高層建築結構特點及體系分析

　　在現代社會，高層建築隨處可見，那麼你對其結構特點及體系感興趣嗎？下面就由小編為你帶來，希望你喜歡。

　　高層建築結構的特點

　　高層建築結構設計與低層、多層建築結構相比較，結構專業在各專業中佔有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關係到建築平面的佈置、立面體形、樓層高度、機電管道的設定、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有以下幾點。

　　***1***抗震設計要求更高。

　　有抗震設防的高層建築結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震效能，做到“小震不壞、大震不倒”。

　　***2***減輕高層建築自重比多層建築更為重要。

　　高層建築減輕自重比多層建築更有意義。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造價和處理措施，可以多建層數，這在軟弱土層有突出的經濟效益。

　　地震效應與建築的重量成正比，減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。高層建築重量大了，不僅作用於結構上的地震剪力大，還由於重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構件產生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。

　　***3***概念設計與理論計算同樣重要 。

　　抗震設計可以分為計算設計和概念設計兩部分。高層建築結構的抗震設計計算是在一定的假想條件下進行的，儘管分析手段不斷提高，分析的原則不斷完善，但由於地震作用的複雜性和不確定性，地基土影響的複雜性和結構體系本身的複雜性，可能導致理論分析計算和實際情況相差數倍之多，尤其是當結構進入彈塑性階段之後，會出現構件區域性開裂甚至破壞，這時結構已很難用常規的計算原理進行分析。實踐表明，在設計中把握好高層建築的概念設計也是很重要的。

　　高層建築結構的體系

　　***1***高層建築結構設計原則。

　　①鋼筋混凝土高層建築結構設計應與建築、裝置和施工密切配合，做到安全適用、技術先進、經濟合理，並積極採用新技術、新工藝和新材料。

　　②高層建築結構設計應重視結構選型和構造，擇優選擇抗震及抗風效能好而經濟合理的結構體系與平、立面佈置方案，並注意加強構造連線。在抗震設計中，應保證結構整體抗震效能，使整個結構有足夠的承載力、剛度和延性。

　　***2***高層建築結構體系及適用範圍。

　　目前國內的高層建築基本上採用鋼筋混凝土結構。其結構體系有：框架結構、剪力牆結構、框架-剪力牆結構、筒體結構等。

　　①框架結構體系。框架結構體系由樓板、樑、柱及基礎四種承重構件組成。由樑、柱、基礎構成平面框架，它是主要承重結構，各平面框架再由連繫樑連繫起來，即形成一個空間結構體系，它是高層建築中常用的結構形式之一。

　　框架結構體系的優點是：建築平面佈置靈活，能獲得大空間，建築立面也容易處理，結構自重輕，計算理論也比較成熟，在一定高度範圍內造價較低。

　　框架結構體系的缺點是：框架結構本身柔性較大，抗側力能力較差，在風荷載作用下會產生較大的水平位移，在地震荷載作用下，非結構構件破壞比較嚴重。

　　框架結構的適用範圍：框架結構的合理層數一般是6~15層，最經濟的層數是10層左右。由於框架結構能提供較大的建築空間，平面佈置靈活，可適合多種工藝與使用的要求，已廣泛應用於辦公、住宅、商店、醫院、旅館、學校及多層工業廠房和倉庫中。

　　②剪力牆結構體系。在高層建築中為了提高房屋結構的抗側力剛度，在其中設定的鋼筋混凝土牆體稱為“剪力牆”，剪力牆的主要作用在於提高整個房屋的抗剪強度和剛度，牆體同時也作為維護及房間分格構件。

　　剪力牆結構中，由鋼筋混凝土牆體承受全部水平和豎向荷載，剪力牆沿橫向縱向正交佈置或沿多軸線斜交佈置，剛度大，空間整體性好，用鋼量省。歷史地震中，剪力牆結構表現了良好的抗震效能，震害較少發生，而且程度也較輕微，在住宅和旅館客房中採用剪力牆結構可以較好地適應牆體較多、房間面積不太大的特點，而且可以使房間不露樑柱，整齊美觀。

　　剪力牆結構牆體較多，不容易佈置面積較大的房間，為了滿足旅館佈置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求，以及在住宅樓底層佈置商店和公共設施的要求，可以將部分底層或部分層取消剪力牆代之以框架，形成框支剪力牆結構。

　　在框支剪力牆中，底層柱的剛度小，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產生很大內力及塑性變形，因此，在地震區不允許採用這種框支剪力牆結構。

　　③框架-剪力牆結構體系。在框架結構中佈置一定數量的剪力牆，可以組成框架-剪力牆結構，這種結構既有框架結構佈置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強的抗震能力，因而廣泛地應用於高層建築中的辦公樓和旅館。

　　④筒體結構體系。隨著建築層數、高度的增加和抗震設防要求的提高，以平面工作狀態的框架、剪力牆來組成高層建築結構體系，往往不能滿足要求。這時可以由剪力牆構成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形樑，加密柱子，以增強梁的剛度，也可以形成空間整體受力的框筒，由一個或多個筒體為主抵抗水平力的結構稱為筒體結構。通常筒體結構有：a.框架-筒體結構。中央佈置剪力牆薄壁筒，由它受大部分水平力，周邊佈置大柱距的普通框架，這種結構受力特點類似框架-剪力牆結構，目前南寧市的地王大廈採用這種結構。b.筒中筒結構。筒中筒結構由內、外兩個筒體組合而成，內筒為剪力牆薄壁筒，外筒為密柱***通常柱距不大於3 m***組成的框筒。由於外柱很密，樑剛度很大，門窗洞口面積小***一般不大於牆體面積的50%***，因而框筒工作不同於普通平面框架，而有很好的空間整體作用，類似一個多孔的豎向箱形樑，有很好的抗風和抗震效能。目前國內最高的鋼筋混凝土結構如上海金茂大廈***88層、420.5 m***、廣州中天廣場大廈***80層、320 m***都是採用筒中筒結構。

　　***3***成束筒結構。在平面內設定多個剪力牆薄壁筒體，每個筒體都比較小，這種結構多用於平面形狀複雜的建築中。

　　***4***巨型結構體系。巨型結構是由若干個巨柱***通常由電梯井或大面積實體柱組成***以及巨樑***每隔幾層或十幾個樓層設一道，樑截面一般佔一至二層樓高度***組成一級巨型框架，承受主要水平力和豎向荷載，其餘的樓面樑、柱組成二級結構，它只是將樓面荷載傳遞到第一級框架結構上去。這種結構的二級結構樑柱截面較小，使建築佈置有更大的靈活性和平面空間。除以上介紹的幾種結構體系外，還有其他一些結構形式，也可應用，如薄殼、懸索、膜結構、網架等，不過目前應用最廣泛的還是框架、剪力牆、框架-剪力牆和筒體等四種結構。

　　常見的建築結構型別

　　磚混結構***50年***

　　①磚混結構是指建築物中豎向承重結構的牆、柱等採用磚或者砌塊砌築，橫向承重的樑、樓板、屋面板等採用鋼筋混凝土結構，也就是說磚混結構是以小部分鋼筋混凝土及大部分磚牆承重的結構。 也是目前在住宅建設中建造量比較大、採用最普遍的結構型別。

　　②造價便宜，施工難度較低，適合開間進深較小，房間面積小，多層***4-7層***或低層***1-3層***的建築，對於承重牆體不能改動。

　　磚木結構***40年***

　　①指建築物中豎向承重結構的牆、柱等採用磚或砌塊砌築，樓板、屋架等用木結構，像大多數農村的屋舍、廟宇等。

　　②這種結構建造簡單,材料容易準備,費用較低;但耐用年限短。

　　框架結構

　　①框架結構是指由樑、板和柱以剛接或者鉸接相連線構成承重體系的結構，牆體僅作為分隔和保溫作用。一般用預製的加氣混凝土、膨脹珍珠岩、空心磚或多孔磚、浮石、蛭石、陶粒等輕質板材等材料砌築或裝配而成。

　　②可以建造較大的室內空間，房間分隔靈活，便於使用;但是抵抗水平方向剪下能力差，即地震荷載作用下易發生變形。

　　鋼筋混凝土結構***60年***

　　①鋼筋混凝土結構住宅是指房屋的主要承重結構，如柱、樑、板、樓梯、用鋼筋混凝土製作，牆用磚或其他材料施工建造的房屋。

　　②這種結構抗震效能好，整體性強，耐火性、耐久性、抗腐蝕性強。

　　鋼結構***80年***

　　①鋼結構是指承重的主要結構一般是用鋼材料建造的，包括懸索結構。如鋼鐵廠房、大型體育場等。

　　②強度高、自重輕、剛度大，密封耐熱性好，故用於建造大跨度和超高、超重型的建築物特別適宜;但不耐火、耐腐蝕性差，而且鋼材較貴，從而成本較高。

　　剪力牆結構

　　①剪力牆結構是用鋼筋混凝土牆板來代替框架結構中的樑柱，能承擔各類荷載引起的內力，並能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土牆板來承受豎向和水平力的結構稱為剪力牆結構。

　　②剪力牆的主要作用是承擔豎向荷載***重力***、抵抗水平荷載***風、地震等***;剪力牆結構中牆與樓板組成受力體系，但是剪力牆不能拆除或破壞，不利於形成大空間，住戶無法對室內佈局自行改造。

　　框架—剪力牆結構

　　① 框架—剪力牆結構也稱框剪結構，這種結構是在框架結構中佈置一定數量的剪力牆，構成靈活自由的使用空間，滿足不同建築功能的要求，同樣又有足夠的剪力牆，有相當大的剛度。

　　② 構成相對靈活自由的使用空間，滿足不同建築功能的要求，但是造價較高，建築週期長。