多高层建筑结构型式的探讨

摘要:随着城市化进程加快，城市住房越来越紧缺，高层建筑减轻了城市土地稀缺的矛盾。本文通过具体的住宅楼层实例，分析了目前建筑设计中使用的几种结构的优缺点和他们的抗震性能，为同行和业主在结构设计和户型选择上，有一定的参考作用。

关键词：高层住宅；结构体系；抗震性能

中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号：

随着人口的增多，人们对房地产行业的要求也愈来愈高，而人类日益增长的刚需与目前城市土地资源稀缺现状相矛盾，所以现在的居住房屋以高层住宅为主。对于高层住宅该如何进行结构设计，到底什么样的结构体系在适用性、抗震性方面最好，是摆在每个结构设计师面前的急需解决的问题，也是目前社会发展的需要解决的问题。基于对以上问题的考虑，本文将对某小区的某栋住宅型建筑物的结构型式具体展开分析和研究，以目前业内普遍存在的在进行高层房屋建筑时所使用的几种建筑结构进行了解和解析，希望通过这些数据和材料能得出解决以上问题的方式，而该论点将为工程行业的建筑师们和房子业主们在进行房屋结构设计时针对其方案和对住房结构的确定提供一些比较有实际意义的参考。

1、结构方案概述

楼层的基本概况是：住宅楼层为12层，机构模式为一梯为两户两单元，采用的对称结构。土地类别为3类，基本风压为0.60kn/m,。抗震系数为6度。每楼层高为2.9m，整栋楼的高度为34.8m，长为34.20m,宽14.7m,每层的面积是490m2，总面积5880m2。对于他的分析比较采用的是SATWF软件，即“多层及高层建筑机构三维分析与设计软件”还有有关的规范。

1.1框架结构

框架结构在多层及小高层的运用广泛，使用这种结构，虽然存在建筑物的高度不能超过60.0m的缺点,但它也有自己显著的优势，采用框架结构，室内空间较大，方便使用，在填充墙的选择上可以使用轻质隔墙，这样能够减轻机构本身产生的重量。但它的缺点是会有内凸的框架柱，这种柱子会直接影响到户型的实际使用面积，以及业主以后家具的摆放。

1.2异型柱框架结构

异型柱框架结构是在框架结构的基础上改进而成的，除了有框架结构的优点外，因为采用了与墙同宽的异形柱，很好的解决了建筑平面的使用问题。行业标准规定，当抗震设计要达到6度的时候，这种结构可以使用在高度为24M以下的房屋建筑上，因为这栋大楼高度达到了34.8m,因此异性框架结构没有使用在这栋大楼中。

1.3框架剪力墙结构

框架剪力墙结构在现在的高层建筑中使用的比较的多，其优势表现在框架柱主要承受的是竖向荷载，它是利用电梯间做钢筋砼核心筒抵抗大部分水平荷载，具有较大的刚度和抗震能力。但他和框架式机构一样，内凸的框架柱影响到了实际的使用面积和业主对家具的布置。因此，这种结构会造成业主的使用面积的减少，对于业主室内的家具摆放等都会造成一定的影响，并且有可能影响室内的美观度。

1.4异型柱框架剪力墙结构

异型柱框架剪力墙结构是在框架剪力墙结构上改进而来的，除了具备框架剪力墙结构的优点，还更好的解决建筑平面使用的问题。

1.5普通剪力墙结构

普通剪力墙结构在设计30层高度的住宅中比较常见，它是根据建筑平面布局而设置钢筋砼墙，与墙同宽的剪力墙解决了建筑平面使用问题，但是在设计上只采用剪力墙结构，造价很高。因此在这栋建筑中，不应该将这种结构作为首选。

1.7短肢剪力墙结构

短肢剪力墙结构是为了剪力墙能更好的适应建筑要求而形成的，在建筑物的凹凸转角处，需要布置各种形式的短墙肢，数量和如何布置，就要根据建筑的要求。

2、结构抗震性能的比较

2.1框架结构

框架结构一般用于10层以下的建筑物，它的抗震性能不高，“多层及高层建筑机构三维分析与设计软件”程序计算结果表明，框架结构在水平荷载、风荷载及地震荷载的作用下，水平位移和层间位移最大。在实际的住宅建造时，对建筑的平面使用和立体面造型的有具体的要求，经常会出现单跨框架等现象，使得抗震效果很差。如果建筑采用的是砌体填充墙，要是在地震中出现损害，维修费用相当的高。因此只建议使用在多层和小高层中，超过10层的建筑不建议使用。以避免因为框架不在同一条轴线上造成的抗震效果减弱的现象出现，危及建筑物的安全。

2.2异型柱框架结构

异型柱框架结构相比其它的结构来说，抗震的性能是最差的，当建筑物高度较高的情况下，异形柱无法满足建筑物的轴力和抗侧力的要求，同时应为它的各种受力性能比普通矩形柱差，水平地震作用时，柱内钢筋的粘结锚易遭受破坏，根据以上的表述，证明这种结构只适应24m以下的住宅建筑。

2.3框架剪力墙结构

框架剪力墙结构其刚性和抗震能力比其他的结构有很大的改善，在近几年的住宅高层建筑中比使用的比较多，因为主要承受的竖向的荷载，水平位移和层间位移的问题是大大减少了，但是在把这种结构使用在住宅建筑时，还要考虑到使用面积和业主使用的感受。所以在使用这种结构的时候，要充分考虑到业主的意愿，否则可能造成房屋的出售不理想，或者业主与之发生纠纷。

2.4异型柱框架剪力墙结构

异型柱框架剪力墙结构相比框架剪力墙结构，因为采用了同宽的异形柱，很好的解决了建筑面积和家具布置的问题，但是在抗震等级达到6度的地区，最好在框架剪力墙结构总高度不得超过45．0m，柱中距不大于7．20m的住宅建筑中使用这种结构。

2.5普通剪力墙结构

在30层上下的高层住宅结构设计中被广泛的应用到，它的抗震性能好，而且水平位移和层间位移不大，但是因为造价高，结构自重比较重，因此在设置钢筋砼墙时要在适当部位开结构洞，并且以轻质填充墙代替。

2.6短肢剪力墙结构

目前短肢剪力墙结构应用的还是比较的少，因为它的抗震性能差，在地震地区的使用经验也不多，这种结构在使用范围，最大高度等等有非常严格的限制。就目前而言，使用的范围不是太广泛。

3、结构设计应注意的问题

3.1结构的平面布置刚度应该适宜均匀，尽量减少扭转

结构简单直接的平面布置规则和方式应该是设计师在设计多高层建筑方案时应该遵守的。简单性并不是指技法或者构思，而是说在进行结构平面的布置设计时，要尽量的降低出现一些类似凹进和突出的比较复杂的平面设计方式，而一系列的复杂设计最好也不要出现，结构的平面布局对整个建筑的稳定性有重要影响，这不是做艺术，所以一定要注意到要严格遵守简单和直接的原则。另外还有一个需要严格遵守的就是，在进行结构平面的布置时和设计时，刚度均匀也是设计师和建筑队需要注意到的重点问题，一般来说这个表现为结构的质心和刚心一定要尽量的充分靠近，虽然不能完全的重合，但是尽量的靠近可以减少结构在受到地震力作用时所出现的扭转损害，因为地震而出现的扭转对结构的破坏力很大。对于降低结构的扭转，可以从两个角度出发，一种是尽量去降低因为地震而出现的扭转，一种是通过对结构的加强来增加可以对抗扭转的能量。而布置相对完美而均匀的平面刚度，对大大的减少因为地震而引发的结构扭转。剪力墙的布置在此就非常的重要，因为它对平面刚度能否被均匀布置有着很重要的作用和影响。不要在结构平面的一侧或者一端来进行剪力墙的集中布置，这不利于结构均匀分布。在地震的作用下大刚度抗侧力的单元偏置结构会出现大扭转，而井筒和剪力墙的对称布置可以做到降低扭转。在周边进行剪力墙的布置，或在周边进行刚度相对较大的框筒布置等措施，可以对结构的抗扭刚度起到很大作用，也对抵抗扭转产生很大帮助。在平面上进行质量均匀分布可以降低因为地震作用而产生的扭转，另外，因为质量的偏心将会诱发扭转，而质量一旦在周边集中对扭转则具有增强的效果。

3.2结构竖向刚度宜均匀，避免薄弱层，减少鞭梢效应

结构的体型可以做成由下向上再向心逐渐降低的或者上下等宽的，沿着结构高度进行均匀的抗侧刚度分布是非常具有必要性的，沿结构高度而向心慢慢变小也可以。结构竖向刚度能否均匀是以各层的剪力墙布置为重要依据的。竖向刚度去突变结构是框支剪力墙典型的结构，因为框支层是薄弱层，它的变形比较大，更容易产生地震的震灾。因此在进行结构设计之前，不能将大部分或全部的剪力墙做出框支式，要有一定数量剪力墙落地设计，这样就可以把框支剪力墙的转换层之上的剪力可以比较稳妥的传递到落地剪力墙上，软弱层产生的震害就可以避免了。

结论

通过具体的住宅建筑对各类型结构进行优缺点的分析，每种类型在住宅建筑中需要考虑到高度和抗震级别，因此设计人员应该根据当地的实际情况、业主的要求和国家规范性和强制性文件进行设计。

参考文献：

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作者简介：康占锋（1979、11— ）男，重庆人，研究生，机械工业第三设计研究院任职，职称：工程师，研究方向：钢筋混凝土结构设计。