高層建筑結(jié)構(gòu)選型和布置與結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系

摘要：針對(duì)高層建筑在現(xiàn)代建筑行業(yè)中快速發(fā)展的現(xiàn)狀，本文深入分析了高層建筑框架結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)等選型的特征，探究了它們與結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)，建筑，框架，高層，布置

隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步、社會(huì)生產(chǎn)的穩(wěn)步發(fā)展和人們生活的需要，現(xiàn)代高層建筑應(yīng)運(yùn)而生。高層建筑自身的長(zhǎng)處是占地面積小，節(jié)省了拆遷費(fèi)用，節(jié)省了市政工程費(fèi)用，因此高層建筑得到了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步和發(fā)展。高層建筑結(jié)構(gòu)中的性能會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和人類生命安全，而高層建筑結(jié)構(gòu)的選型和布置又對(duì)結(jié)構(gòu)性能起到?jīng)Q定性作用，因此高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)是結(jié)構(gòu)選型和布置，本文對(duì)此進(jìn)行了深入探索。

一、結(jié)構(gòu)選型與性能的關(guān)系

（一）? 適用于公共建筑物的框架結(jié)構(gòu)體系

柱、梁組合在一起協(xié)同抵抗橫向及豎向荷載的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)稱為框架結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系的橫向剛度較小。在水平力的作用下，梁會(huì)彎曲變形，柱會(huì)彎曲并軸向變形，整個(gè)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不利于抗震性的橫向位移。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和現(xiàn)澆方法，鋼筋混凝土能夠形成“延性框架”設(shè)計(jì)，以獲得良好的延展性和較好的抗震使用性能?；诖丝蚣芙Y(jié)構(gòu)通常用于多層建筑物和少量高度不超過(guò)60米的高層建筑。

（二） 適用于公寓、住宅、旅館等的剪力墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)的局限性在于剪力墻布置靈活度小且結(jié)構(gòu)自身重量大。在保證整體結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)，可以通過(guò)改進(jìn)樓板的制作方法，加大剪力墻之間的距離，形成大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)，在構(gòu)造下層部位，可以取消部分剪力墻，局部形成由結(jié)構(gòu)支撐的框支剪力墻，實(shí)現(xiàn)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(dá)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(jié)構(gòu)體系

把框架和布置在其中的剪力墻聯(lián)合，協(xié)同承受水平荷載的結(jié)構(gòu)，稱為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系?？蚣?筒體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)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(qiáng)度和側(cè)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(dāng)兩者一起工作時(shí)，整體橫向變形是彎剪型的，每層的變形、剪切力會(huì)趨于均勻，截面尺寸和配筋也會(huì)趨于均勻。因而，極大地提高了結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力，并大大提高了抗震性。

剪力墻的布置應(yīng)滿足建筑物的要求。在地震區(qū)域沿縱向和橫向布置的剪力墻應(yīng)盡量靠近結(jié)構(gòu)的外圍并對(duì)稱，數(shù)量應(yīng)盡可能接近以減少地震期間產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。此外還應(yīng)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(jié)構(gòu)與多筒結(jié)構(gòu)體系

筒體分框筒、實(shí)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(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)功能。在水平力的作用下，筒體可以當(dāng)做錨固在基礎(chǔ)之上的懸臂箱形構(gòu)件，其擁有比普通結(jié)構(gòu)大一些的抗扭剛度、承載力和橫向剛度。多個(gè)筒體一起作用抵抗橫向力的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，被稱為多筒結(jié)構(gòu)。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(xiàn)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(jié)構(gòu)整體布置與結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系

為了控制側(cè)向位移和結(jié)構(gòu)剛度，通常將結(jié)構(gòu)高寬比控制在5-6以下，建筑平面布置時(shí)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、對(duì)稱、規(guī)則，并盡量減小扭轉(zhuǎn)力或其他復(fù)雜力，結(jié)構(gòu)豎向布置時(shí)剛度應(yīng)保持均勻和連續(xù)，以避免結(jié)構(gòu)剛度突然變化或不連續(xù)造成的地震破壞，遇到地基沉降、溫度收縮等問(wèn)題時(shí)應(yīng)盡量使用整體布置上的措施解決，采用箱式基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)等基礎(chǔ)形式，并借助深埋的方式可以提高基礎(chǔ)的剛度與穩(wěn)定性，達(dá)到防止高層建筑物傾覆和滑移的目的。

三、 結(jié)語(yǔ)

選型和布置是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)嚴(yán)肅而系統(tǒng)的過(guò)程，既要滿足建筑結(jié)構(gòu)的可靠度又要符合建筑使用要求，設(shè)計(jì)人員要從結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，綜合考慮人文背景、地理環(huán)境、建筑條件等方面的要求，對(duì)比不同結(jié)構(gòu)選型和布置的優(yōu)缺點(diǎn)，選出一套合適的選型和布置方案。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：姬廣蓬，1998年11月13日，男，漢族，山東省濱州市，本科生，濟(jì)南大學(xué)，建筑工程。