高層建筑結構選型和布置與結構性能的關系

摘要：針對高層建筑在現代建筑行業中快速發展的現狀，本文深入分析了高層建筑框架結構及剪力墻結構等選型的特征，探究了它們與結構性能的關系。

關鍵詞：結構，建筑，框架，高層，布置

隨著現代科技的不斷進步、社會生產的穩步發展和人們生活的需要，現代高層建筑應運而生。高層建筑自身的長處是占地面積小，節省了拆遷費用，節省了市政工程費用，因此高層建筑得到了突飛猛進的進步和發展。高層建筑結構中的性能會直接影響結構的經濟性、安全性和人類生命安全，而高層建筑結構的選型和布置又對結構性能起到決定性作用，因此高層建筑結構設計的重要環節是結構選型和布置，本文對此進行了深入探索。

一、結構選型與性能的關系

（一）? 適用于公共建筑物的框架結構體系

柱、梁組合在一起協同抵抗橫向及豎向荷載的結構系統稱為框架結構。框架結構體系的橫向剛度較小。在水平力的作用下，梁會彎曲變形，柱會彎曲并軸向變形，整個結構會產生不利于抗震性的橫向位移。通過合理的設計和現澆方法，鋼筋混凝土能夠形成“延性框架”設計，以獲得良好的延展性和較好的抗震使用性能。基于此框架結構通常用于多層建筑物和少量高度不超過60米的高層建筑。

（二） 適用于公寓、住宅、旅館等的剪力墻結構體系

用作抵抗水平荷載和承受垂直荷載的建筑墻體，稱為剪力墻結構。剪力墻結構的局限性在于剪力墻布置靈活度小且結構自身重量大。在保證整體結構性能的同時，可以通過改進樓板的制作方法，加大剪力墻之間的距離，形成大開間剪力墻結構，在構造下層部位，可以取消部分剪力墻，局部形成由結構支撐的框支剪力墻，實現增大使用空間的目的，在基本單元中，可以將剪力墻和柱隔層交替散布，形成跳層剪力墻，達到使用空間增大的目的。

（三） 適用于公用建筑的框架—剪力墻結構體系

把框架和布置在其中的剪力墻聯合，協同承受水平荷載的結構，稱為框架—剪力墻結構體系。框架-筒體結構系統是將剪力墻制成圓柱體，其與普通剪力墻相比，材料的利用率顯著提升，承載力、抗扭強度和側向剛度大大提高。在總體水平荷載下，剪力墻變形是趨于彎曲的，框架本身變形是趨于剪切的。當兩者一起工作時，整體橫向變形是彎剪型的，每層的變形、剪切力會趨于均勻，截面尺寸和配筋也會趨于均勻。因而，極大地提高了結構的剛度和承載能力，并大大提高了抗震性。

剪力墻的布置應滿足建筑物的要求。在地震區域沿縱向和橫向布置的剪力墻應盡量靠近結構的外圍并對稱，數量應盡可能接近以減少地震期間產生的扭轉效應。此外還應提高樓蓋剛度，全高貫通剪力墻，以保證剛度上下連貫均勻。

（四） 筒體結構與多筒結構體系

筒體分框筒、實腹筒和桁架筒三種形式。筒體最主要的特征是其在空間中承受外力時所表現出來的性質功能。在水平力的作用下，筒體可以當做錨固在基礎之上的懸臂箱形構件，其擁有比普通結構大一些的抗扭剛度、承載力和橫向剛度。多個筒體一起作用抵抗橫向力的結構系統，被稱為多筒結構。腹板框架間隔小的成束筒，可以減弱翼緣框架的剪力滯后現象，使各柱軸向受力均勻。用筒體作柱，每隔幾層用矩形梁連接而成的矩形框架，可以顯著提高橫向剛度，在上下層橫梁間形成較大的靈活空間，滿足建筑需要。

二、 結構整體布置與結構性能的關系

為了控制側向位移和結構剛度，通常將結構高寬比控制在5-6以下，建筑平面布置時應盡量簡單、對稱、規則，并盡量減小扭轉力或其他復雜力，結構豎向布置時剛度應保持均勻和連續，以避免結構剛度突然變化或不連續造成的地震破壞，遇到地基沉降、溫度收縮等問題時應盡量使用整體布置上的措施解決，采用箱式基礎、筏形基礎和樁基礎等基礎形式，并借助深埋的方式可以提高基礎的剛度與穩定性，達到防止高層建筑物傾覆和滑移的目的。

三、 結語

選型和布置是高層建筑結構設計中一個嚴肅而系統的過程，既要滿足建筑結構的可靠度又要符合建筑使用要求，設計人員要從結構的安全性、經濟性出發，綜合考慮人文背景、地理環境、建筑條件等方面的要求，對比不同結構選型和布置的優缺點，選出一套合適的選型和布置方案。

參考文獻：

[1] 包世華，張銅生.高層建筑結構設計和計算.清華大學出版社，2005版.

[2] 楊學林.復雜超限高層建筑抗震設計指南及工程實例.中國建筑工業出版社，2014版.

[3] 沈蒲生.高層建筑結構設計禁忌與疑難問題對策.中國建筑工業出版社，2013版.

[4] 混凝土結構設計原理.中國建筑工業出版社，2015版.

作者簡介：姬廣蓬，1998年11月13日，男，漢族，山東省濱州市，本科生，濟南大學，建筑工程。