

A级高度乙类和丙类钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度应符合表1的规定。B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最大适用高度应符合表2的规定。

m

m

2)高宽比。

高层建筑结构高宽比的规定,是对结构整体刚度、抗倾覆能力、整体稳定、承载能力以及经济合理性的宏观控制指标,是长期工程经验的总结,从目前大多数A级高度高层建筑来看,这一限值是比较适用、比较经济合理的。A级高度钢筋混凝土高层建筑结构的高宽比不宜超过表3的数值。B级高度钢筋混凝土高层建筑结构的高宽比不宜超过表4的数值。

2.3结构体系的特征

1)合理的刚度和承载能力,避免产生软弱层或薄弱层,保证结构的稳定和抗倾覆能力。2)应使结构具有多道防线。3)提高结构和构件的延性,增强其抗震能力。

3结语

常用的高层钢筋混凝土结构体系有四种,每种结构体系有不同的特点,可以满足不同的建筑功能的需要。当建筑为办公、商业需要有大开间时,可以选择框架、框架—剪力墙、框架—核心筒等结构;当建筑为住宅等需要小开间时,可以选择剪力墙等结构体系,在此前提下依据建筑高度的变化,结合当地的抗震设防要求作出适当的选择。

参考文献

[1]高立人,方鄂华,钱稼茹.高层建筑结构概念设计[M].北京:中国计划出版社,2005.

[2]JGJ 3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

超高层建筑结构体系的选择分析 第8篇

关键词：超高层,建筑,结构体系,选择

1 超高层建筑的结构设计特点

超高层的结构体系选择与低层、多层的建筑相比, 超高层建筑的结构设计显得十分重要。不同的建筑结构体系选择可以对建筑的楼层数目、平面布置、施工技术要求、各种管道的布置及投资多少等产生最为直接的影响。超高层的建筑结构设计主要具有以下几个特点:

1.1 水平力是超高层建筑结构设计的主要因素。

有研究证明, 楼房的自重与楼面的载荷在竖向放入构件中所产生的弯矩与轴力大小仅仅是与楼房的高度一次方形成正比, 但是水平载荷对与建筑所产生的倾覆力矩以及轴力的大小则是与楼房的高度二次方形成正比。因此在超高层的建筑设计中, 水平力是设计主要因素。

1.2 轴向变形是不可忽视的。

当楼层十分高时, 由于楼房的自重而产生的轴向压应力会导致楼房的中柱产生出较大轴向变形, 会直接导致连续梁的中间支座处负弯矩值直接减小, 从而导致跨中正弯矩值与端支座的负弯矩值增大。

1.3 侧移做为控制指标。

超高层的建筑结构侧移随着高度增加会迅速的增大 (侧移量和楼层之间高度四次方是正比关系) , 所以结构侧移是超高层建筑结构设计的关键因素。

1.4 抗震设计的要求更高。超高层的建筑抗震设计必须要做到“三水准”要求, 即“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”。

2 超高层建筑结构体系的选择

2.1 超高层结构体系分类。

超高层建筑的结构体系可以按照材料的不同分为三种, 分别是混凝土、钢结构与钢组合结构以及钢筋混凝土结构。目前我国的超高层建筑大部分是采用钢筋混凝土的结构;根据结构的体系则分为以下八类:巨型结构、框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、框筒结构、筒中筒结构、伸臂结构及悬挂结构、束筒结构。

2.2 超高层建筑体系选用原则。

在超高层建筑结构体系优化选择的整体过程中必须根据超高层建筑物功能要求、建筑高度、施工地带地理环境、投资数额等等因素, 按照可靠、合理、经济、安全的设计原则进行选择最为合适的超高层建筑体系。与此同时, 还要保证超高层建筑的结构整体具有十分良好抗震性能以及足够的承载力以及刚性。

2.3 超高层的结构材料分析。

超高层建筑结构体系中使用的最主要建筑材料钢筋以及混凝土。在各种建筑结构体系中必须要根据建筑要求性能进行合理选择结构材料, 以充分的发挥材料性能, 达到与建筑、结构的有机协调。钢筋混凝土结构利用钢筋和混凝土两种材料的受力性能特点, 具有就地取材、造价较低、耐久性和结构刚度大、耐火性较好、维护费用低等优点。但需要注意的是钢筋混凝土的结构跨度较小, 较适合应用在小开间的多层住宅以及公寓和旅馆中。

钢结构的优点是自重轻、塑性、构件截面小、强度高, 抗震性能好、韧性、结构延性好;施工工期短, 制作简单, 工厂化程度高质量可靠;布置灵活, 结构开间大, 同时可以大幅度的降低工程的基础造价;在与混凝土的比较中, 还有绿色环保、污染少的优点。大部分超高层建筑都是将钢结构应用在现代的办公建筑, 但同时由于钢结构的防火性能差、造价较高、耐腐蚀性差、耐火性差等原因, 国内对于钢结构应用还不是十分的普遍。

2.4 超高层结构体系选择。

2.4.1 框架结构体系。框架结构具体是指横向以及纵向框架利

用梁、柱组成的, 并承受竖向以及建筑水平荷载的建筑结构体系。这种单一的框架结构平面布置十分的灵活、同时空间大可以适应多种功能需要, 特别是有利于商场、休息厅、会议厅、餐厅的结构布置。同时因为整体的建筑框架是梁与柱组合而成, 十分有利于机械及工厂化的制作和安装, 便于装配及标准化。

2.4.2 剪力墙结构体系。

剪力墙结构具体是指巧妙的利用建筑物纵横的墙体对竖向与水平荷载进行承受的结构。一帮情况下, 建筑的剪力墙都是以钢筋混凝土进行墙体材料的选择, 其厚度不能够小于14cm, 剪力墙良好侧向刚度对与超高建筑进行地震的承受作用是十分的有利。在建筑过程中从经济学的角度进行考虑, 剪力墙之间的间距不能够太细密, 以6~8m最为合适。

2.4.3 框架—剪力墙结构。

框架—剪力墙是抽取纯框架以及剪力墙两种结构的优点, 不仅可以满足超高层建筑布置的需要同时可以满足结构的抗侧力需要。由于剪力墙可以承担建筑整体大部分的剪力, 可以使框架的整体受力状况以及建筑内力的整体分布得到较好的改善。因此框架所承受整体建筑水平剪力得到有效的减少并且沿建筑高度的分布比较的均匀。在一般的情况下, 整个超高层建筑全部的剪力墙约可以承受建筑80%水平荷载, 而建筑全部框架可承担20%水平荷载[行业标准]。超高层建筑结构上必须要保证框架与剪力墙能够协同工作, 这是建筑整体结构布置十分重要的问题。楼盖的水平刚度如果越大, 协同工作的配合度也就越好。而剪力墙如果太少, 则结构侧向的变形也就同时增大;剪力墙太多, 不仅不经济, 同时还会给超高层建筑的后期带来较多的限制。

2.4.4 筒体结构体系。

筒式结构体系具体是指一个或者几个筒体做为竖向的承重结构超高层建筑结构体系, 这种体系主要是依靠筒体来进行水平荷载的承受, 同时这种体系具有十分良好的空间刚度以及抗震能力。因此, 筒式结构的超高层建筑体系在平面的布置以及满足相关功能的方面具有明显优势。

结束语

随着社会经济的飞速发展, 超高层建筑只会越来越多, 同时会迅速的向着超高化、普遍化、功能综合化、环境生态化、管理智能化的方向不断发展, 超高层建筑的结构体系选择问题将会变得日益突出。因此设计人员不仅需要掌握更为先进的设计方法以及先进建筑软件, 同时必须掌握超高层建筑抗震设计、设计特点、设计原理、体系选择等各方面的知识, 只有这样才能真正使超高层建筑的结构体系选择达到经济合理、技术先进、安全适用、确保质量的原则。总而言之, 在最终确定超高层建筑结构体系方案同时, 必须综合的考虑超高层建筑的重要性、场地条件、设防烈度、地基基础、房屋高度以及原材料供应以及施工条件, 同时结合具体建筑结构体系的经济以及技术指标来选择最为合适的超高层建筑结构体系。

参考文献

[1]郑俊, 洪君, 余宏伟.高层建筑结构用Q345GJC钢板的研制[J].建筑与材料, 2011, 2.

[2]韩孝永.高层建筑结构用钢浅析[J].梅山科技, 2008, 1.

[3]梁小旺.高层建筑结构体系的选择与抗震设计[J].工程技术, 2011, 7.

[4]张存, 袁庆娟.高层建筑结构体系方案选择探讨[J].山西建筑, 2007, 33 (25) .

超高层建筑结构体系的类型分析 第9篇

随着超高层建筑的发展, 原有的框架、剪力墙或者框架—剪力墙体系已经不能满足超高层结构的要求, 随之发展的筒体结构体系、巨型结构体系以及混合结构体系被广泛的应用于实际工程中。

1 超高层建筑的发展

随着科技进步、经济的发展, 超高层建筑在城市中拔地而起, 成为现代城市的标志, 代表着城市的形象。根据1972年8月在美国伯利恒市召开的国际高层建筑会议上对高层建筑的定义, 超高层建筑即为超过40层或高度超过100 m的建筑。

1894年美国纽约曼哈顿人寿保险大厦的落成标志着高层建筑发展进入超高层建筑阶段。我国的超高层建筑发展始于1990年, 2002年—2006年, 我国超高层建筑的建设速度平均约为74幢/年。根据相关数据统计, 截至2012年, 我国已经建成的超高层建筑共计94幢。例如2008年8月29日竣工的位于上海陆家嘴的上海环球金融中心, 该金融中心地上101层, 楼高492 m, 截至2014年时是中国第3高楼。根据相关文献的数据统计, 2013年—2018年之间我国将计划建成250 m以上的超高层建筑共计164幢, 其中300 m~400 m超高层数量约占总数量的43%。

2 超高层建筑结构体系的类型

2.1 筒体结构体系

筒体结构体系即由若干纵横交接的剪力墙集中到房屋内部或外部形成封闭筒体, 用来承受房屋大部分或全部竖向荷载和水平荷载所组成的结构体系。

1) 框架—筒体结构。

该结构类型是目前超高层结构中应用最广泛的结构形式之一, 竖向荷载主要由框架和筒体共同承担, 水平荷载主要由筒体承担, 主要适用于50层~100层的超高层建筑。该结构类型又分为框架—实腹筒体结构和框架—空腹筒体结构两种形式。例如吉隆坡双子大厦采用的结构体系为框架—实腹筒体结构, 我国的郑州绿地中央广场 (283 m) 采用的结构体系为框架—核心筒。

2) 筒中筒结构。

该结构类型由中央剪力墙内筒和周边外框筒组成或者外筒采用框筒和内筒采用钢框筒或钢支撑框架组成, 是双重抗侧力体系, 在水平力作用下, 内外筒协同工作, 内筒可布置楼梯间、电梯间等服务设施, 外筒则可安装立面玻璃幕墙。例如纽约世界贸易中心 (110层, 高412 m) 即采用这种结构。

3) 束筒结构。

束筒结构也即组合筒结构, 该结构类型将若干个筒组合成一个整体, 共同承担竖向和水平荷载。束筒结构可以组成任何建筑外形, 并能满足不同高度的体型组合的要求, 例如美国芝加哥的西尔斯大厦采用了9个30 m×30 m的框筒集束而成。

2.2 巨型结构体系

巨型结构体系是由大型构件 (巨型梁、巨型柱和巨型支撑) 组成的主结构与常规结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系, 其主结构为主要抗侧力体系, 次结构只承担竖向荷载并将力传给主结构。

1) 巨型框架结构。该结构由一级结构即巨型柱与每隔若干层设置一道1层~2层楼高的巨型梁一起组成刚度极大的巨型框架承受主要的水平力和竖向荷载。巨型框架与其他常规结构体系可以组合成许多性能优的巨型结构体系, 例如巨型框架—核心筒—外伸臂结构, 上海中心 (124层, 结构高度580 m) 塔楼抗侧力体系即采用此结构体系;巨型框架—核心筒—巨型支撑结构体系, 中国的深圳平安国际金融中心项目 (塔楼118层, 高660 m;裙楼11层, 高55 m;地下室5层, 29.8 m) 即采用了此类型的结构体系, 该结构体系在周边巨型柱间布置2根钢柱, 在建筑物中设置4道伸臂桁架和7道带状桁架, 为了使巨型框架承担一定的剪力, 在带状桁架间设置型钢巨型斜撑, 形成了多道抗震防线。

2) 巨型桁架结构。该结构由大截面的竖杆和斜杆组成的悬臂桁架承受水平和竖向荷载。巨型桁架结构也可与其他常规结构体系组合成许多性能优的巨型结构体系, 例如芝加哥约翰—汉考克大厦 (344 m, 100层) 是最早采用巨型桁架筒体结构, 中国香港的中银大厦 (72层, 315 m) 其上部结构为4个巨型三角形桁架。

3) 巨型悬挂结构。该结构是采用吊杆将高楼各层楼盖分段悬挂在巨型主结构上。例如中国香港汇丰银行大厦, 其楼层从桁架上开始悬挂, 分三段悬挂体系, 每段上升至不同高度, 交错的楼层丰富了建筑立面。

4) 巨型分离式结构。例如日本动力智能大厦 (高800 m, 地上200层, 地下7层) 采用此结构形式, 大厦由直径为50 m、高200 m的框筒柱形成的共计12个巨型单元体组成, 结构中1层~100层设4个柱, 101层~150层设3个柱, 151层~200层设1个柱, 每50层设置一道巨型梁。

2.3 混合结构体系

钢—混凝土混合结构体系早在1972年被应用于国外, 此种结构自重轻、延性好、抗震性能较强, 与纯钢结构比耐火性能、总价等方面有较明显的优势, 因此目前被广泛应用于超高层建筑中。例如上海金茂大厦其主楼的上部结构采用钢筋混凝土核心筒与钢结构外框架结合的混合结构体系, 该结构体系通过刚性大梁形成一个整体的抗侧力体系, 可提供较大的使用空间。混合结构体系的应用不拘一格, 实际工程中还有其他形式混合结构, 例如型钢混凝土外筒+钢筋混凝土内筒、型钢混凝土框架+钢筋混凝土内筒、钢筋混凝土筒体+悬挂混合结构体系等。

3 结语

随着超高层建筑的几何形式的多样化及高度增高, 对结构的安全和使用功能提出了更高的要求, 因此研究发展更合理的结构体系将成为超高层建筑发展的关键。

参考文献

[1]吕西林, 程明.超高层建筑结构体系的新发展[J].结构工程师, 2008, 24 (2) :99-106.

[2]李君, 张耀春.超高层结构的新体系——巨型结构[J].哈尔滨建筑大学学报, 1997, 30 (6) :19-20.

[3]黄用军, 何明远.平安金融中心结构设计与研究[J].建筑结构, 2014 (3) :13-18.

[4]白国良, 李红星.混合结构体系在超高层建筑中的应用及问题[J].建筑结构, 2006, 36 (8) :64-68.

高层建筑结构体系简介 第10篇

某工程建筑平面呈L形布置;总建筑面积12.76万m2。地下二层 (埋深11.0m) , 地上主楼二十九层, 裙楼六层;建筑物地上高度99.87m。建筑类别为一类;耐火等级二级, 地下为一级。抗震设防烈度为六度, 建筑场地类别Ⅱ类。主楼为框支剪力墙结构, 裙楼为现浇框架结构。整栋建筑采用天然基础, 持力层置于中风化泥岩层上, 地基承载力特征值1400k Pa。地下室底板500mm厚, 局部600mm厚。地下二层外墙400mm厚, 地下一层外墙300mm厚。地下室不设置后浇带。自正负零标高起, 以上纵横均设置后浇带。

基坑采用土钉+锚喷支护方案。基坑开挖时采用井点降水。挖至基坑底后, 沿地下室外围均匀布置九口直径1m的降水井。要求至裙楼主体完工, 地下室抗浮回填土和垫层完工, 经验算能够满足设计抗浮要求后, 方可停止降水。

当主体建筑施工至地上二层时, 因当地突发暴雨, 工程所在位置周边的排水管网无法满足排水要求, 致使大量雨水在短时间内涌入基坑。尽管及时采取了向地下室内灌水增加压重的措施, 地下室仍然产生了上浮, 地下室在水的浮力作用下产生了结构变形, 导致构件出现裂缝、混凝土崩落等受损现象, 并因混凝土底板开裂引起地下室底板漏水。

由于问题发现较早, 处理措施及时得当, 加之地质条件好 (基坑自自然地面向下4.5m即为不透水泥岩、坑壁做过锚喷处理) , 基坑内的积水量与来水量少, 水位下降快, 地下室沉降复位迅速 (根据沉降观测记录, 地下室在3天内就基本恢复至原设计标高) , 残余沉降差小 (≦1.8cm) 。

2 受损构件病害特征表现

地下室沉降复位后, 对已完成的主体结构所有构件进行全数检查发现:

(1) 个别柱顶 (脚) 混凝土局部破碎、剥落, 柱脚在承台以上一定高度范围内有轻微环向裂缝。 (2) 部分柱顶 (脚) 在一定高度范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝。 (3) 少量梁端部混凝土局部开裂、剥落, 梁端部一定范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝。 (4) 部分梁端部一定范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝。 (5) 少量带壁柱的混凝土外墙在柱顶一定范围内有混凝土开裂、剥落现象。 (6) 少量没有壁柱的混凝土外墙在次梁搁置处一定范围内混凝土开裂、剥落。 (7) 混凝土外墙局部范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝。

3 受损构件加固方案

3.1 受损构件加固方法

(1) 受损构件开裂的先进行封缝灌封处理。裂缝处理原则:宽度<0.15mm的裂缝, 进行表面封闭法处理 (粘贴碳纤维布和玻璃纤维布处可不处理) ;宽度≥0.15mm的裂缝, 进行压力灌注法处理。 (2) 柱顶 (脚) 混凝土局部破碎、剥落, 柱脚在承台以上一定高度范围内有轻微环向裂缝的, 采用加大砼截面方法。 (3) 柱顶 (脚) 在一定高度范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝的, 采用环氧砂浆修补, 再粘贴碳纤维布方法加固。 (4) 梁端部混凝土局部开裂、剥落, 梁端部一定范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝的, 采用梁全长加大截面方法。 (5) 梁端部一定范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝, 采用粘贴碳纤维布方法加固。 (6) 带壁柱的混凝土外墙在柱顶一定范围内有混凝土开裂、剥落现象的, 采用壁柱全柱砼加大截面方法。 (7) 没有壁柱的混凝土外墙在次梁搁置处一定范围内混凝土开裂、剥落现象的, 采用混凝土墙局部加厚方法。 (8) 凝土外墙在一定范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝现象的, 采用先将破损的混凝土凿除, 清除干净, 然后用环氧砂浆 (混凝土) 修补平整, 再粘贴碳纤维布的方法。

4 各种病害的加固方法

4.1 柱脚

(1) 病害分类:柱脚混凝土局部破碎、剥落, 柱脚在承台以上一定高度范围内有环向细微裂缝。加固方案:采用全柱高加大截面, 每边加大120mm, 配筋采用原设计配筋。 (2) 病害分类:柱脚在室内地坪以上一定高度范围内有环向或竖向细微裂缝。加固方案:用环氧砂浆 (混凝土) 修补平整, 在室内地坪以上一定高度范围内有细微裂缝的, 粘贴碳纤维布, (先竖向粘贴一层碳纤维布, 再环向粘贴一层碳纤维布) 。

4.2 柱顶

(1) 病害分类:柱顶混凝土局部破碎、剥落, 柱顶在一定高度范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝。加固方案:采用全柱高加大截面, 每边加大120mm, 配筋按原设计配筋。 (2) 病害分类:柱顶混凝土在一定高度范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝。用环氧砂浆 (混凝土) 修补平整, 再粘贴碳纤维布。加固方案:先竖向粘贴一层碳纤维布, 再环向粘贴一层碳纤维布。

4.3 梁的病害分类及加固方案

(1) 病害分类:梁端部混凝土局部破碎、剥落, 梁端部一定范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝。加固方案:采用梁全长加大截面 (加宽、加高) , 配筋按原设计配筋。 (2) 病害分类:梁端部一定范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝。加固方案:最后在梁端部有裂缝部位先纵向粘贴一层碳纤维布, 再横向环形粘贴一层碳纤维布。

4.4 混凝土外墙病害分类及加固方案

(1) 病害分类:带壁柱的混凝土外墙在柱顶一定范围内有混凝土开裂、剥落。加固方案:采用壁柱全柱高加大截面 (三面加大) 。 (2) 病害分类:B类:没有壁柱的混凝土外墙在次梁搁置处一定范围内混凝土开裂、剥落。加固方案:采用混凝土墙局部加厚。 (3) 病害分类:混凝土外墙在一定范围内有横向或纵向或斜向细微裂缝。加固方案:采用先将破损的混凝土凿除, 清除干净, 然后用环氧砂浆 (混凝土) 修补平整, 再粘贴碳纤维布。

5 处理效果

本工程质量事故经过上述处理, 目前房屋主体结构全部完成, 结构稳定, 所有构件均处于安全状态。

参考文献