何春花
哈尔滨山水建筑设计咨询有限责任公司 150000
摘要：在高层建筑设计中，采用先进的结构理论与精确的计算方法固然十分重要，但在方案阶段正确进行高层建筑结构体系的选型也是不容忽视的。根据工程实践经验，如果高层建筑结构体系选型不当，那么任凭再用先进的结构理论和精确的计算方法，也较难做出安全可靠、经济合理的高层建筑结构设计。正确处理高层建筑结构体系的选型问题，对于高层建筑结构设计而言，具有至关重要的意义。
关键词：高层建筑；结构体系；选型；分析
高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化，促使了近代高层建筑的出现和发展。各国对高层建筑的定义不同，在我国，层数大于或等于10层的住宅建筑，或建筑高度超过24米的其他民用建筑都称为高层建筑
1 结构体系选型的重要性
随着城市人口的不断增加，楼房继续向更高的高度发展，结构所需承担的荷载和倾覆力矩越来越大。在确保高楼具有足够可靠度的前提下，为了进一步节约材料和降低造价，结构构件正在不断更新，设计概念也在不断发展。建筑结构设计是建筑的骨架，是建筑物赖以存在的基础。当设计人员进行一项高层住宅的结构设计时，首先需要考虑该工程的功能要求、平面形状和立面体型等建筑特性，根据每种结构形式、结构体系的建筑与结构特点、适用高度范围，并结合以往的设计经验确定其结构方案，包括材料的选择、结构体系的选型及施工方法的确定，其中选型是否合理是建筑成功的关键。因此正确处理高层建筑结构体系选型问题，对于高层建筑的设计、施工、使用、维护等都有重要意义，对它进行详细分析设计是非常必要的。
2 结构体系选型需求分析
高层建筑选型是否合理主要表现在结构选型是否满足建筑工程实际需求，因此有必要来分析下建筑结构选型需求。如果在结构型式的优选时，只顾及近期需要而忽略长期需求，就可能在实际工程中出现一些脱离实际需求、难以适应环境等不良结构型式，那么就给建筑本身和社会带来不良的综合效益。
结构选型需求分析是各种实际需求和选型设计间的桥梁，是对选型设计目标与约束的整体规划。作为城市视觉焦点的高层建筑，对城市功能、城市风貌及社会生活等的影响日益增大，人们对高层建筑的需求也早已超越传统的使用功能及技术性能，扩大融入到了与人们生活质量及城市社会系统整体综合需求等相关的诸多方面，这种需求纵向涉及高层建筑结构设计、施工、管理、使用、维修、改造、加固、报废等全寿命过程，横向涉及城市社会、业主用户、环境、政治、经济、有关技术规范、规程等的各个方面。在上述需求中，有的应在建筑方案设计时考虑，并通过其所转化成的建筑方案特征来间接影响结构选型；还有部分需求需在结构选型时直接考虑，如受力合理性、工期等；而有的需在结构布置及构件设计中考虑。总的来说，要考虑以下六个方面的需求：城市社会系统的需求、业主用户对建筑结构的功能与环境需求、建筑结构的综合美学性能需求、受力合理性与抗灾减灾性能需求、结构施工安装性能需求、全寿命期的经济有效性需求。
3 结构体系分析
目前，随着建筑技术和建筑材料的进步，越来越多的新型结构形式涌现。这些新型结构形式不仅充分发挥了材料的性能，还充分满足了不同使用功能的要求，但在进行结构选型时，考虑的还很少。下面主要介绍下按抗侧力结构体系不同划分的体系选型。
3.1 混合结构体系
获得普及的混合结构形式是钢管混凝土柱，它能保持钢桁架的易于建造，而高强混凝土承受轴向荷载能力是经济有效的，钢管对混凝土提供约束较普通配筋约束有效，而且它是在最外面，在此是最有效的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果混凝土可以从每次浇注的基地泵送到柱内，则许多层可同时浇注且不需混凝土的振动。
3.2 框架-剪力墙结构体系
由于框架结构的主要特点是能获得大空间的房屋，房间布置灵活。而其主要弱点是侧向刚度较小，侧移较大。而剪力墙结构侧向刚度大，可减小侧移。但是全剪力墙结构无法布置大空间房层。因此，框架- 剪力墙结构体系恰好是对两者取长补短，既能布置大空间房屋与小空间房屋，布置灵活，又具有较大的侧向刚度，弥补纯框架结构之不足，所以广泛用于层数较多我、房屋总高较高的建筑，而且可以灵活布置大小空房间，适应较多的建筑功能要求。对于地震区建筑来说，框架- 剪力墙结构具有两道抗震防线即剪力墙与框架。框架-剪力墙结构的主要缺点，由于功能要求，剪力墙布置位置往往受到限制，往往不可避免地造成刚心、质心不重合，产生偏心扭矩。同时其侧向刚度还是偏小，房屋建造高度爱到限制。
3.3 框架结构体系
由框架梁、柱、楼板等主要构件组成。其特点是柱网布置灵活，便于获得较大的使用空间，延性较好，横向侧移刚度较小。因此适用需要大空间的、层数不宜太多、房屋的高度不宜太高的建筑。如：商场、住宅、办公楼等。框架应当纵横双向布置，形成双向抗侧力体系。较高的高层建筑不宜采用框架结构。
3.4 剪力墙结构体系
剪力墙承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。其特点是整体性好，侧向刚度大，水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置。缺点是不能提供大空间房屋结构延性较差。
当地下室或下部一层、几层，需要大空间时（如商场、停车库等）即形成部分框支剪力墙结构。在框架- 剪力墙结构和剪力墙结构两种不同结构的过渡层必须设置转换层。剪力墙结构由于承受竖向力、水平力的能力均较大，横向刚度大，因此可以建造比框架结构更高、更多层数的建筑。但是只能以小房间为主的房屋，如住宅、宾馆、单身宿舍。而宾馆中需要大空间的门厅，餐厅、商场等往往设置在另外的建筑单元中。
3.5 筒体结构体系
筒体结构包括框架-核心筒结构与筒中筒结构。框架-核心筒结构由实体的核心筒和外框架构成。一般将楼电梯间及一些服务用房集中在核心筒内；其他需较大空间的办公用房、商业用房等布置在外框架部分。由于核心筒实际上是两个方向的剪力墙构成封闭的空间结构，具有更好的整体性与抗侧刚度。框架-核心筒结构体系适用于高度较高，功能较多的建筑。筒中筒结构是由实体的内筒与空腹的外筒组成。空腹外筒由密排柱及高度较大的横梁组成。筒中筒结构体系具有更大的整体性与侧向刚度，因此适用于高度很大的建筑。如果将若干筒体组合成成组筒结构体系，则侧向刚度更大，可适用于特别高的超高层建筑。
4 结论
（1）高层建筑结构选型应根据房屋高度、高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素，并应满足建筑使用功能要求满足建筑造型艺术的要求、适应未来发展与灵活改造的需要，选用适宜的结构体系。
（2）高层建筑结构体系直接影响抗震性能，结构选型应满足以下要求：
①应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用能力；应避免连续倒塌；②应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；③宜具有多道抗震防线；④结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。
参考文献：
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[3]张芹，自喜伟.高层建筑结构体系选型及分析[J].科技致富向导，2009（14）
[4]汪玉欣.高层建筑结构体系浅谈[J].黑龙江科技信息，2011（04）
论文作者:何春花
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/15
标签：结构论文; 体系论文; 刚度论文; 建筑论文; 建筑结构论文; 需求论文; 高层建筑论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;