高层建筑结构体系简析

苏晓春

（陕西能源职业技术学院能源工程系，陕西 咸阳 712000）

近几年来，亚洲国家和地区的高层建筑发展也非常迅速，而且广泛采用新的结构体系和建筑形式，逐步成为世界建造高层建筑的新重心。

1 高层建筑结构的设计特点

高层建筑结构不同于低层多层建筑结构的设计。在低层建筑结构中，水平荷载产生的内力和位移都很小，通常可以忽略。所以低层建筑结构承受的外部作用主要是以自重为代表的竖向荷载。而对于高层建筑结构要同时承受竖向荷载和水平荷载。设计中我们必须重点考虑高层建筑遇到巨大风力和偶然的地震力时所产生的水平侧力。因为随着建筑物高度的增加，高宽比的增大，尽管竖向荷载对结构设计仍产生重要影响，但水平荷载对结构产生的内力和位移不断增大，将成为结构设计时的控制因素。由于高层建筑高度较大，地震作用对它的影响也较大。因此，高层建筑结构设计的关键是抗侧力结构设计和良好的抗地震性。除此之外还得严格控制高层建筑体型的高宽比例，以保证其稳定性。使建筑平面、体型、立面的质量和刚度尽量保持对称和匀称，使整体结构不出现薄弱环节。

2 常见的高层建筑结构体系

（1）框架结构体系。框架结构由梁、柱构件组成，是早期多采用的结构体系。框架结构构件类型少，可以在构建工厂标准化生产，也可以在施工现场采用定型模板进行现浇制作，整体性好和抗震性能较好。并且框架结构平面布置灵活，空间大，能适应较多功能的需要，

在框架结构建筑中，外墙可使用非承载构件，使立面设计灵活多变；内墙采用轻质隔墙，可以按需要选择拆除以适应更多样的空间需求，并且这些轻质隔墙和外墙的采用，大大降低了建筑物自重，节省了材料，因此成为高层建筑的主要结构形式。但是，框架结构的抗侧移刚度较小，在一般节点连接情况下，当承受侧向的风力或地震作用时，将会有较大的剪切变形。因此，限制了框架结构的使用高度。总之，在修建高度不大的高层建筑物时，框架结构体系性能表现良好。

（2）剪力墙结构体系。剪力墙结构体系是利用现浇配筋墙体作为承受竖向荷载和水平荷载的结构。剪力墙结构具有较高的抗侧刚度，对抵抗水平风力十分有利的，并且现浇的墙体也可以作为房屋的分隔构件，因此，它适用于小开间的高层建筑，比如宾馆、住宅楼等，而且建造的高度远远高于框架结构。剪力墙结构的主体都是现浇的钢筋混凝土，整体性很好，纵观世界各地的历次地震危害情况可知，剪力墙的地震破坏相对比较轻，所以适合在地震区推广建造。

值得注意的是，剪力墙结构的高层住宅楼中，部分中间隔墙是剪力墙。这个不同于框架结构中的非承载轻质隔墙，是绝对不能拆除的，因为它也属于承重结构体系的一部分。因此，剪力墙结构体系的空间使用限制很大，不能符合公共建筑的使用要求。而且整体的现浇钢筋混凝土墙体也造成整个建筑物自重的增大，使建材用量增加，地震力增大，上部结构和基础设计将变得困难。

（3）框架——剪力墙结构体系。框架—剪力墙结构体系，即在框架结构中沿纵横方向布置适当数量的剪力墙，可以兼有两者的优点，取长补短。大部分的水平荷载（80%～90%）是由剪力墙来承担的，提高了结构体系的抗侧刚度。框架结构除了承受竖向荷载外，也可以承受小部分的水平荷载，并且提高了空间使用的灵活性。框架结构受到水平荷载的变形表现为剪切变形，而剪力墙部分则为弯曲变形，两部分通过楼板协同工作时，变形必须协调统一，这样变形就变成弯剪型。各层间的变形会区域均匀，减小了顶部总侧移量，如图1所示。总之框架—剪力墙结构体系在刚度，抗侧力能力，抗震性能，空间使用上都优于单纯的框架结构体系及剪力墙结构体系。

图1 框架、剪力墙与框架—剪力墙的变形特点

（4）筒体结构体系。如果将框架结构中的柱距减小密集布置，梁的高度放大就形成密柱高梁的框筒。将剪力墙围成筒状就形成空间薄壁筒。用框筒或者空间薄壁筒来承担水平荷载的空间结构就为筒体结构。一个或者多个筒体结构连接就可以称为筒体结构体系。常见的类型有实腹筒、框架筒体结构、束筒结构、筒中筒结构等。

筒体结构体系不同于其他结构体系的特点是它的空间受力性能，因为它可以看作是固定于基础上的箱型悬臂构件，要比单片的框架或者剪力墙的平面结构具有更大抗侧刚度和承载能力，并具有较好的抗扭性能。所以更适合用来建造超高的建筑物。

3 高层建筑结构体系的发展方向

随着全球经济的不断发展，建筑科学领域的不断创新，高层建筑及超高层建筑的发展越来越快，超高层建筑已经成为一个国家强大的标志，各国都在努力刷新超高层建筑物的新高度。新材料新技术的不断更新和采用，一般常见的框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构已经不能满足人们对高度的期望。而新型的筒体结构体系、巨型结构体系和混合结构体系等将越来越广泛的应用在高层及超高层建筑的实际工程中。这些新型的结构体系从建筑设计角度来看，能满足各种特殊使用功能的平面及立面设计要求，可以将设计师的天才想象力变成现实；从结构设计角度来分析，筒体结构体系、巨型结构体系和混合结构体系都具有强大的抗侧刚度整体性和承载能力并能采用新型材料，结构体系既合理又经济。

随着各种新技术新材料新科技的不断产生和高效施工方法的出现，未来的高层建筑结构将向着更合理的结构设计体系和考虑环保、节能、舒适、多功能等可持续发展观念的人性化设计方向发展，适应人们对空间的利用观念的变化，展现出更为强大的生命力。

[1]包世华.新编高层建筑结构[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[2]吕西林，程明.超高层建筑结构体系的新发展[J].结构工程师，2008，24（2）.