【高層建筑結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)及應(yīng)用問題研究10000字（論文）】

PAGE16淺談高層建筑結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)及應(yīng)用問題目錄內(nèi)容摘要 I引言 11緒論 21.1高層建筑發(fā)展情況 21.2高層建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和應(yīng)用情況 22高層建筑中常用結(jié)構(gòu)體系及特點(diǎn) 52.1框架結(jié)構(gòu) 52.1.1特點(diǎn) 52.1.2應(yīng)用實(shí)例 52.2剪力墻結(jié)構(gòu) 62.2.1特點(diǎn) 62.2.2應(yīng)用實(shí)例 72.3框架-剪力墻結(jié)構(gòu) 72.3.1特點(diǎn) 72.3.2應(yīng)用實(shí)例 82.4筒體結(jié)構(gòu) 92.4.1特點(diǎn) 92.4.2應(yīng)用實(shí)例 92.5巨型結(jié)構(gòu) 102.5.1特點(diǎn) 102.5.2應(yīng)用實(shí)例 103高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 123.1水平荷載成為設(shè)計(jì)的決定性因素 123.2側(cè)移成為設(shè)計(jì)的控制指標(biāo) 123.3軸向變形的影響在設(shè)計(jì)中不容忽視 133.4延性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo) 133.5動力效應(yīng)大 133.6扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大 133.7結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和抗傾覆 143.8溫差過大產(chǎn)生的溫度應(yīng)力及變形大 144高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時選定結(jié)構(gòu)體系需要注意的問題 154.1結(jié)構(gòu)的平面形狀及立面型式 154.2結(jié)構(gòu)剛度 154.3高寬比限制 164.4側(cè)向位移限制 165結(jié)論與展望 17參考文獻(xiàn) 18引言隨著科技的進(jìn)步，高強(qiáng)、高性能材料的產(chǎn)生，以及生產(chǎn)力的提高，建筑正朝向更高的方向發(fā)展，人們對高層建筑的需求量越來越大，世界范圍內(nèi)逐漸產(chǎn)生了很多著名的高層、高層建筑。高層建筑的出現(xiàn)，也讓建筑獨(dú)特的技術(shù)元素、功能和建筑藝術(shù)效果得到了很好的融合。隨著設(shè)計(jì)理念的更新和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高層建筑的出現(xiàn)和快速發(fā)展以及各個城市的生產(chǎn)量和消費(fèi)量的提升，都在一定程度上刺激了現(xiàn)代建筑業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。在某種程度上現(xiàn)代建筑的出現(xiàn)是一種趨勢。對于城市發(fā)展，高層建筑可以有效減少城市投資，為建筑提供更多的綠化和更好的采光，縮短建設(shè)周期，大幅減少大型建筑的實(shí)際用地，節(jié)約資源和土地。發(fā)展高層建筑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著建筑物高度和層數(shù)的不斷增加，建筑物的結(jié)構(gòu)體系變得更加多樣化，建筑物的類型也越來越復(fù)雜，因此現(xiàn)在的建筑要求也更高，無論是外觀上還是在結(jié)構(gòu)上都要符合建筑美學(xué)。1緒論1.1高層建筑發(fā)展情況我國上世紀(jì)三十年代就已經(jīng)出現(xiàn)了高層建筑。我國的建筑師在兩次世界大戰(zhàn)期間，在一些發(fā)達(dá)城市建立了一些高層建筑，這些高層建筑群，成為了上海外灘一道獨(dú)特的風(fēng)景，其中最有名的要數(shù)上海國際飯店了。該建筑在當(dāng)時屬于國際第二大高層建筑，建成之后蟬聯(lián)了半個世紀(jì)“中國第一高樓”的美稱。當(dāng)然，同一時期，在其他地方也有很多的高層建筑，我國建筑行業(yè)在當(dāng)時空前發(fā)展。直到新中國成立，國家在當(dāng)時大力發(fā)展工業(yè)，所以那個時期并不倡導(dǎo)高層民用建筑的建設(shè)。到上世紀(jì)六七十年代開始的時候，一些發(fā)達(dá)城市開始建設(shè)高層的民用建筑，像廣州賓館，白云賓館等都是標(biāo)志性的高層民用建筑。當(dāng)然，這些建筑均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)。值得稱道的是，在上世紀(jì)80年代后，一些發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)開始建設(shè)20層以下的民用建筑，同時采取的結(jié)構(gòu)方案是預(yù)制加現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。并且該結(jié)構(gòu)在北京以及上海的稱呼都不一樣，這是建造高層預(yù)制公寓的早期嘗試，代表項(xiàng)目包括北京前門大街的住宅樓和上海草西北路的住宅樓。1978年黨的十一屆三中全會確立的改革開放政策極大地促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，也帶來了公寓建筑的春天。20世紀(jì)80年代初，在深圳等經(jīng)濟(jì)特區(qū)和大型沿海城鎮(zhèn)建成了多棟高層建筑，其中有深圳國際貿(mào)易大廈、廣州白天鵝賓館、上海華亭賓館、聯(lián)誼大廈等。這些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)基本上由國內(nèi)設(shè)計(jì)師主導(dǎo)。高層建筑具有重要的優(yōu)勢，雖然高層建筑的發(fā)展對促進(jìn)社會發(fā)展和城鎮(zhèn)化有著重要的推動作用，但隨著高層建筑的推廣，相關(guān)的建設(shè)和質(zhì)量管理體系沒有得到妥善維護(hù)，高層建筑的問題暴露無遺。例如，壓力的增加導(dǎo)致工程成本和施工難度的增加，高層建筑的大規(guī)模開發(fā)使消防安全設(shè)計(jì)復(fù)雜化，城市人口密集，進(jìn)一步加劇了城市道路的交通擁堵。因此，考慮到高層建筑快速發(fā)展對社會環(huán)境和城市發(fā)展的不足，在未來的發(fā)展過程中，需要在商業(yè)計(jì)劃之初就做好城市發(fā)展的整體準(zhǔn)備和城市規(guī)劃的制定。高層建筑的布局應(yīng)慎重考慮。調(diào)整高層建筑布置與周邊環(huán)境的關(guān)系，嚴(yán)格控制高層建筑施工質(zhì)量、消防安全、構(gòu)筑物等設(shè)施，嚴(yán)防隱患。發(fā)展高層建筑可能產(chǎn)生的風(fēng)險；以建筑業(yè)自身的大發(fā)展，克服高層建筑綠化帶不足，促進(jìn)城市持續(xù)健康發(fā)展。1.2高層建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和應(yīng)用情況相對于低層建筑，高層建筑要求建筑結(jié)構(gòu)具有更好的抗側(cè)力特性，傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足這些要求，因此，出現(xiàn)了一些適合高層建筑施工的結(jié)構(gòu)體系。盡管摩天大樓于19世紀(jì)末首次出現(xiàn)在美國，但在20世紀(jì)中葉，高層建筑仍在全球蓬勃發(fā)展。近幾十年來，出現(xiàn)世界各地紛紛興建高層建筑的現(xiàn)象，是工業(yè)化進(jìn)步、科技進(jìn)步、城市化進(jìn)程加速的最好例證。自1990年代以來，中國出現(xiàn)了許多高層建筑，其中一些已經(jīng)成為城市的地標(biāo)。隨著高層建筑高度的增加，建筑物的類型和功能越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式也越來越多樣化。高層建筑結(jié)構(gòu)體系分為不同的類型，包括混凝土結(jié)構(gòu)體系、鋼結(jié)構(gòu)體系、鋼組合結(jié)構(gòu)體系和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)等。目前常見的高層建筑結(jié)構(gòu)體系為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系中包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)等。在選擇高層結(jié)構(gòu)體系時需要綜合考慮各類型的優(yōu)勢和缺點(diǎn)，下面進(jìn)行逐一的分析：(1)框架結(jié)構(gòu)體系。這一體系通過橫向梁和縱向柱的交叉構(gòu)建形成立體的框架，使結(jié)構(gòu)能夠承受垂直和水平兩方面的壓力?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)為設(shè)計(jì)簡單，并且能夠根據(jù)周圍的環(huán)境靈活地進(jìn)行布置。因此應(yīng)用范圍廣泛。(2）剪力墻結(jié)構(gòu)體系。這一體系的承重是通過墻體完成的，橫向和縱向的墻體分別承擔(dān)兩方向上的壓力。剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是主要使用抗震性能優(yōu)良的鋼筋混凝土。(3)框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。該系統(tǒng)將框架和剪力墻結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，同時利用了兩者的優(yōu)勢。其特點(diǎn)在于既能夠發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)中環(huán)境適應(yīng)能力好的特點(diǎn)，還能夠發(fā)揮剪力墻抗震能力強(qiáng)的特點(diǎn)。如果框架結(jié)構(gòu)的比例過大，則會影響建筑的整體穩(wěn)固性。如果剪力墻的比例過大，則會增加建筑成本。在過去的20年里，中國高層建筑和結(jié)構(gòu)的發(fā)展主要表現(xiàn)為以下趨勢:（1）上海、深圳、天津、武漢等地的建筑高度不斷被打破，這些地區(qū)的建筑樓層都突破了600m，并且大部分已經(jīng)完全竣工并交付。(部分工程因非結(jié)構(gòu)原因改變了高度)。擬建的蘇州中南中心海拔729米。（2）建筑的用途表現(xiàn)為多元化、連貫的發(fā)展，其主要功能通常為辦公室、公寓、公寓和酒店。（3）結(jié)構(gòu)側(cè)阻力系統(tǒng)本質(zhì)上是一個殼核管道，具有多樣性和更強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)體系，如組合結(jié)構(gòu)、斜格筒、分析框架筒和鋼板切割墻等正在逐步增加。（4）基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法越來越普遍，消能減震技術(shù)越來越多地應(yīng)用于高層建筑的抗震或防風(fēng)設(shè)計(jì)中。結(jié)構(gòu)材料更加注重強(qiáng)度和韌性。（5）當(dāng)?shù)赝两üこ處煪?dú)立設(shè)計(jì)的高層建筑數(shù)量和高度不斷增加，原最高建筑高度已超過500m；本土工程師和外國公司利用各自的利益，共同推動中國公寓建筑結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展。（6）開發(fā)商越來越關(guān)注高層建筑的安全、結(jié)構(gòu)成本和可持續(xù)發(fā)展，并建立了跨部門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)評估體系。高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)強(qiáng)度體系是決定高層建筑結(jié)構(gòu)是否合理、經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。此外，隨著建筑高度的不斷提高，建筑的功能變得越來越復(fù)雜，對結(jié)構(gòu)側(cè)動力系統(tǒng)的效率要求也越來越高，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的創(chuàng)新也變得越來越重要。高層建筑抗側(cè)力體系的發(fā)展從傳統(tǒng)的框架、剪力墻、框架-剪力墻、核心框架管、框架管結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展到框架、巨型框架、分析支撐管等核心筒的延伸臂結(jié)構(gòu)等。除了轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，如梁管，新的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)也被開發(fā)，如格子管，米歇爾分析框架管和鋼板切割墻，以及各種混合系統(tǒng)已被開發(fā)。結(jié)構(gòu)材料也從純混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殇?混凝土混合結(jié)構(gòu)。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)展示了邊緣、支撐、巨型和三維側(cè)力等主要部件的性能。建筑形式的整合、不斷的高度突破和消防疏散等因素也促使其從單一的高層建筑發(fā)展為由多座高樓組成的“天空之城”。

2高層建筑中常用結(jié)構(gòu)體系及特點(diǎn)當(dāng)前多高層建筑普遍采用的是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼框架這種結(jié)構(gòu)方式。鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好、強(qiáng)度高、自重輕等優(yōu)點(diǎn)，和高層建筑所需具備的特點(diǎn)吻合，所以現(xiàn)代高層建筑一般都用這種材料，不過全鋼結(jié)構(gòu)的各種性能都比較差，而且造假過于昂貴，難以普遍推廣，故而，在世界上很多國家，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仍然是高層建筑發(fā)展的首選，特別是在發(fā)展中國家鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)居于主導(dǎo)地位，而且，隨著混凝土材料性能的持續(xù)提高，以及施工技術(shù)的改進(jìn)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的性價比逐步提升，其不足部分也得到了改進(jìn)。2.1框架結(jié)構(gòu)2.1.1特點(diǎn)框架結(jié)構(gòu)體系是指梁、柱組合成剛性或修改體系，即由梁、柱組成的框架，在運(yùn)行過程中共同承受水平和垂直荷載的結(jié)構(gòu)。這個建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：在布局上有更多的自由空間，房間的分區(qū)可以拆除，可以對室內(nèi)構(gòu)造進(jìn)行較大的改動。結(jié)構(gòu)本身相對較輕，這給建筑的立面工作帶來了便利，同時采取合適的計(jì)算理論，計(jì)算建設(shè)成本。該結(jié)構(gòu)可以廣泛應(yīng)用于辦公樓、公寓、商場、醫(yī)院及多層廠房或倉庫的建設(shè)。其缺點(diǎn)是：框架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度較低，尤其是水平方向。當(dāng)建筑物高度較大，樓層數(shù)較大時，結(jié)構(gòu)下部柱的軸力不僅大，而且由于水平荷載引起的彎矩和梁柱的整體側(cè)向位移也很大，從而給建筑的穩(wěn)定性帶來威脅?？蚣芙Y(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于多層工業(yè)廠房、商鋪、辦公室、學(xué)校宿舍、醫(yī)院等工程的建設(shè)，其計(jì)算理論較為成熟，具有造價低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)建筑美觀，重量輕，布局靈活等特點(diǎn)，是現(xiàn)代高層建筑比較常見的結(jié)構(gòu)體系。但是框架結(jié)構(gòu)地震荷載作用及風(fēng)荷載作用的承載力較低，故而存在抗側(cè)力能力較差、柔性較大等缺點(diǎn)，故而合理層數(shù)為6～15層，在建筑高度上要求嚴(yán)格。對民用建筑一般適用于15層以下的房屋。2.1.2應(yīng)用實(shí)例本設(shè)計(jì)為深圳某十二層住宅樓建筑方案圖，工程建筑結(jié)構(gòu)形式為：框架結(jié)構(gòu)、層數(shù)為：22層、高度為：69.85米。圖2.1二十二層住宅樓框架結(jié)構(gòu)示意圖住宅樓框架結(jié)構(gòu)包括梁、板、柱、以及基礎(chǔ)。柱是框架的主要承重構(gòu)件、抗側(cè)向力構(gòu)件，是框架的關(guān)鍵構(gòu)件。梁在框架中起著雙重作用，一方面梁承接著板的荷載，并將其傳遞至柱上，并進(jìn)而通過柱傳遞至基礎(chǔ)，板是不僅直接承擔(dān)垂直荷載的構(gòu)件，而且對于水平荷載的控制，框架建筑平面布置靈活，不受樓板跨度的限制，一般應(yīng)用于五層及以上的多層及高層建筑以及有較大空間要求的建筑等。2.2剪力墻結(jié)構(gòu)2.2.1特點(diǎn)剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅和旅館客房中被廣泛采用，其基本原理是在高層建筑中安裝鋼筋混凝土墻，鋼筋混凝土墻承受所有的垂直和水平荷載，剪力墻一般采用水平和垂直交叉布置或多軸布置。剛度和抗剪強(qiáng)度，以加強(qiáng)整個建筑。剪力墻結(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)點(diǎn)：側(cè)移剛度高，在水平力影響下位移小，保證空間的完整性。承重結(jié)構(gòu)為板式混凝土墻，房間布局中沒有梁、柱等裸梁，不影響房間的功能，在這個意義上也是美觀的。這種結(jié)構(gòu)適用于公寓、酒店等建筑。與歷史震害相比，該結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能和更低的震害，該結(jié)構(gòu)的整體工況性能較好，剛度較高，表現(xiàn)出良好的抗震性能。剪力墻結(jié)構(gòu)易于分割，能很好的保證房屋的整體美觀，非常適用于多房多墻的建筑工程。然而，剪力墻結(jié)構(gòu)也有其自身的缺點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)自重大，振動周期短，延展性差。剪力墻無法被拆除，不適合形成大空間，租戶也不能自己修改內(nèi)部布局。有時建筑墻體有很多切割墻結(jié)構(gòu)，空間沒有得到充分利用，該結(jié)構(gòu)可以用來滿足一些大型酒吧的需求，也可以用來布置商鋪和一些住宅建筑下的公共空間，這種結(jié)構(gòu)被稱為“框支剪力墻結(jié)構(gòu)”。在框架支剪力墻中，由于基柱剛度不夠強(qiáng)，上下兩層剛度變化劇烈，其抗震性能較低，因此不適合抗震。2.2.2應(yīng)用實(shí)例我國近幾十年經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，有限的土地資源越來越少，為了更加充分有效的利用土地資源，高層、高層建筑不斷展現(xiàn)在人們的眼前。在建筑行業(yè)里人們尋求高度的極限的同時，結(jié)構(gòu)的安全性和舒適性也備受關(guān)注。鋼材因自身重量輕、強(qiáng)度高、延性和可塑性好等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑得到廣泛的應(yīng)用。隨著高層建筑的發(fā)展，人們開始研究鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)。鋼板剪力墻自1970年代開始用于高層建筑，我國高層鋼結(jié)構(gòu)的代表性例子是2010年建成的天津津塔大廈，鋼管混凝土組合柱框架、核心鋼板剪力墻部分和支腿部分如圖2.2所示。圖2.2天津津塔大廈天津津塔大廈剪力墻支模采用C型鋼龍骨取代傳統(tǒng)支模體系，大大減少了主龍骨數(shù)量，螺桿孔設(shè)置在板帶或非整張模板上，實(shí)現(xiàn)了整張模板免開洞，該體系在滿足型鋼壁厚及受力要求的前提，達(dá)到了減輕重量的目的，具有使用輕便、操作簡便、周轉(zhuǎn)次數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)，而且大大降低了作業(yè)工人的勞動強(qiáng)度。2.3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)2.3.1特點(diǎn)重新布置框架結(jié)構(gòu)，增加剪力墻，形成一種新的結(jié)構(gòu)：框架剪力墻結(jié)構(gòu)。框架剪力墻結(jié)構(gòu)多用于酒店、辦公樓、公寓等建筑。它們的抗震能力和剛度顯著提高。同時它們還具有使用方便、框架結(jié)構(gòu)布局靈活等特點(diǎn)，基本原理是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，這是一種框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)在簡單的剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)方面具有優(yōu)勢。建筑物的布局具有傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的靈活性和易用性，又有比較強(qiáng)的抗震能力，高層建筑中用于辦公樓和旅館用途的房間多使用此種結(jié)構(gòu)。它能用于更高高度的建筑施工，適用于更多樓層。其缺點(diǎn)是:材料用量較大，因其自身重量較大使得其高度不得高于150米。2.3.2應(yīng)用實(shí)例本項(xiàng)目位于深圳市南山區(qū)深圳灣南側(cè)，主要功能為辦公和酒店，地上86層，高度為400m。結(jié)構(gòu)平面形狀為正方形，尺寸為54m×54m，高寬比為7.4，柱距為4.5m，基本層高為4.5m。圖2.3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)框架―剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向抗側(cè)力體系，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間不宜采用鉸接。抗震設(shè)計(jì)時，兩主軸方向均應(yīng)布置剪力墻。梁與柱或柱與剪力墻的中線宜重合，框架的梁與柱中線之間的偏心距不宜大于柱寬的1/4?？蚣塄D剪力墻結(jié)構(gòu)成為了建筑結(jié)構(gòu)承載和傳遞負(fù)荷的主要結(jié)構(gòu)之一，該項(xiàng)目不僅有著剛度大、空間整體性強(qiáng)等方面的特點(diǎn)，還有效的避免建筑空間露筋露梁的現(xiàn)象發(fā)生，使得建筑空間結(jié)構(gòu)的利用得到了有效的增強(qiáng)。2.4筒體結(jié)構(gòu)2.4.1特點(diǎn)傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)體系中，沒有抗震系數(shù)，梁體剛度難以滿足要求，這主要是因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)是在平面工況下施工的?，F(xiàn)代建筑對高度和層數(shù)、管狀結(jié)構(gòu)的需求不斷增加，導(dǎo)致了這種新的建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。管狀結(jié)構(gòu)由剪力墻組成，薄壁管體成為垂直懸臂箱形梁，密柱形成框架管對抗空間總力，提高了梁的剛度。一個氣缸結(jié)構(gòu)系統(tǒng)通常由一個或多個氣缸組成。比較常見的管結(jié)構(gòu)主要有梁管結(jié)構(gòu)、管內(nèi)管結(jié)構(gòu)、框架管結(jié)構(gòu)等，剪力墻在空間內(nèi)形成薄壁圓筒，主要由一個或多個能承受水平力的圓筒組成的結(jié)構(gòu)是一種簡化結(jié)構(gòu)。有些建筑物對高度有更高的要求。為滿足這一要求，在結(jié)構(gòu)的框架柱上增加型鋼，或在柱上纏繞型鋼，以承載超高層建筑的設(shè)計(jì)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：可以減小混凝土柱的尺寸，也可以減小結(jié)構(gòu)的重量，并且可以進(jìn)一步提高柱的抗震性能。它可以應(yīng)用于150米到300米之間的建筑，幾乎沒有缺陷。2.4.2應(yīng)用實(shí)例廣州西塔（以下簡稱西塔）主塔高432m，是一座地上103層、地下4層的摩天大樓。其中，1至3層為大堂，4至67層為寫字樓。本項(xiàng)目采用新型管中管結(jié)構(gòu)體系，橫向剛度強(qiáng)，抗震性能好，保證了結(jié)構(gòu)體系的整體安全性和風(fēng)荷載下良好的舒適性。圖2.4廣州西塔圖2.5廣州西塔平面結(jié)構(gòu)體系示意圖本文重點(diǎn)介紹的管結(jié)構(gòu)屬于管中管結(jié)構(gòu)體系，框架管芯管是高層建筑中廣泛使用的管結(jié)構(gòu)。它主要作為外腹板式剪力墻中的內(nèi)管實(shí)施。框架核心筒結(jié)構(gòu)的框架部分，外框架采用深梁密柱結(jié)構(gòu)，后者采用粗柱狀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，呈網(wǎng)殼形式的圓柱結(jié)構(gòu)。利用該類結(jié)構(gòu)的框架斜格柵形成垂直格柵，配合外框架的支撐作用，可視為框架管剪力墻的延伸，表明結(jié)構(gòu)的便利性，顯得更加多樣化和流線型。2.5巨型結(jié)構(gòu)2.5.1特點(diǎn)巨型框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)是主子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特殊、側(cè)移剛度高、布局靈活等，能夠滿足一些特殊建筑結(jié)構(gòu)的形狀和功能要求，近年來得到了迅速發(fā)展。巨型結(jié)構(gòu)是一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由組件(巨型支柱)組成，其中最常見的是由主組件和現(xiàn)有組件組成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。超大型結(jié)構(gòu)不僅具有更大的承載能力和抗側(cè)剛度，而且由于其抗震性能高于普通構(gòu)件，在高層建筑中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并且比其他結(jié)構(gòu)更實(shí)用。2.5.2應(yīng)用實(shí)例合肥濱湖時代廣場引入一個巨大的框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，如圖2.6所示。它的橫截面看起來像兩個獨(dú)立的三角形塔，沿低血壓方向相對，但實(shí)際結(jié)構(gòu)是一個整體、超高層建筑具有＂凹＂形不規(guī)則平面，對結(jié)構(gòu)抗震不利。為改善結(jié)構(gòu)抗震性能，采用＂巨型鋼框架＋圓鋼管混凝土柱＋鋼框架梁（桁架）＋鋼筋（鋼骨）混凝土核心筒＂組合而成的新型復(fù)合抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，取得較為滿意的抗震效果。其要點(diǎn)是端部加巨型框架解決扭轉(zhuǎn)問題。圖2.6合肥濱湖時代廣場

3高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)由于高層建筑的各片豎向平面結(jié)構(gòu)（或稱抗側(cè)力結(jié)構(gòu)）的剛度、形式并不相同，變形特征也不一樣，導(dǎo)致其不能簡單地像一般房屋那樣由受荷面積和間距對荷載進(jìn)行分配，否則會使抗側(cè)力剛度大的結(jié)構(gòu)分配到的水平力過小。因此，首先需要了解高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。3.1水平荷載成為設(shè)計(jì)的決定性因素水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值并不是固定的，其作為動力荷載施加在結(jié)構(gòu)上成正比例關(guān)系。在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)的傾覆力矩和豎向構(gòu)件上產(chǎn)生的軸力與建筑高度的平方成正比。其次，當(dāng)建筑物達(dá)到一定高度時，豎向荷載基本是固定的，風(fēng)荷載、地震等水平荷載的值也根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)動力學(xué)呈現(xiàn)不斷的變化。隨著建筑物層數(shù)的增加，水平荷載越來越成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的控制因素。另一方面，在豎向構(gòu)件中，由于建筑物自重和樓板荷載引起的軸力和彎矩僅與建筑物高度的平方成正比，而水平荷載引起的傾覆力矩僅與建筑物高度的平方成正比。施加到結(jié)構(gòu)上，因此豎向構(gòu)件的軸向力等于建筑物高度的平方。另一方面，對于一定高度的建筑物，風(fēng)荷載和豎向荷載的地震作用會使得建筑的動態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。圖3.1建筑物高度對內(nèi)力和位移的影響由圖3.1可知，隨著結(jié)構(gòu)高度的增加，位移增大最快，彎矩次之。3.2側(cè)移成為設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)在設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強(qiáng)度，能夠穩(wěn)定地承受風(fēng)荷載引起的內(nèi)力，以及足夠的橫向剛度，以防止結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下發(fā)生橫向位移。負(fù)載被控制在一定限度內(nèi)，確保室內(nèi)生活和工作的環(huán)境不受影響。這是因?yàn)楦邔咏ㄖ氖褂霉δ芎桶踩耘c結(jié)構(gòu)橫向移動的大小密切相關(guān)：（1）不同于多層、低層建筑，在高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)側(cè)移是十分重要的影響因素，隨著住宅建筑高度的增加，在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)側(cè)向變形也會大幅度增加，與建筑物高度的四次方成正比。結(jié)構(gòu)的橫向運(yùn)動必須控制在一定范圍內(nèi)。因此，控制橫向移動的幅度已成為保證高層建筑良好的居住和工作條件的關(guān)鍵因素。（2）橫向變形過大可能導(dǎo)致艙壁、擋土墻、優(yōu)質(zhì)飾面材料開裂或損壞，也可能因軌道變形導(dǎo)致電梯不能正常運(yùn)行。（3）高樓的重心一般偏高一點(diǎn)，如果側(cè)向變形太嚴(yán)重就會使得結(jié)構(gòu)因P-△效應(yīng)而使結(jié)構(gòu)受到的應(yīng)力變大，甚至因受到各種力的作用而導(dǎo)致“樓歪歪”現(xiàn)象。3.3軸向變形的影響在設(shè)計(jì)中不容忽視對于高層建筑，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的軸力非常大，隨著建筑高度的增加，建筑的重力荷載也隨之增加。柱內(nèi)發(fā)生較大的軸向變形，對結(jié)構(gòu)各部分的荷載影響較大，對基礎(chǔ)承載力的要求較高。結(jié)構(gòu)分析應(yīng)考慮軸向變形的影響，但結(jié)構(gòu)一旦完成，不應(yīng)立即施加垂直荷載。特別是在施工過程中逐層施加構(gòu)成豎向荷載大部分的結(jié)構(gòu)自重，在施工過程中分階段完成軸壓形狀的改變，并在各層高度處進(jìn)行平滑處理。這種情況與前面提到的情況略有不同。因此，在考慮軸向變形時，應(yīng)考慮施工過程中樓板的豎向荷載。管道框架的承重墻和上框架柱由于豎向荷載有牽引力，上框架桿有過大的彎曲扭矩和切削力等。3.4延性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)高層建筑在水平荷載作用下，會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)本身無法避免的大的結(jié)構(gòu)橫向過渡。結(jié)構(gòu)的韌性和脆弱性是一組相對的結(jié)構(gòu)指標(biāo)，如果處理得當(dāng)，可以補(bǔ)償一些張力。因此，可以在設(shè)計(jì)過程中加入設(shè)計(jì)方法，提高結(jié)構(gòu)的韌性，以改善結(jié)構(gòu)本身的這些特性。3.5動力效應(yīng)大當(dāng)結(jié)構(gòu)受到地震作用時，結(jié)構(gòu)本身的特性是不同的，如結(jié)構(gòu)的類型和形狀、結(jié)構(gòu)的高度和縱橫比、自振周期和材料的阻尼比等。或者風(fēng)荷載，產(chǎn)生的動力效應(yīng)會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物的使用，甚至造成房屋損壞。3.6扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和剛度分布不均勻時，高層結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下往往會產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)?？箓?cè)向力結(jié)構(gòu)構(gòu)件和其他構(gòu)件會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力增大以及變形等現(xiàn)象。3.7結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和抗傾覆必須重視結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定和抗傾覆問題。在設(shè)計(jì)高層建筑的時候，一定要注重各種結(jié)構(gòu)之間的應(yīng)力作用，如果結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力過大，就會造成結(jié)構(gòu)失衡現(xiàn)象，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。3.8溫差過大產(chǎn)生的溫度應(yīng)力及變形大如果建造的是高層建筑物，因?yàn)樯舷聦咏Y(jié)構(gòu)溫差的原因也會導(dǎo)致溫度應(yīng)力以及變形應(yīng)力的產(chǎn)生。

4高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時選定結(jié)構(gòu)體系需要注意的問題4.1結(jié)構(gòu)的平面形狀及立面型式高層建筑對內(nèi)部空間的要求不同，取決于其使用性質(zhì)。隨著建筑功能的不同，建筑的布局也隨之發(fā)生變化。一般來說，小空間規(guī)劃只適用于住宅和酒店的客房設(shè)計(jì)，寫字樓需要大空間和小空間兩種的平面布局設(shè)計(jì)，餐廳、商場、展廳和工業(yè)廠房需要大空間布局規(guī)劃。酒店需要很大的空間，里面沒有柱子。不同的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)提供的內(nèi)部是不同的。因此，在施工圖的設(shè)計(jì)階段，必須首先考慮建筑對內(nèi)部可用功能的需求，然后綜合考慮其他條件，以確定一個實(shí)用、經(jīng)濟(jì)和功能的結(jié)構(gòu)體系。下表列出了一些常用的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，它們與建筑布局和內(nèi)部的關(guān)系如下:框架結(jié)構(gòu)的建筑布局可以保證室內(nèi)的靈活和寬敞，而切割墻結(jié)構(gòu)的建筑布局是有限的，只能保證很小的空間。框架墻結(jié)構(gòu)體系在建筑布局上更加靈活，從而產(chǎn)生更大的室內(nèi)可用空間：圖4.1常用結(jié)構(gòu)體系示意框-筒體系建筑平面布置靈活，可產(chǎn)生大的內(nèi)部使用空間，且建筑采光通風(fēng)均較好；筒中筒體系建筑平面布置比較靈活，可有較大的內(nèi)部使用空間；框簡束體系建筑平面布置受限于密排柱網(wǎng)，但仍可產(chǎn)生大的內(nèi)部使用空間。4.2結(jié)構(gòu)剛度對于位于地震帶的高層建筑，除材料量、建筑內(nèi)部空間、建筑應(yīng)用高度等因素外，還應(yīng)具備以下結(jié)構(gòu)剛度確定結(jié)構(gòu)體系：（1）要有清晰的計(jì)算圖和合理的地震力傳遞路徑。（2）具有多重抗震能力，整個系統(tǒng)不會因某些結(jié)構(gòu)或部件的失效而失去抵抗側(cè)向力或承受重力載荷的能力。（3）具有必要的承載能力、良好的延展性和更大的能源消耗能力，使結(jié)構(gòu)體系在發(fā)生地震時具有足夠的抗倒塌能力。（4）結(jié)構(gòu)沿水平和垂直方向的剛度和強(qiáng)度根據(jù)需要均勻分布或合理分布，防止局部減弱或急劇變化，形成薄弱環(huán)節(jié)，防止地震期間應(yīng)力過度集中或塑性變形集中。在確定施工方案時，要綜合考慮房屋的重要性、工事強(qiáng)度、場地類型、房屋高度、地基、材料供應(yīng)和施工條件，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，選擇最合適的結(jié)構(gòu)體系。4.3高寬比限制（1）受彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度。增加有效寬度非常有效，可以直接降低建筑物的傾覆力，在相同條件下，橫向移動量與增加的立方體寬度成正比減少。救援系統(tǒng)連接良好。（2）放大承受最大載荷的部分。例如，增加了連接下層梁的柱子的翼緣截面，以減少橫向移動并增加阻力力矩，可以在不增加上層質(zhì)量的情況下保證抗震性。（3）彎曲部分直接承受大部分的豎向荷載。主要的防撞組件是預(yù)先安裝的，以幫助房屋在電壓下保持穩(wěn)定。（4）為了有效抵抗各層的局部切削力，垂直結(jié)構(gòu)體系必須布置合理的固定墻體或?qū)侵渭?。使用垂直彎曲桿來承受這些切削力是不合理的，因?yàn)樵黾又雍土旱膹澢芰Ρ仁褂脡Ρ诨蛐睋涡枰嗟牟牧虾腿肆Α?.4側(cè)向位移限制建筑物的橫向位移是指建筑物抵抗水平力引起的橫向位移的剛度。高層建筑引起的側(cè)向位移主要包括兩部分，橋面?zhèn)认蛭灰浦饕ü琼敳康乃轿灰坪徒ㄖ锷喜康母郊舆^渡。雖然它是結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的平移和力矩運(yùn)動，但這些扭轉(zhuǎn)變形在外力作用下不一定發(fā)生，存在高層建筑本身發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的可能。在上述內(nèi)容中，筆者提到了高層建筑的側(cè)向剛度，基礎(chǔ)剛度對高層建筑的側(cè)向剛度影響比較大，有時會發(fā)生下降現(xiàn)象，使整個結(jié)構(gòu)趨于橫向移動，從而增加結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的相對橫向移動。因此，良好地控制地基剛度的變化可以降低建筑成本并提高房屋的安全性。其次，考慮到建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性中的基礎(chǔ)剛度，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度發(fā)生了很多變化。通過對計(jì)算數(shù)據(jù)中強(qiáng)度大、整體薄弱的部位進(jìn)行加固，可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。

5結(jié)論與展望隨著我國的建筑施工技術(shù)越來