淺談高層建筑結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

王明玉，徐吉軍

（山東大衛(wèi)國(guó)際建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250002）

1 高層建筑的特點(diǎn)及對(duì)現(xiàn)代城市發(fā)展的意義

高層建筑是各國(guó)的城市生產(chǎn)和消費(fèi)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)及迅速發(fā)展得益于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。同時(shí)，高層建筑的出現(xiàn)也使得建筑藝術(shù)效果與建筑特有的功能性、技術(shù)因素得到了很好地融合。而對(duì)于城市發(fā)展而言，高層建筑的縱向延展使得大面積建筑的實(shí)際用地大幅減小，并能給予建筑更好的采光、更多的綠化；同時(shí)，相較于低層及多層建筑，高層建筑更能有效的減少市政投資并能從根本意義上縮短建筑工期。因此，高層建筑的出現(xiàn)及發(fā)展有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。隨著建筑層數(shù)和高度的不斷增加，建筑的功能性和類型逾加復(fù)雜，建筑結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化。高層建筑在保留傳統(tǒng)功能性的同時(shí)，更加注重了對(duì)美學(xué)、風(fēng)格化方向的研討，這也使得高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及具體的施工上要求更為嚴(yán)格，綜合性考慮也更為全面。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)方式

就世界范圍而言，鋼框架和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是目前高層建筑所普遍采取的結(jié)構(gòu)方式。鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)使得它成為了現(xiàn)代高層建筑比較理想的材料。與此同時(shí)，全鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)高昂且在耐火性能方面存在明顯缺陷，因此，在大多數(shù)發(fā)展中國(guó)家，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仍是高層建筑所普遍采用的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，隨著施工技術(shù)的進(jìn)步、混凝土材料性能的持續(xù)提高，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)更加明顯。目前，國(guó)內(nèi)高層建筑基本上為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)體系主要包括：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。

3 高層建筑四大常規(guī)結(jié)構(gòu)體系

3.1 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代高層建筑較為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)體系，它有著建筑平面布置靈活、建筑立面易于處理、自重輕、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，并且計(jì)算理論成熟度較高。因而，被廣泛應(yīng)用于辦公、住宅、商店、醫(yī)院、旅館、學(xué)校及多層工業(yè)廠房和倉(cāng)庫(kù)等工程建設(shè)中。由于框架結(jié)構(gòu)本身也存在柔性較大、抗側(cè)力能力較差等缺陷，其對(duì)于風(fēng)荷載作用及地震荷載作用的承載力較低。因此，其在建筑層數(shù)及建筑高度上有著明顯要求，一般而言，框架結(jié)構(gòu)的合理層數(shù)為6～15層，10層左右為理論上的最經(jīng)濟(jì)層數(shù)。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)主要用于提升整個(gè)房屋的抗剪度及剛度，其基本原理為在高層建筑中設(shè)置鋼筋混凝土墻體，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，通常情況下，剪力墻呈現(xiàn)為多軸線布置或橫縱正交叉布置。剪力墻結(jié)構(gòu)體系剛度較大，空間整體性能較好，且呈現(xiàn)出良好的抗震性能。因而，剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅和旅館客房中被廣泛采用，剪力墻結(jié)構(gòu)體系便于分割，能很好地適應(yīng)多墻體、多房間的建筑工程，且能很好地保證房屋的整體美觀度。但剪力墻結(jié)構(gòu)墻體較多，不容易布置面積較大的房間，因此，在實(shí)際運(yùn)用中剪力墻結(jié)構(gòu)多與框架結(jié)構(gòu)相結(jié)合。

3.3 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系綜合了框架結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，并形成重新組合構(gòu)建及基本原理為在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，這種結(jié)構(gòu)綜合了框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點(diǎn)，更在剛度及抗震能力上有著明顯的提升，因此，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系相較于框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)而言，它能適用于更多樓層，更高高度的建筑施工。目前，該種結(jié)構(gòu)體系多用于高層建筑中的辦公樓及旅館。

3.4 筒體結(jié)構(gòu)體系

隨著現(xiàn)代建筑對(duì)建筑層數(shù)，建筑高度的需求越來(lái)越高，高層建筑對(duì)建筑結(jié)構(gòu)體系提出了更多更復(fù)雜的要求，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)體系中，無(wú)論是框架結(jié)構(gòu)還是剪力墻結(jié)構(gòu)均以平面工作狀態(tài)構(gòu)筑建筑設(shè)計(jì)，其梁體剛度，抗震系數(shù)難以達(dá)到要求，這時(shí)候一種新的建筑結(jié)構(gòu)體系——.筒體結(jié)構(gòu)體系便應(yīng)運(yùn)而生。筒體結(jié)構(gòu)體系的基本原理為：由剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，從而增強(qiáng)梁的剛度，并能形成空間整體受力的框筒。筒體結(jié)構(gòu)體系通常由一個(gè)或多個(gè)筒體組成。而比較常見(jiàn)的筒體結(jié)構(gòu)有：框架—筒體結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、成束筒結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)體系等。

框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)體系為目前高層建筑比較常見(jiàn)的幾種結(jié)構(gòu)體系。除此之外，世界范圍內(nèi)還有一些其他的結(jié)構(gòu)形式，包括：薄殼、懸索、膜結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架等。由于這些結(jié)構(gòu)體系均有其各自的特殊性，并未有廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代高層建筑之中，筆者在此也不做贅述。

4 目前高層建筑所存在的弊端及解決方案

高層建筑在全球范圍內(nèi)的發(fā)展對(duì)于城市城市化進(jìn)程、社會(huì)發(fā)展的裨益不言而喻。同樣，高層建筑的迅速發(fā)展也使得越來(lái)越多的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題浮出水面。例如：高層建筑的大范圍發(fā)展使得城市人口密集化，交通擁擠問(wèn)題難以避免；應(yīng)力增加導(dǎo)致施工難度增大、工程造價(jià)提高；高層建筑防火安全的設(shè)計(jì)復(fù)雜化。因此，針對(duì)高層建筑迅猛發(fā)展對(duì)城市、社會(huì)環(huán)境造成的一些弊端，在工程規(guī)劃之初便做好城市發(fā)展的統(tǒng)籌安排，協(xié)調(diào)高層建筑布點(diǎn)與周邊環(huán)境的關(guān)系；克服高層建筑綠化地帶不足的缺失；嚴(yán)格把控高層建筑結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、防火安全等設(shè)施設(shè)的質(zhì)量關(guān)，將高層建筑發(fā)展可能存在的一些隱患降到最低，將有益于城市的可持續(xù)健康發(fā)展及建筑業(yè)本身的長(zhǎng)足進(jìn)步。就全球范圍而言，隨著新材料、超強(qiáng)材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，混合結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用，新的設(shè)計(jì)概念、新的結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用，都將反哺于高層建筑的進(jìn)一步發(fā)展，正確認(rèn)識(shí)高層建筑的利與弊，做到揚(yáng)長(zhǎng)避短，對(duì)社會(huì)發(fā)展、城市建設(shè)、建筑業(yè)本身的成熟與進(jìn)步有著十分積極的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 王璋璐，尚中興，蔡衛(wèi)東.某高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路及體會(huì)[J].山西建筑，2004（18）.

[2] 呂捷，呂楊.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)[J].林業(yè)科技情報(bào)，1999（2）.