高层建筑混凝土结构体系

2018-02-11王福元华东建筑设计研究院有限公司大连分公司辽宁大连116500

中国房地产业 2018年16期

文/王福元华东建筑设计研究院有限公司大连分公司辽宁大连 116500

1、钢筋混凝土结构的特点

钢筋混凝土结构以其良好的抗震性能、成熟的施工技术、较强的经济型等优点在民用建筑中占有相当大的比重，同时也是民用建筑结构设计的重点问题。钢筋混凝土结构类型众多，且体系变化多端，相互之间既有联系又有区别。同时钢筋混凝土结构采用以抗震等级为主线的设计方法，也有别于钢结构和砌体结构。

2、高层建筑受力特点

高层建筑为10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑。与一般多层建筑主要承受由于重力产生的竖向荷载的作用相比，高层建筑由于其高度较高，除承受竖向荷载外，还承受了由于地震作用和风荷载作用而产生的水平荷载。因此高层建筑结构应注重概念设计，重视结构的选型和平面、立面布置的规则性，加强构造措施，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。

3、高层建筑混凝土结构体系

3.1 框架结构

框架结构为由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。框架结构具有结构布置规则、使用灵活等特点，同时其自身的结构侧向刚度较小，在强烈地震作用下结构的变形较大，填充墙及附属结构的破坏严重。因此，对房屋高度较高时，应避免采用纯框架结构，设置适当的剪力墙，改善结构的性能。高层建筑结构不应采用单跨框架结构，不宜采用纯框架结构。

3.2 剪力墙结构

剪力墙结构为由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。由于钢筋混凝土剪力墙可结合建筑隔墙灵活布置，结构侧向刚度大，连梁具有很好的耗能性能，因而在民用建筑（主要用在高层住宅）中广为采用。在剪力墙结构的设计中，应正确把握一般剪力墙、短肢剪力墙及柱形墙肢之间的区别，把握边缘构件及连梁设计计算等要点。

3.3 框架-剪力墙结构

框架-剪力墙结构为由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。钢筋混凝土框架-剪力墙结构由框架和剪力墙两部分组成，由于框架和剪力墙自身的侧向刚度差异很大，需要考虑框架和剪力墙的协同工作。同时剪力墙数量的多少直接决定在规定水平力作用下结构底部的倾覆力矩数值，并以此确定其结构体系及结构的动力特性。

板柱-剪力墙结构为由无梁楼板和柱组成的板柱框架与剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。其与框架剪力墙结构的区别就在于框架梁设置的数量。由于缺少框架梁与柱组成的共同作用的框架体系，因此抗侧力性能比框架-剪力墙结构有大幅削弱，在设计时的限制也更多。

3.4 筒体结构

筒体结构为由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的建筑结构。筒体结构的筒体分剪力墙围成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的框筒等。筒体结构可分为框架-核心筒结构和筒中筒结构。框架-核心筒结构为由核心筒与外围的稀柱框架组成的筒体结构；筒中筒结构为由核心筒与外围框筒组成的筒体结构。

筒体结构与一般剪力墙结构的最大区别就是结构平面的中心有由两个方向剪力墙合围而成的核心筒。由于核心筒剪力墙形成筒体，其抗震性能要优于分散布置的剪力墙。筒中筒结构由于有由密排柱及高度较大的横梁组成的外筒，其整体性比框筒结构更好，因此适用于更高的建筑。

3.5 混合结构

混合结构为由钢框架（框筒）、型钢混凝土框架（框筒）、钢管混凝土框架（框筒）与钢筋混凝土核心筒体所组成的共同承受水平和竖向作用的建筑结构。

混合结构高层建筑始于1972年的美国，然而由于混合结构在美国阿拉斯加地震中的严重破坏，工程界对其抗震性能一直有所怀疑，加上西方发达国家人工成本高，混合结构的经济优势不明显，因此在国外应用不多。与西方国家不同的是，由于混合结构的经济优势，混合结构在我国发展迅速。

混合结构介于混凝土结构与钢结构之间。与混凝土结构相比，混合结构的优势在于梁柱截面面积减小、减小结构自重、缩短施工周期、抗震性能好，劣势在于结构用钢量大、钢结构增加防火费用、施工要求高。与钢结构相比，混合结构的优势在于用钢量少、结构的侧向刚度大、防火防腐性能好、造价低，劣势在于混凝土用量大、施工速度低、结构构件面积大、施工误差大。

4、对高层混凝土结构体系选择的思考

4.1 结构高度

规范对各类型结构的最大适用高度有明确规定，在适用高度内的结构其安全性和经济性都有保证。因此应根据建筑的抗震设防烈度，尽量选择规范规定的高度适用范围内的结构形式。

4.2 建筑用途

结构的最终目的是要满足建筑的使用要求，因此在满足安全性的前提下，建筑的用途是优先考虑因素。不同建筑用途对空间的要求差别很大，例如一般住宅建筑每个房间的面积都不大，而商场、办公楼等建筑则需要较大的开敞空间。一般而言，在大开敞空间处可采用框架结构，而在楼梯、电梯、机房等面积较小，上下连续的功能处可采用剪力墙结构，整体形成框筒或框剪结构。