1、高层建筑结构选型的研究摘要 近年来土地价格和建设成本的提高，通过设计高层建筑的方式来最大可能地提高效，上升的更新已经形成，中国第一高层纪录不断被刷新，高层建筑的结构选型的合理度就尤为重要，本文对高层建筑结构设计具有重要意义。关键词 高层建筑 结构选型 优缺点我国的高层住宅建筑始建于上个世纪七十年代，随着城市建设事业的发展以及用地日趋紧张，高层建筑逐渐增多，在结构上选择哪种类型较为合适，本文试分析如下:1.钢筋混凝土剪力墙结构体系，剪力墙的布置方案以下 4 种。1.1 小间距横墙承重方案早期建造的剪力墙结构住宅，多采用小间距方案，即每开间竖一道钢筋混凝土横墙，间距为 2.7 一 3.9 米。其优
2、点为一次完成所有墙体，省去砌筑隔墙的工作量，可缩短工期，能较好的传递水平地震力。其缺点为房间小，建筑布置不灵活;横墙数量多，剪力墙的承载能力未能充分利用，由于墙多，则混凝土用量大，房屋自重大，基础费用增加;自振周期短，地震力大等等。1.2 大间距横墙承重方其优点:由于墙体数量少，则混凝土用量小，自重轻，基础费用可减少;自振周期较长，水平地震作用减小;墙体配筋率适当，结构延性增加;使用空间较大，建筑布置较灵活。主要缺点:楼板跨度较大，钢筋、水泥用量增多;使用高效轻质隔墙，造价较高;采用预制外墙板，因面积较大，施工比较困。1.3 大间距纵横墙承重方现浇钢筋混凝土横墙每两开间设置一道，布置一根进深梁
3、，以缩短楼板跨度，进深梁则支承于纵墙上。再者为采用现浇钢筋混凝土双向楼板，文承在纵横墙上。其优缺点大致与大间距横墙承重方案相同。1.4 短肢剪力墙方当高层住宅的层数不太高时，为了节约钢筋、水泥用量，降低墙体自重，避免抗推刚度过大结构自振周期过短，地震力增大，可采用短肢剪力墙，即剪力墙的墙肢长度缩短至不小于 5 一 8 倍墙身厚度。是近期发展的一种新方案。钢筋混凝土异形框架柱剪力墙方案，即在框架剪力墙体系中，采用 T 字形和十字形框架柱，柱的翼缘和腹板厚度选用200 一 240mm，翼缘宽度则根据计算需要确定，就不致于由于柱的凸出而影响使用，但是应注意房屋高度不得超过 50m，抗震设防烈度不得大
4、于八度。2.钢筋混凝土核心筒结构 2.1 核心筒结构形式核心筒有钢筋混凝土密柱组成的束筒空腹式和钢筋混凝土剪力墙式的实腹式核心筒。2.2 核心筒结构形式的优点钢筋混凝土核心筒钢框架结构中，混凝土芯筒主要用于抵抗水平侧力。由于材料特点造成两种构件截面差异较大，钢筋混凝土核心筒的抗侧向刚度远远大于钢框架，随着楼层增加，核心筒承担作用于建筑物上的水平荷载比重越大。钢框架部分主要是承担竖向荷载及少部分水平荷载，随着楼层增加，钢框架承担作用于建筑物上的水平荷载比重越小，由于钢材强度高，可以有效减少柱体截面，增加建筑使用面积。采用钢筋混凝土核心筒钢框架结构方案，可以有效地设计框架梁与核心筒连接为铰接，这是
5、混凝土框架难以做到的，设计时可以根据工程特点，有针对性地设计铰接节点，减少建筑物整体抗侧向刚度，合理分配芯筒和框架之间的抗侧力刚度比；也可以设置弱刚接节点，即在正常适用状态下和风荷载控制状态下，节点为刚性连接，保持整体抗侧向刚度；当强震来临时，使该节点主动形成铰节点，放松结构刚度，降低地震作用。2.3 核心筒结构形式的不足过于增强核心筒刚度而形成弱钢框架结构体系，会造成在强震作用下，混凝土墙体开裂，结构整体抗侧向刚度迅速下降，而钢框架结构部分承担水平荷载的比重迅速增加，超越钢框架承载能力，脱离结构设计人员设计预想，其破坏是很严重的甚至倒塌。抛开地震影响，如果建筑物的水平作用主要是风荷载的话，由
6、于混凝土剪力墙的存在，该结构体系可以有效地控制风荷载作用下的顺风向和横风向最大加速度，较纯钢框架结构容易满足层间位移限制要求，在结构造价上也可获得很好的经济效益。回到抗震设计上，高层规范里要求：钢框架-钢筋混凝土筒体结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的 25%和框架部分地震剪力最大值的 1.8 倍二者的较小值。与之对应的混凝土 框架-剪力墙结构的要求：各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的 20%和框架部分地震剪力最大值的 1.5 倍二者的较小值。在我们国家抗震设计有一个特点，就是很多地方强制提高抗震等级，例如北京大部分地区本属于七度设防，从政治需要定为八度设防，
7、所以我国的规范从经济适用的角度出发，还是对这种结构给予支持态度的，不过作为设计人员要了解这种结构的特点，根据所在地区的情况针对设计。3.钢结构高层建筑3.1 钢结构高层建筑简介高层钢结构建筑在国外已有 110 多年的历史，到了 21 世纪后随着地价的上涨和人口的迅速增长，以及对高层及超高层建筑的结构体系的研究日趋完善、就算计计算辅助技术的发展和施工技术水平的不断提高，使高层和超高层建筑迅猛发展。钢筋混凝土结构在超高层建筑中由于自重大，柱子截面积比率越来越大，在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑；同时高强度钢材应运而生，在超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进
8、。 3.2 钢结构高层建筑特点钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载，钢结构具有良好的延展性，可以将地震波的能耗抵消掉。钢材基本上属各向同性材料，抗拉、抗压、抗剪强度均很高，而且具有良好的延展性，特别是钢结构凭着自己特有的高延展性减轻了地震反应。钢结构还可以看作比较理想的弹塑性结构，可以通过结构的塑性变形吸收和消耗地震输入能量，从而具有较高的抵抗强烈地震的能力。钢结构相对于其他结构自重轻，这也大大减轻了地震作用的影响。钢结构除了抗
9、震性能高，施工周期短、工业化程度高、环保性能好的特点也显著优于混凝土结构。3.3 钢结构高层建筑不足结构体自重轻，空腔多，居住者居中时噪音较大，在住宅的安全性、耐久性上缺少传统钢混结构保障度；大量的钢材与板材复合的结构体，使的建筑体系热惰性较差，须采取较大的技术措施，才可提高居住的舒适性；由于是较新的结构体系，还没达到通用设计和优化设计，结构体系造价较高，在目前的状况下，在同等的楼层缺乏经济竞争力。钢结构最致命的弱点是钢的耐火性能非常差，钢的内部晶体组织对温度非常敏感，温度升高或者降低都会使钢材性能发生变化，钢结构通常在 450650时就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，因变形过大而不能继续使用。4.结束语高层建筑结构选型中任何结构形式最重要的就是其经济性、适用性和抗震性能，随着科技的不断发展，世界第一高楼的记录将不断被刷新。参考文献： 王伟东李静。高层住宅建筑的结构选型与合理高西北建筑与建材 2003.2 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）2010.
