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摘要：钢结构具备较强的韧性与塑性，重量轻且强度高，材料均匀可以加快施工速度，缩短工程周期，因此被广泛应用至多高层建筑中。本文据此分析了多高层钢结构的体系，分析了各种结构的优缺点及适用范围，以期为工程结构体系的选择工作提供一定的参考依据，提升钢结构的施工质量水准。
关键词：多高层；钢结构；结构体系；优点；不足
前言
多高层钢结构自身具备较高的延伸性与抗震性，材料强度大，可以满足大跨度、大空间的多高层建筑。同时，钢结构也符合可持续发展的理念，属于超高层建筑及地震区高层建筑的有效建筑结构。随着城市建设水平的提升，高层建筑的需求量不断增多，传统的钢结构体系已经无法满足现代超高层建筑的实际需求，新的钢结构体系不断出现。一般分为框架结构体系、框架-支撑结构体系、筒体结构体系以及巨型结构体系几种，且每种结构体系均具备自身的特征与优缺点，本文便详细分析。
1.钢-混凝土组合梁结构
相较混凝土梁结构，钢-混凝土组合梁具备以下优势，自身的重量更轻，构件尺寸更小，可以减小地震作用，降低基础造价，具备较高的综合效益水平。且钢-混凝土组合梁结构施工流程简单，周期较短，无需搭脚手架与支模，且预埋件的数量较少，整体性较强，抗震性能也高。相较钢梁，钢-混凝土组合梁的承载力更大，刚度明显提升，整体的稳定性更高，且耐久性强，上翼缘被混凝土覆盖，减少了防腐面积。除此之外，钢-混凝土组合梁也具备较高的延伸性，当处于极限承载力状态时，钢梁下翼缘部分腹板进入强化阶段，截面距离混凝土应力合力点距离较远，增大了强化效应，提高了弯曲极限强度，实测弯曲极限强度与理论计算机吻合较好。
但此种钢结构也具备一定缺点，受混凝土开裂因素的影响，设计人员无法准确计算组合梁的内力与变形，且正弯矩区的刚度类似于简支梁，在计算负弯矩区刚度时仅考虑钢筋与钢梁的组合截面，无法确定正、负弯矩区的长度，增大了弹性分析难度。
2.钢-压型钢板混凝土结构
钢-压型钢板混凝土主要连接连接剪力连接杆与钢梁，形成整体共同受力的新型组合楼板，其可以充分利用钢材的抗压与抗拉性能，具备较强的抗震性能与塑性，施工流程简单。且压型钢板可以作为永久性模板，避免了支模、拆模等工序，在降低施工成本的基础上加快了施工速度。且压型钢板属于钢梁的连续侧向支承，可以增大钢梁的整体稳定性，增加施工作业面。除此之外，压型钢板凹槽可以安放电线、通风管道等，且闭口型压型钢板组合板可以不焊接吊钩。
但其也存在一定缺点，钢材的施工成本较高，组合板的刚度与强度有限，因此施工时需要临时垂直支撑，以减少组合楼板的跨度。同时，其施工阶段的灵活性较低，施工人员需要高空站在钢梁上一片一片的铺设作业，存在较大的危险性。且钢-压型钢板存在多种结构，灵活适应性较差，不适用于钢筋混凝土结构与砖石结构的施工。
3.框架-支撑结构
3.1结构特征
框架-支撑结构主要指的是在框架纵横两个方向布置一定数量的支撑形成，且框架的布置原则与柱网尺寸类似于框架结构，沿着结构周围布置支撑，确保纵横交错的支撑连接，形成支撑芯筒。
3.2结构优缺点
框架-支撑结构具备框架结构的优势，抗侧力刚度明显高于框架结构，在发生地震时可以形成两道抗震防线，明显提高了结构的抗震性能。同时，当建筑物层数较多时，可以每隔若干层布置一层加劲桁架，结合外圈框架与内部支撑连接为弯曲构件，以共同抵御水平荷载引起的力矩，在提升框架-支撑体系适用高度的基础上，增强建筑物整体的抗侧力刚度。且框架-支撑可以与钢筋混凝土剪力墙混合使用，结合建筑实际功能灵活布置剪力墙，以平分水平剪力，提高结构的抗侧力刚度，减少层间位移。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此在地震区域且层数较高的建筑物中可以使用此结构体系，以获得较大开间。
框架-支撑结构也存在一定缺点，其受力较为复杂，施工难度较大，用钢量较大。且支撑与建筑立面处理以及门窗布置存在较大冲突，在长期外力的影响下会导致支撑构件的损坏，地震发生时极易发生变形问题，导致整个建筑物发生较大变形。除此之外，框架-支撑剪力墙结构与钢筋混凝土剪力墙连接困难，地震时应力较为集中，以致墙体很容易发生较大裂缝，发生脆性破坏。由此看出，框架-支撑的抗侧力刚度较小，不能使用于超高层建筑中，一般适用于40至60层的高层钢结构建筑。
4.筒体结构
4.1结构特征
筒体结构属于封闭结构，由若干纵横交错的框架以及抗剪桁架组成。在建筑外围，筒体结构利用悬臂作用抵抗侧向载荷，内部柱子则只承受竖向载荷。筒体结构通过有效连接内外设置的几个筒体，形成共同作用的骨架，且一般利用垂直管道及运输管道作为核心内筒结构，与外层楼板梁板相连为一个可以共同受力的空间筒状骨架。束筒结构并列连接几个筒体，以外框筒为基础结构，内部增设密柱梁组成的腹板框架。
4.2结构的优缺点
筒体结构具备较大的优势，刚度较大且抗侧能力强，可以形成较大的使用空间，满足大空间建筑物要求，自身性能良好，因此被广泛应用至超高层建筑物中。筒体结构在高层结构中受力较好，内外筒可以形成较强的抗弯刚度，以共同抵抗水平力作用，具备两道抗震防线。且筒体自身对称，结构体系具备均匀对称的抗扭刚度与抗侧刚度，可以有效抵御方向较大的倾覆力矩与扭转力矩，抗震性能较强。桁架筒体结构采用了筒中筒的结构，改善了自身剪力滞后问题。且刚度较大的筒体结构组成束筒结构，各个筒体可以终止于不同的高度，为建筑物搭建稳定的塔形结构，在确保外观独特性的基础上，增强超高层建筑结构的稳定性与复杂性。
但框架筒结构也存在一定缺点，框架横梁容易剪切变形，以致框架柱呈非线性分布，剪力滞后效应需要中柱承受更大的轴力，侧向挠度会发生明显的剪切变形问题。除此之外，框筒结构中内筒平面尺寸较小，抗侧刚度较小，因此被广泛应用至强震地区。且束筒结构中存在大量的交叉节点，构造复杂，开窗会受到斜杆的影响。
5.巨型结构
5.1结构特征
巨型结构主要按照一定比例放大框架结构体系得到，不同于一般框架杆件实腹截面，巨型结构采用立体构件，以巨型框架为主体，期间设置普通的小型框架。巨型结构需要在房屋的四角布置梁柱，一般多于四根。在其与柱沿房屋周边布置角柱，一般间隔12至15个楼层布置一个柱梁，I间楼层承受重力荷载小于小框架。
5.2结构的优缺点
巨型柱本身的抗扭刚度与抗侧刚度较大，在建筑四角与周边沿着巨型结构体系布置巨型柱，增强整个结构的抗扭刚度与抗侧刚度，使建筑具备更大的力臂，以有效抵御较大的水平与扭转载荷，因此巨型结构一般适用于特大型且超高层的建筑物中。巨型框架具备良好的建筑适应性，可以通过布置次框架形成较大的灵活空间，利用多层房间满足大开间的建筑功能需求。同时，还可以在巨型框架下部若干层高度范围内设置大空间的展览厅、多功能厅以及无柱中庭等。巨型结构可以组合不同结构形式与不同材料类型，确保了建筑的多功能化，也使建筑具备一定的特殊功能。巨型建筑结构具备较快的施工速度，一般先进行主框架的施工，之后同时施工各个工作面的次框架，具备较快的施工速度。
但巨型结构与具备一定缺点，一方面其结构复杂，设计方面存在较大难度，且当前并未形成针对巨型结构的抗震设计，还有待进一步研究。另一方面，巨型结构不利于消防工作，会导致外表玻璃幕墙光污染问题，无法正常保证房间的日晒，甚至还会干扰电视信号的接收。
结束语
多高层钢结构符合现代产业化的基本要求，施工技术比较成熟，且具备多种优点，值得进行进一步的推广与使用。高层钢结构体系复杂，随着高度的变化，其荷载及建筑要求也具备各自优缺点，因此企业在施工期间应合理选择钢结构体系，提升建筑效果。
论文作者:徐伟杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/6/10
标签：结构论文; 刚度论文; 框架论文; 组合论文; 钢结构论文; 体系论文; 较大论文; 《建筑学研究前沿》2019年3期论文;