1、 浅谈高层建筑结构概念设计及高层建筑结构体系【摘 要】随着我国城市化进程的加快，越来越多的城市高层建筑出现在人们的视野中，高层建筑不仅可以有效的提高土地资源的利用程度，还能够提升城市的现代化景观的整体水平，所以，市政部门在城市规划的过程中应该在充分了解高层建筑结构设计的特点基础上，选择符合城市总体规划的高层建筑项目。本文中笔者将从分析高层建筑概念设计的基本原则入手，介绍一些高层建筑的常见的结构体系。【关键词】高层建筑；结构；概念设计引言随着城市建设中各种土建工程的大量开展，高层建筑作为城市建筑的新宠被越来越广泛的应用于城市规划的过程中。但是，在高层建筑的建设过程中，我们要充分的考虑其高度优势背
2、后的各种规划和设计问题，因为高层建筑的高度在显现了其较普通建筑更为强大的使用功能外，也对其结构提出了更高的要求。所以，在下文中笔者将从高层建筑的结构特性的角度，谈谈设计中要坚持的一些原则，以及由此产生的常见的结构体系。1 高层建筑结构设计的特点1）高层建筑的结构设计相对于普通建筑来说，具有更强的技术性和专业性。因为高层建筑的结构体系的选择，不仅关系到高层建筑的各种使用功能的实现情况，还关系着高层建筑作为一项土建工程所产生的造价和工期问题。2）在高层建筑的结构选择和设计的过程中，水平力是最主要的因素，因为普通建筑中，受其建筑高度限制，水平力对于建筑的结构影响较小，但是随着建筑高度的增加，水平力在
3、建筑结构中起到的作用也随之增大。3）在高层建筑的结构选择和设计过程中，要在保证高层建筑的足够承载力的基础上，注重刚度的加强，以抵抗侧向力。因为随着建筑层级的增多，每一层建筑都会在水平力作用下产生的一定的侧向力，从而发生侧向位移。4）在高层建筑的结构选择和设计过程中，要注重通过各种措施减轻建筑自重。因为减轻自重不仅可以更好的做到建筑防震，还能够减轻对地基和桩基的压力，通常情况下采用高强度材料可以有效的实现高层建筑的自重的减轻。5）高层建筑的抗风结构的选择和设计过程中，要认真的计算出风荷载作用下的位移值，以有针对性的采用调整结构和装饰构件来实现高层建筑的抗风。6）具有特殊的抗震要求的高层建筑，应该
4、在建筑前认真的选择地基位置，并详细的勘测该区域的地质情况。7）在高层建筑的地基结构的选择和设计的过程中，要保证其承载力和刚度满足建筑上部结构的要求。2 高层建筑概念设计的基本原则1）在高层建筑的设计过程中，设计人员要始终以承载力、刚度、延性为主导目标，通过各种细节设计和维护方式来提高高层建筑的承载力和刚度，并增大其延性。只有这样，才能使建筑能够应对来自于客观环境中的风荷载和地震的考验。2）进行高层建筑的结构计算和分析的过程中，要尽量选择简单直接的计算方法，以便清晰的展现建筑中各种受力、传力状况，减少非结构性附件对于建筑承载力的干扰。3）尽量使高层建筑的正交抗侧力重心靠近建筑的整体质量重心，目的
5、在于避免或减小其受到客观环境的不利影响产生扭转效应。4）要保证高层建筑的竖向抗侧力刚度构件的连续和均匀，以免出现薄弱环节，导致刚度突变。5）设计过程中，要重视上部结构与地基之间的相互作用关系。3 高层建筑的结构体系所谓结构体系的选择，就是高层建筑的所有构件以一种什么样的方式排列，才能更好的抵制外力的侵袭。通常情况下，抵抗水平力是结构体系的重点考量内容和标准。一般通过调整框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合方式来实现。1）框架结构体系所谓框架结构体系，就是高层建筑中的梁、柱构件通过节点连接后，能够有效的承受荷载。通常情况下，用于高度相对较低的高层建筑中。框架结构的最显著的优点就是平面布
6、置灵活，可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业室、教室等。需要时，可用隔断分隔成小房间，或拆除隔断改成大房间，因而使用灵活。外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能。但由于高层框架侧向刚度较小，结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构件（如填充墙、建筑装饰、管道设备等）在地震时破坏较严重，这是它的主要缺点，也是限制框架高度的原因，一般控制在1015 层。框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可以采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优
7、先采用。2）剪力墙结构体系剪力墙结构体系是利用建筑物墙体承受竖向与水平荷载，并作为建筑物的围护及房间分隔构件的结构体系。剪力墙在抗震结构中也称抗震墙。它在自身平面内的刚度大、强度高、整体性好，在水平荷载作用下侧向变形小，抗震性能较强。在国内外历次大地震中，剪力墙结构体系表现出良好的抗震性能，且震害较轻。在地震区 15 层以上的高层建筑中采用剪力墙是经济的，在非地震区采用剪力墙建造建筑物的高度可达 140m。目前我国1030 层的高层住宅大多采用这种结构体系。剪力墙结构采用大模板或滑升模板等先进方法施工时，施工速度很快，可节省大量的砌筑填充墙等工作量。剪力墙结构的墙间距不能太大，平面布置不灵活，
8、难以满足公共建筑的使用要求；此外，剪力墙结构的自重也比较大。为满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共房间，以及在住宅底层布置商店和公共设施的要求，可将剪力墙结构底部一层或几层的部分剪力墙取消，用框架来代替，形成底部大空间剪力墙结构和大底盘、大空间剪力墙结构；标准层则可采用小开间或大开间结构。当把底层做成框架柱时，成为框支剪力墙结构。这种结构体系，由于底层柱的刚度小，上部剪力墙的刚度大，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大的内力及塑性变形，致使结构破坏较重。3）框架剪力墙结构体系框架剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件，框架和剪力墙协同工作的体系。在
9、框架剪力墙结构中，由于剪力墙刚度大，剪力墙承担大部分水平力（有时可以达到 80%90%） ，是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载，提供较大的使用空间，同时承担少部分水平力。还可以把中间部分的剪力墙形成筒体结构，布置在内部，外部柱子的布置就可以十分灵活；内筒采用滑模施工，外围的框架柱断面小、开间大、跨度大，很适合现在的建筑设计要求。4）筒中筒结构体系筒中筒结构体系由一个或多个筒体为主抵抗水平力。通常筒体结构基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能。不论哪一种筒体，在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有良好的抗扭刚度。4 结束语综上所述，随着城市化的推进，高层建筑被越来越广泛的应用于城市规划中。由于高层建筑具有着一系列的功能和结构上的特殊性，使得设计人员要灵活的运行概念设计，不断提高结构方案的设计水平。只有这样，才能在保证高层建筑的基本功用的情况下，优化设计结构，提升建筑性能。参考文献：1gb500112001 建筑抗震设计规范s2jgj3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程s3包世华，方鄂华高层建筑结构设计m北京：清华大学出版社。19904郭院成，王新玲。蒋晓东建筑结构体系概念和设计m郑州：黄河水利出版社，2001
