高層建筑結(jié)構(gòu)類型特點(diǎn)的探討

胡勇

摘 要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，高層建筑越來(lái)越廣泛，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為高層建筑過(guò)程中關(guān)注的重要內(nèi)容。文章對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行解析，并且提出進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的策略，旨在提高高層建筑的設(shè)計(jì)水平以及施工水平。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)類型；特點(diǎn)；優(yōu)化

近年來(lái)，隨著房地產(chǎn)事業(yè)的不斷發(fā)展，房屋建筑越來(lái)越多。建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的領(lǐng)域，建筑立面效果的要求、建筑內(nèi)部的設(shè)計(jì)是否合理等都是房屋建筑設(shè)計(jì)需要考慮的內(nèi)容。建筑是一種凝固的藝術(shù)，建筑設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)建筑物的質(zhì)量有很大影響，建筑設(shè)計(jì)包括多方面內(nèi)容，及外觀設(shè)計(jì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、室內(nèi)設(shè)計(jì)等，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑物的根本，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮到安全性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性等多個(gè)要素，從而使得建筑結(jié)構(gòu)能夠具有更好的使用效果。近年來(lái)由于土地逐漸減少，而人們對(duì)房屋的需求越來(lái)越大，建筑中的高層設(shè)計(jì)越來(lái)越多，科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是當(dāng)前高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)注的重要內(nèi)容，通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，可以提高高層建筑對(duì)空間和資源的利用率，使得建筑結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)、安全、合理。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)類型

高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般采用的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系有：框架體系、框架一剪力墻、剪力墻體系及筒體體系等。

1.1 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)是比較常見(jiàn)的一種高層建筑的結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)是由梁、柱構(gòu)件通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接而成，可以形成較大空間的建筑物，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的房屋整體性強(qiáng)，延性較好，施工方便，承受豎向荷載能力較強(qiáng)，框架結(jié)構(gòu)以剪切型變形為主，在水平荷載作用下，框架的側(cè)移曲線為剪切型。缺點(diǎn)是：抗震能力比較弱。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻主體結(jié)構(gòu)的高層建筑可以承受建筑物豎向和水平荷載，這種結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大，空間整體性好，在受到水平方向的力的時(shí)候側(cè)向的變形比較小，層間位移下小上大，對(duì)于中上部的樓層，出現(xiàn)的位移角比較大。這種結(jié)構(gòu)的建筑遇到地震的時(shí)候，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞不大。剪力墻以彎曲型變形為主在水平荷載作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線為彎曲型。這種缺點(diǎn)是：平面布置不夠靈活，對(duì)高層建筑的大空間要求不能很好地滿足。

1.3 框架一剪力墻結(jié)構(gòu)

框架一剪力墻結(jié)構(gòu)指的是：框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)共同組成的一種建筑結(jié)構(gòu)形式，框架結(jié)構(gòu)體系具有空間大、平面布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，但側(cè)向剛度差，剪力墻結(jié)構(gòu)體系則相反，抗側(cè)力強(qiáng)度和剛度均很大，但平面的布置不夠靈活，將這兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行融合，可以實(shí)現(xiàn)良好的互補(bǔ)，共同承受豎向和水平荷載，使得建筑物的結(jié)構(gòu)的承載力更強(qiáng)，更加穩(wěn)固。但是框架與剪力墻在水平荷載作用下的受力和變形性能是不相同的，因此必須要通過(guò)各層樓板或連梁使它們變形協(xié)調(diào)一致，才能使得框架與剪力墻共同發(fā)揮出相應(yīng)的作用。

1.4 筒體結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)在很多高層建筑中也比較常見(jiàn)，利用電梯井、樓梯間和管道井等四周的墻體圍成筒狀所形成的結(jié)構(gòu)形式，就是筒體結(jié)構(gòu)，實(shí)腹筒體結(jié)構(gòu)的承受力更強(qiáng)，具有很好的抗彎、抗剪和抗扭剛度，可以對(duì)整個(gè)單元的水平荷載產(chǎn)生一定的抵抗。除了實(shí)腹筒體結(jié)構(gòu)之外，還有一種框架筒體，框架筒體通常是利用建筑物的周邊布置密排柱和剛度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架圍成的筒體。如果建筑物的高度很高，而且對(duì)建筑物的剛度以及敞開(kāi)空間的要求比較大，則可以采用筒中筒結(jié)構(gòu)，一般是實(shí)腹筒和框架筒體組合而成的。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

2.1 抗震性要足夠高

抗震是高層建筑面臨的一大難題，地震時(shí)建筑物的破壞程度，主要取決于主體結(jié)構(gòu)變形的大小，因此在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)的變形計(jì)算與控制要充分地考慮到抗震的要求。在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況而定，在多地震的時(shí)候，采用保證建筑的正常使用功能的彈性變形驗(yàn)算；在罕遇地震作用下則可以采用防止結(jié)構(gòu)倒塌的彈塑性變形驗(yàn)算。

2.2 要具備足夠高的靈活性

建筑結(jié)構(gòu)的靈活性是建筑產(chǎn)品的一個(gè)重要內(nèi)容，對(duì)于高層建筑而言，其靈活性較高——指的是在一定條件下能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，從而使得結(jié)構(gòu)更加多變。當(dāng)前高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般都是一種柔性設(shè)計(jì)，因此使得建筑物在使用的時(shí)候可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行相應(yīng)地改進(jìn)，提高建筑物的使用范圍。

2.3 高層建筑結(jié)構(gòu)布置應(yīng)該要規(guī)則、均勻

規(guī)則和均勻是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要要求，規(guī)則指的是建筑的體型要保持一定的規(guī)則性，即使在設(shè)計(jì)的時(shí)候要變化，也應(yīng)該是有規(guī)則的漸變。均勻指的是高層建筑結(jié)構(gòu)的上下體型、剛度、承載力及質(zhì)量分布均勻，即使出現(xiàn)變化，這些變化也應(yīng)該是均勻的。結(jié)構(gòu)宜設(shè)計(jì)成剛度下大上小，自下而上逐漸減小的形式。體型尺寸的變化也應(yīng)該下大上小逐漸變化，不能出現(xiàn)太劇烈的突變，以防高層建筑在地震力作用下出現(xiàn)受力不均而坍塌。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，從理論上來(lái)講，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是房間布置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，另一個(gè)是房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化。對(duì)整個(gè)工程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體優(yōu)化是一種全局性的優(yōu)化，對(duì)整個(gè)高層建筑的協(xié)調(diào)性、安全性等性能都有影響，包括多方面內(nèi)容，及合理的結(jié)構(gòu)選型、受力構(gòu)件合理的布置、對(duì)高層建筑進(jìn)行整體受力分析、造價(jià)分析等。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程中，應(yīng)該要按照從實(shí)際出發(fā)的原則，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的基本情況進(jìn)行了解，針對(duì)具體的項(xiàng)目進(jìn)行各種優(yōu)化方法。在現(xiàn)代高層建筑設(shè)計(jì)理念下，高層建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)該要有大膽創(chuàng)新的理念，在滿足高層建筑基本性能的基礎(chǔ)上，對(duì)各種新的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行挑戰(zhàn)。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的問(wèn)題

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該注重一些基本的問(wèn)題，主要有以下幾個(gè)方面：第一，要注意對(duì)高層建筑的防震縫伸縮縫以及沉降縫的設(shè)計(jì)，使其保持足夠的寬度。第二，高層建筑的平面應(yīng)盡量規(guī)則，剛度應(yīng)該要保持對(duì)稱，以防建筑物出現(xiàn)顯著的扭轉(zhuǎn)。第三，凸出屋面的塔樓受高振型的影響，會(huì)產(chǎn)生顯著的鞭梢效應(yīng)，破壞嚴(yán)重，所以在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡量控制突出部分。第四，高層部分和多層部分之間的連接構(gòu)造。第五，設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮沿豎向樓層質(zhì)量與剛度突變的問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高層建筑是當(dāng)前比較常見(jiàn)的一種建筑形式，高層建筑的結(jié)構(gòu)與一般建筑相比較而言存在一定的差距，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該要考慮到影響建筑結(jié)構(gòu)的因素，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，從而使得高層建筑的結(jié)構(gòu)有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和承載力。

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