摘要：随着我国社会经济的飞速发展，建筑业也得到了快速发展，高层建筑越来越多，建筑体型也越来复杂，给结构设计者带来诸多挑战。本文针对结构的概念性问题进行探讨。
关键词：高层建筑 结构体系 结构概念设计
建筑结构特点
高层建筑同时承受竖向荷载和水平荷载，随着房屋高度的增加，虽然竖向荷载对结构设计有着重要的影响，但水平荷载已成为结构设计的控制因素。水平荷载和竖向荷载产生的轴力均很大，有些构件除必须考虑弯曲变形外，尚需考虑轴向变形和剪切变形。为保证高层结构的抗震性能，结构应具有较好的延性。对于混凝土结构，虽具有刚度大，但强度低，不利于基础和抗震设计，延性也不如钢结构。钢结构具有强度高、自重轻，延性好、变形能力大等优势，而且可以工厂预制，现场拼装。为充分发挥混凝土结构和钢结构的各自优点，采用混合结构是一种很好的结构体系，是由梁、板、柱、墙等基本构件或结构的一部分采用不同的材料混合而成，与钢结构相比用钢量少、刚度大，与混凝土构件比，重量轻，承载力大。
建筑结构体系
高层建筑结构的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、筒体，这里的框架是指由梁、柱构件组合的一种抗侧力单元，剪力墙抗侧力单元指的是单片的墙体，筒体由四片剪力墙构件组成的一种类似箱型截面的一种受力构件，比单片剪力墙而言，筒体稳定性好，抗扭刚度大，所以在超高层结构使用的比较多。通过这三个基本的抗侧单元形成框架结构体系，剪力墙、筒体、框剪、框架核心筒体系，是建筑结构最主要的结构体系。在各体系中有一水平结构构件—楼板，除承担竖向荷载外，同时楼板作为横隔板的作用，将水平荷载分配到抗侧力单元上。尤其在框-剪结构中，主要依靠楼板来协同框架和剪力墙共同受力。
框架结构，由梁和柱组成的承受竖向和水平作用的构件，侧移包括两部分：梁、柱构件产生的弯曲变形，形成框架结构整体剪切变形；由水平力引起的倾覆力矩，使框架结构产生轴向变形（一侧柱拉伸，一侧柱压缩），形成框架结构的整体弯曲变形。在层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。在高层建筑中因框架结构属于柔性结构，侧移表现为整体剪切变形。
剪力墙结构，指由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。其受力特点在水平荷载作用下，剪力墙可以视为竖向悬臂构件，变形类似于悬挑梁扰度曲线，呈现出下部层间位移小，上部位移大的整体弯曲变形形状，与框架结构正好相反。因为框架结构的层间位移下部大，上部小的剪切变形。在竖向荷载作用下，剪力墙可以是受压的薄壁柱。在水平荷载作用下，是下端固定，上端悬挑的悬臂柱，剪力墙结构水平承载力大、侧向刚度大、侧向变形小，属于刚性结构，其墙体布置比较多，一般用于高层住宅中。
框剪结构，为充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特点，当建筑物需要较大空间，且超过框架结构的合理布置时，就可以采用框架-剪力墙共同工作的结构体系，这种结构体系扬长避短，具备纯框架和纯剪力墙的优点，同时克服纯框架抗侧移刚度小和纯剪力墙结构平面布置不够灵活的缺点。可用于办公楼、教学楼、医院、宾馆等建筑中。该体系以框架为主，并布置一定数量的剪力墙，通过水平刚度很大的楼盖将二者联系在一起，共同抵抗水平荷载，其中剪力墙承担了大部分水平荷载，框架仅承担了较小部分水平荷载。因楼盖有较大的水平刚度，使框架和剪力墙的变形协调一致，其侧向变形介于剪切形与弯曲形之间，一般属于弯剪形。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆剪力墙的数量不宜过多，以满足位移限值为宜，墙的布置不宜过长，宜对称布置，在纵横向数量接近，且应贯通全高，上下刚度连贯而均匀。在结构的外围布置剪力墙，可以加强结构的整体抗扭作用。剪力墙宜拉通对直以取得较大的抗侧刚度，但当两榀纵向剪力墙布置在同一轴线上而又相距较远，应考虑温度、混凝土收缩带来不利影响。
筒体结构由竖向筒体为主组成承受竖向和水平向作用的建筑结构，筒体可以分为剪力墙围成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的框筒等。核心筒一般由布置在楼梯间、电梯间、设备管线井道四周的钢筋混凝土墙围成，高层建筑平面布置中，电梯等服务性设施用房常常位于房屋的中部，核心筒因此而得名。筒体受力特点是它的空间受力性能，因筒体是空间截面工作的，无论哪一种筒体，在水平力的作用下都可以看成是固定于基础上的悬臂结构（箱型悬臂梁），比单片平面结构具有更大的抗侧移刚度和承载力，因而适应于建造更高的超高层建筑，由于筒体的对称性，筒体结构具有很好的抗扭刚度。筒体结构又分为筒中筒结构，由内筒和外筒两个筒体组成的结构体系，内筒通常是由剪力墙围成的实腹筒，开洞比较少，而外筒一般采用框筒或桁架筒。其中框筒是由密柱深梁框架围成筒体，可以视为多孔竖向箱型梁。桁架筒则是筒体的四壁采用桁架做成。与框筒（与框架核心筒不同）相比，桁架筒具有更大的抗侧刚度。由于筒体各柱之间存在剪力，剪力使联系柱子的窗裙梁产生剪切变形，加之梁、柱的弯曲变形，使柱之间的轴力传递减弱。从而产生剪力滞后的现象。框筒剪力滞后现象越严重，参与受力的翼缘框架柱越少，越是不能充分发挥材料的作用，也就减小了结构的整体抗侧刚度，空间受力性能越弱。为此筒体结构布置的关键就是如何减少剪力滞后。一般采取的措施有使建筑平面布置应接近方形、设计成密柱深梁、结构高宽比宜大于3，高度不小于60米，提高楼板的整体性。
混合结构，有钢框架、型钢混凝土框架、钢管混凝土框架与钢筋混凝土核心筒所组成的共同受力的结构体系，钢框架-混凝土核心筒体系受力特点与钢筋混凝土框架-核心筒相同，只是钢框架的刚度更小一些。由于钢框架自身刚度小，加上与核心筒铰接，致使外框架刚度小，使得其分担的剪力比例相对较小，很难满足框架核心筒双重抗侧力体系的要求，但可以采取以下措施，以提高钢框架的剪力分担率：框架柱的间距不宜过大，混凝土核心筒尺寸布置合理；采用钢骨混凝土或钢管混凝土柱的组合框架；周边钢框架采用支撑加强；设置伸臂桁架，必要时在周边框架角部设置巨形SRC柱，与伸臂桁架相连，形成加强层。
结构设计流程
在建筑方案设计时，建筑应配合结构专业进行建筑平、立面控制，即控制长宽比、高宽比。结构人员再进行各工况的内力计算，包括恒载、活载、风荷载、地震作用，温度作用计算。三是对整体指标的控制，主要控制刚度比、刚重比、剪重比、周期比、位移比、位移角等。四是地震作用的调整，如薄弱层、剪重比、框剪0.2V0、地基与上部结构共同作用等，五是内力组合，即地震与非地震内力组合，取两者计算的截面和配筋的最不利设计，六是抗震措施调整，如强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的调整。最后是抗震构造措施的调整，如最小配筋率、钢筋锚固，墙柱轴压比等。
结束语：
抗震概念设计就是把地震及其影响的不确定性和规律性结合起来，依据结构破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准则，从一开始就全面合理把握好结构设计的本质问题。顾及关键部位的细节，力求消除结构中薄弱环节，从根本上保证结构的抗震性能。
参考文献：
[1]建筑结构抗震设计规范-GB50011-2010（2016年版）
[2]高层建筑混凝土结构技术规程 -JGJ3-2010
[3]建筑结构设计问答及分析 -朱炳寅
论文作者:刘建平
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/15
标签：结构论文; 刚度论文; 框架论文; 荷载论文; 剪力墙论文; 水平论文; 构件论文; 《基层建设》2017年第23期论文;