高层建筑结构体系浅谈

摘要：高层建筑中设计中的结构要素，影响着整体的造型。当我们在结构力学允许的范围内，调整梁、柱、墙的数量、比例、排列方式和截面形式等这些因素的时候，看似枯燥的结构就展现出无比丰富的表现力随着建筑高度的增大，水平荷载效应逐渐增大；在高层建筑结构中，水平荷载和地震作用却起着决定性作用。

关键词：结构体系 结构类型

所谓结构体系是结构抵抗外部作用的构件总体组成的方式。在高层建筑中，抵抗水平力成为确定和设计结构体系的关键问题。高层建筑中常用的结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合。高层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢筋混凝土组合结构等类型。

1、高层建筑中常用结构体系和其特点的分析

主要分为:(1)一般高层建筑结构体系。一般高层建筑结构体系包括框架体系、剪力墙体系、框架－剪力墙体系、框架－筒体体系、框筒体系、筒中筒体系等结构体系。(2)复杂高层建筑结构体系。复杂高层结构体系指带转换层结构体系、连体结构体系、悬挑结构体系、带加强层结构体系、平面不规则结构体系等。(3)新颖高层建筑结构体系。近年来,出现了一些新颖的高层建筑结构体系。其中具有代表性的有束筒体系、巨型框架体系、脊骨体系等结构体系。

A、框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成不但承受竖向荷载，也承受着水平荷载的结构体系（多用于多层建筑）。其优点是建筑平面布置灵活，可以做成有较大空间及特殊用途的房间。必要时，可用隔断分隔成小房间，或拆除隔断改成大房间，因而使用灵活。

B、力墙结构体系:剪力墙结构体系是利用建筑物墙体承受竖向与水平荷载，并作为建筑物的围护及房间分隔构件的结构体系。

剪力墙也称抗震墙。它自身平面内的刚度大、强度高、整体性好，在水平荷载作用下侧向变形小，抗震性能较强。在国内外历次大地震中，剪力墙结构体系表现出良好的抗震性能，且震害较轻。因此，剪力墙结构在实际中得到了广泛的应用。由于其良好的抗震性能，所以在地震区15层以上的高层建筑中采用剪力墙是经济的，在非地震区采用剪力墙建造建筑物的高度可达140m。剪力墙结构采用大模板或滑升模板等先进方法施工时，施工速度很快，可节省大量的砌筑填充墙等工作量。

C、框架-剪力墙结构体系：它是在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。由于框架结构具有侧向刚度差，水平荷载作用下的变形大，抵抗水平荷载能力较低的缺点，但又具有平面布置较灵活、可获得较大的空间、立面处理易于变化的优点；剪力墙结构则具有强度和刚度大，水平位移小的优点与使用空间受到限制的缺点。将这两种体系结合起来，相互取长补短，可形成一种受力特性较好的结构体系-框架-剪力墙结构体系。剪力墙可以单片分散布置，也可以集中布置。

框架-剪力墙结构体系在水平荷载作用下的主要特征：

c-1受力状态方面，框架承受的水平剪力减少及沿高度方向比较均匀，框架各层的梁、柱弯矩值降低，沿高度方向各层梁、柱弯矩的差距减少，在数值上趋于接近。

c-2变形状态方面，单独的剪力墙在水平荷载作用下以弯曲变形为主，位移曲线呈弯曲型；而单独的框架以剪切变形为主，位移曲线呈剪切型；当两者处于同一体系，通过楼板协同工作，共同抵抗水平荷载，框架-剪力墙结构体系的变形曲线一般呈弯剪型。

由于上述变形和受力特点，框架-剪力墙结构的刚度和承载力较框架结构都有明显的提高，在水平荷载作用下的层间变形减小，因而减小了非结构构件的破坏。在我国，无论在地震区还是非地震区的高层建筑中，框架-剪力墙结构体系得到了广泛的应用。

D、筒体结构体系。筒体结构为空间受力体系。筒体的基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。用剪力墙围成的筒体可称为实腹筒。如果筒体的四壁是由竖杆和斜杆形成的桁架组成，则成为桁架筒；如果体系是由上述筒体单元所组成，称为筒中筒或组合筒。通常由实腹筒来做内部核心筒，框筒或桁架筒来做外筒。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体，在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件，它比单片平面结构具有更大的承载力，并具有很好的抗扭刚度。

2、高层建筑结构类型及其特点

高层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-钢筋混凝土组合结构等类型。

(1)混凝土结构具有造价较低、取材丰富、并可浇筑各种复杂断面形状，而且强度高、刚度大、耐火性和延性良好，结构布置灵活方便，因此，在高层建筑中得到广泛应用。

(2)结构具有强度高、构件断面小、自重轻、延性及抗震性能好等优点；钢构件易于工厂加工，施工方便，能缩短现场施工工期。近年来，随着高层建筑建造高度的增加，以及我国钢产量的大幅度增加，采用钢结构的高层建筑也不断增多。

(3)钢和钢筋混凝土相结合的组合结构和混合结构在高层建筑中更为合理。这种结构可以使两种材料互相取长补短，取得技术性能优良的效果。

组合结构是用钢材来加强钢筋混凝土构件的强度。钢材放在构件内部，外部由钢筋混凝土做成，成为钢骨混凝土构件，也可在钢管内部填充混凝土，做成外包钢构件，成为钢管混凝土。

3、结语

结构是建筑的骨骼，人有人的骨骼，动物有动物的骨骼。大千世界千奇百怪的生命体，很多都依赖骨骼承载着身体的重量。地球上生物的进化规律是，越是高级的生物，骨骼就越复杂，而建筑也同样，建筑的造型、空间等内容，都依赖它的骨骼——结构承载。就如同不同的生命有着不同的骨骼一样，不同的建筑也有着不同的结构。我们关注结构的时候，首先关注它的可靠性，此外还要关注它的形态，可以说，没有结构，就没有造型，也就没有空间。肯尼斯-弗兰普顿说：“建筑的根本在于建造，在于建筑师应用材料并将之构筑成整体的创作过程和方法。建构应对建筑的结构和构造进行表现，甚至直接的表现，这才是符合建筑文化的。”