高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

（鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

焦元其 史瑞彥

（鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

近年來,隨著建筑材料性能的提升及建筑施工技術(shù)的進步，我國的建筑類型已經(jīng)逐步由低層、多層建筑轉(zhuǎn)向高層建筑。我國人口眾多，但是耕地面積少，發(fā)展高層建筑可以節(jié)約用地，節(jié)約城市基礎(chǔ)設(shè)施費用。故發(fā)展高層建筑對我國有著重要的意義。近30年來，隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進步，高層建筑在全國各地如雨后春筍般發(fā)展。

高層建筑；結(jié)構(gòu)形式

高層建筑應(yīng)采用較規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有必要的承載力、剛度和變形能力。此外，還應(yīng)對結(jié)構(gòu)可能的薄弱部位采取加強措施，避免因局部破壞引起結(jié)構(gòu)的整體破壞。由于高層建筑結(jié)構(gòu)體型較大，對微小變形比較敏感，因此高層建筑應(yīng)采取措施減少混凝土收縮、溫度變化、基礎(chǔ)沉降等非荷載效應(yīng)帶來的不利影響。

高層建筑體系主要是框架體系、剪力墻體系、框架-剪力墻體系、筒體結(jié)構(gòu)體系等，此外還有多塔、連體、帶轉(zhuǎn)換層、帶加強層等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式。但日常生活中常見的是框架、剪力墻、框剪、筒體體系。

1 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)是由梁、柱構(gòu)件組成的空間結(jié)構(gòu)，平面布置較靈活，比較適用于需要有較大使用空間的建筑結(jié)構(gòu)，而且采取混凝土框架時，結(jié)構(gòu)的整體性、剛度均有較好的抗震效果。但當(dāng)層數(shù)過多時，結(jié)構(gòu)的側(cè)移會明顯增大，造成結(jié)構(gòu)的使用不便，故框架結(jié)構(gòu)一般情況下適用于建造不超過15層的房屋。框架結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足以下基本要求：（1）應(yīng)使結(jié)構(gòu)的縱向剛度與橫向剛度接近，使結(jié)構(gòu)的剛度均勻變化；（2）對于甲、乙類建筑以及高度大于24m的丙類建筑，不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)；（3）框架結(jié)構(gòu)的填充墻及隔墻宜選用輕質(zhì)墻體，且砌體填充墻及隔墻應(yīng)具有自身的穩(wěn)定性；（4）框架結(jié)構(gòu)按抗震設(shè)計時，不應(yīng)采用部分由砌體墻承重之混合形式；（5）填充墻的砌體砂漿強度等級不應(yīng)低于M2.5，砌塊的等級不應(yīng)低于MU5，墻頂應(yīng)與框架梁或樓板緊密結(jié)合；(6)樓梯間采用砌體填充墻時，應(yīng)設(shè)置間距不大于層高且不大于4m的鋼筋混凝土構(gòu)造柱，并采用鋼絲網(wǎng)砂漿面層加強。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

剪力墻是鋼筋混凝土多、高層建筑中不可缺少的基本構(gòu)件，它是利用建筑物的內(nèi)外墻作為承重構(gòu)件相比框架結(jié)構(gòu)有較好的橫向受力性能及抗側(cè)移剛度，故剪力墻結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于比框架結(jié)構(gòu)更高的、層數(shù)更多的建筑。

剪力墻的設(shè)計應(yīng)注意以下幾點：（1）剪力墻應(yīng)沿著結(jié)構(gòu)的兩個方向布置，使結(jié)構(gòu)兩個方向的剛度不致差異懸殊；（2）剪力墻應(yīng)進行平面內(nèi)的斜截面受剪、偏心受壓或偏心受拉、平面外軸心受壓承載力驗算；（3）當(dāng)墻肢長度超過8m時，為了避免剪力墻脆性破壞，應(yīng)施工時墻上留洞，完工時砌填充墻的方法，把長墻肢分成短墻肢；（4）樓面梁的水平鋼筋應(yīng)深入剪力墻或扶壁柱，深入的長度應(yīng)符合鋼筋錨固要求；（5）不宜將樓面主梁支承在剪力墻之間的連梁上；（6）剪力墻的洞口應(yīng)盡量布置均勻，上下對齊，形成明確的墻肢和連梁，剪力墻底部加強部位盡量不要采用錯洞布置，如無法避免，則洞口的水平距離不宜小于2m；（7）剪力墻不宜布置太密，在矩形平面中，雙方向的抗側(cè)剛度宜接近。

3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)體系，既能為建筑使用提供較大的平面空間，又有較大的側(cè)移剛度，因此框架-剪力墻結(jié)構(gòu)適用于多種使用功能的多、高層房屋，如辦公樓、飯店、住宅等。

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的布置要注意遵守以下規(guī)則：（1）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度、高寬比和層間位移限值應(yīng)符合規(guī)范要求；（2）抗震設(shè)計時，剪力墻的布置宜使兩個主軸方向的側(cè)向剛度接近；（3）剪力墻間距不應(yīng)過大，應(yīng)滿足樓蓋平面剛度的需要；（4）當(dāng)建筑平面為長矩形時，在該部位布置的剪力墻應(yīng)滿足下表要求：

剪力墻間距（m）

4 筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計

筒體結(jié)構(gòu)利用建筑物的外輪廓布置密柱、窗桾梁組成的框架筒體結(jié)構(gòu)作為其抗側(cè)力構(gòu)件，增大了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移和抗扭剛度，其力學(xué)性能與抗震性能均優(yōu)于一般的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，適用于高層建筑。

筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足下列要求：（1）筒體結(jié)構(gòu)包括框架-核心筒結(jié)構(gòu)和筒中筒結(jié)構(gòu)，其適用高度應(yīng)滿足要求；（2）當(dāng)相鄰層的柱不貫通時，應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)換梁等構(gòu)件；（3）建筑平面的長寬比宜小于1.5，簡單的框架-核心筒不應(yīng)大于 2.0；（4）抗震設(shè)計時，核心筒、內(nèi)筒的連梁宜配置對角斜向鋼筋或交叉暗撐；（5）核心筒外墻上的較大洞口宜豎向連續(xù)布置，以使其內(nèi)力變化保持連續(xù)性；（6）樓蓋主梁不宜擱置在核心筒或內(nèi)筒的連梁上。

5 結(jié)語

高層建筑因其節(jié)約能耗、占用土地少等優(yōu)點被廣泛采用，隨著材料、施工技術(shù)的逐步提升，未來的多、超高層建筑必將擁有更加優(yōu)越的性能。多、超高層建筑將是未來建筑發(fā)展的必然方向。

[1]JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

TU241

A

1003-5168(2014)06-0148-01

焦元其，男，河南新鄉(xiāng)人，鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院2011級本科生，土木工程專業(yè)。