深圳市建筑设计研究总院有限公司
摘要：结构的科学合理性关系到结构的安全性及造价，况且目前的结构形式多元化，给结构设计提出了更高的要求。本文主要对三种结构体系的设计特点进行论述。
关键词：高层建筑；结构体系；特点
前言
有些地区由于经济条件限制，小高层及高层建筑的结构设计比较偏向于该地区的特征，因此在进行结构设计时，应充分考虑该地区的特点，满足本地市场的需求。现在普遍采用的结构形式有框架结构，剪力墙结构，框架-剪力墙结构，三种结构形式有利也有弊。
一、结构形式的特点
（一）框架结构体系
框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。
框架结构的优点在于建筑平面布置灵活，可以用隔断墙分隔空间，住户装修时更改室内空间也容易。最重要的是计算理论相对成熟，施工工艺也成熟，工程质量得到保证。框架结构的设计要点：柱网布置要规整，尽可能对称；梁柱中心线宜重合，以避免偏心对节点核心区和柱子产生的不利影响；填充墙宜选用轻质墙体，宜减轻结构自重。框架结构的合理层数一般是 6~15层，最经济的层数是 10层左右。其缺陷在于结构抗侧力能力差，本身柔性较大等，风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。层数多了还需要截面尺寸大的梁柱，减小了使用空间，造成材料浪费。
（二）剪力墙结构体系
在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。
剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它空间整体性好，承载力和侧向刚度大。合理设计的延性剪力墙具有良好的抗震性能。在历次地震中，剪力墙结构震害较少发生，而且程度也较轻微。在高层住宅中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观，但住户不能随便按照自己使用要求更改室内布局。
剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足大空间使用的要求，例如需在住宅楼底层布置商店或其他公共设施，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成部分框支剪力墙结构。但是在部分框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在高烈度区不允许采用这种框支剪力墙结构。
另外，一种称为短肢剪力墙的结构体系也在住宅设计中逐渐被采用（短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm，截面高度与宽度之比为 4~8 的剪力墙）。短肢剪力墙有利于住宅建筑平面布置和减轻结构自重，但由于短肢的抗震性能不如一般剪力墙，高层建筑不允许采用全部为短肢的剪力墙结构，应设置一定数量的一般剪力墙或井筒，形成短肢墙与井筒（或一般墙）共同抵抗水平作用的剪力墙结构。短肢墙较多的剪力墙结构的最大适用高度比一般剪力墙结构小，短肢墙的抗震设计要求比一般剪力墙高。
（三）框架-剪力墙结构体系
在框架结构中布置一定数量的剪力墙，由框架和剪力墙共同承受竖向荷载和侧向力，这种结构形式称为框架-剪力墙结构。这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便，延性好的特点，也有剪力墙结构刚度大，承载力大和抗震性能好的特点。
框架-剪力墙结构布置的关键是剪力墙的数量和位置。剪力墙多一些，结构的刚度大一些，侧向变形小一些，但剪力墙太多不但布置上困难，而且也没有必要。
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二、高层建筑的结构设计特点
（一）轴向变形的特点
对于高层建筑，轴力是一个重要的控制点。由于高层建筑的层数非常多，高度又很大，轴的力度数值也很高，轴向的变形会使得高层建筑结构内力的数值以及分布出现很大变化。对于一些连续性弯矩来说，在利用框--墙结构和框架墙结构的高层建筑中，一般中柱所承受的轴压普遍都会比边柱的大。一旦房屋属于高层建筑的时候，这种轴向变形的差别的数值就会很高，并使得连续梁之间的支座弯矩的数值变小，而跨中的正弯矩的数值逐渐增大。
（二）侧移的特点
与低层建筑不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。由实践可知，结构顶点侧移是与建筑高度H的四次方成正比。
高层建筑结构设计时，不仅要求结构具有足够的强度，能够可靠地承受水平荷载作用产生的内力，还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移限制在规范规定的范围之内，以保证有良好的居住和工作条件。
（三）结构的延性特点
对于高层的建筑结构来说，在地震的作用下，结构会产生更大的变形。为了使建筑经过塑性的变形之后，还具有较强的形变能力，避免建筑出现倒塌的现象，要确保建筑良好的延性。
（四）传统的多层框架结构影响
由于我们的城市只是小城市，经济发展相对缓慢，在高层建筑设计这条道路上，我们还属于年轻的一代，只有四五年的经验，对比剪力墙结构、框架-剪力墙结构，我们设计者还是更加熟悉传统的多层框架结构形式。这个“框架模式”在小高层住宅中还是可以适用的，但是对中高层、高层住宅来说，就变得不合理了。此外，大部分土生土长的设计者还未很熟悉剪力墙结构，从结构计算软件的应用，计算模型的输入，到后期施工图的处理都还未形成一套成熟的操作模式，拖慢了设计的进度，未能满足市场的需求。
（五）“商住楼”特色影响
对开发商来说，他们还保持传统的观念，偏向于兴建“商住楼”，首层为零售类商店或者中小型超市的，而其功能要求底部需要规整的柱网，需要较大的空间，较大的跨度，恰恰这就是剪力墙结构的弊端，从而使得中高层、高层住宅中建筑与结构的矛盾激发，增加了设计的困难。
（六）各专业协调还未完善
高层住宅的建筑要求，设备要求相对较高，各种管道、孔洞也多，结构上就需要在楼板留洞、或者在剪力墙开洞，还有消防水池的设置使得局部荷载增加，等等的问题，或许影响到结构布置形式的合理，或许削弱梁板、剪力墙的承载力。这些都需要我们及时处理，各个专业之间相互协调沟通。我们要从以往各个专业相对独立的工作，走向互相协调、综合考虑的系统工作。作为结构设计人员不仅仅要熟悉本专业的内容，也要了解建筑专业、设备专业的一些基本内容，做到“知己知彼”。
三、个人体会
根据市场特点，可以考虑在“商住楼”上部住宅的进行简化设计，参照早年香港住宅设计的做法，只把公共部分和单元内的厨房、厕所位置预留好，客厅和卧室的间隔布置留给客户灵活处理，结构设计的时候把单元与单元之间的剪力墙做好，单元内部的框架柱或剪力墙适当、合理布置一两处即可，楼板厚度取大或者采用无梁楼盖的做法。
本人认为这样做的好处有：①保证下部商铺、超市的大跨度、大空间。如果该建筑有设置地下车库，那么较少的柱、剪力墙对车位的布置也是相当有利的。②开发商可以少砌砖墙，降低成本。③对住户来讲，有更灵活的使用空间。弊端：①不能准确的考虑实际间墙荷载情况，容易造成材料浪费。②对开发商来讲，物业管理难度大，必须加强管理，定期检查，保证住户的使用荷载没有超出设计荷载。
参考文献：
[1]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）.
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JCJ3-2010）.
[3]方鄂华，钱稼茹，叶列平，编著.高层建筑结构设计.中国建筑工业出版社，2003.
论文作者:付文晓
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/9
标签：结构论文; 剪力墙论文; 荷载论文; 高层建筑论文; 刚度论文; 框架论文; 框架结构论文; 《基层建设》2016年11期论文;