高层建筑结构选型和布置与结构性能的关系

摘要：针对高层建筑在现代建筑行业中快速发展的现状，本文深入分析了高层建筑框架结构及剪力墙结构等选型的特征，探究了它们与结构性能的关系。

关键词：结构，建筑，框架，高层，布置

随着现代科技的不断进步、社会生产的稳步发展和人们生活的需要，现代高层建筑应运而生。高层建筑自身的长处是占地面积小，节省了拆迁费用，节省了市政工程费用，因此高层建筑得到了突飞猛进的进步和发展。高层建筑结构中的性能会直接影响结构的经济性、安全性和人类生命安全，而高层建筑结构的选型和布置又对结构性能起到决定性作用，因此高层建筑结构设计的重要环节是结构选型和布置，本文对此进行了深入探索。

一、结构选型与性能的关系

（一）  适用于公共建筑物的框架结构体系

柱、梁组合在一起协同抵抗横向及竖向荷载的结构系统称为框架结构。框架结构体系的横向刚度较小。在水平力的作用下，梁会弯曲变形，柱会弯曲并轴向变形，整个结构会产生不利于抗震性的横向位移。通过合理的设计和现浇方法，钢筋混凝土能够形成“延性框架”设计，以获得良好的延展性和较好的抗震使用性能。基于此框架结构通常用于多层建筑物和少量高度不超过60米的高层建筑。

（二） 适用于公寓、住宅、旅馆等的剪力墙结构体系

用作抵抗水平荷载和承受垂直荷载的建筑墙体，称为剪力墙结构。剪力墙结构的局限性在于剪力墙布置灵活度小且结构自身重量大。在保证整体结构性能的同时，可以通过改进楼板的制作方法，加大剪力墙之间的距离，形成大开间剪力墙结构，在构造下层部位，可以取消部分剪力墙，局部形成由结构支撑的框支剪力墙，实现增大使用空间的目的，在基本单元中，可以将剪力墙和柱隔层交替散布，形成跳层剪力墙，达到使用空间增大的目的。

（三） 适用于公用建筑的框架—剪力墙结构体系

把框架和布置在其中的剪力墙联合，协同承受水平荷载的结构，称为框架—剪力墙结构体系。框架-筒体结构系统是将剪力墙制成圆柱体，其与普通剪力墙相比，材料的利用率显著提升，承载力、抗扭强度和侧向刚度大大提高。在总体水平荷载下，剪力墙变形是趋于弯曲的，框架本身变形是趋于剪切的。当两者一起工作时，整体横向变形是弯剪型的，每层的变形、剪切力会趋于均匀，截面尺寸和配筋也会趋于均匀。因而，极大地提高了结构的刚度和承载能力，并大大提高了抗震性。

剪力墙的布置应满足建筑物的要求。在地震区域沿纵向和横向布置的剪力墙应尽量靠近结构的外围并对称，数量应尽可能接近以减少地震期间产生的扭转效应。此外还应提高楼盖刚度，全高贯通剪力墙，以保证刚度上下连贯均匀。

（四） 筒体结构与多筒结构体系

筒体分框筒、实腹筒和桁架筒三种形式。筒体最主要的特征是其在空间中承受外力时所表现出来的性质功能。在水平力的作用下，筒体可以当做锚固在基础之上的悬臂箱形构件，其拥有比普通结构大一些的抗扭刚度、承载力和横向刚度。多个筒体一起作用抵抗横向力的结构系统，被称为多筒结构。腹板框架间隔小的成束筒，可以减弱翼缘框架的剪力滞后现象，使各柱轴向受力均匀。用筒体作柱，每隔几层用矩形梁连接而成的矩形框架，可以显著提高横向刚度，在上下层横梁间形成较大的灵活空间，满足建筑需要。

二、 结构整体布置与结构性能的关系

为了控制侧向位移和结构刚度，通常将结构高宽比控制在5-6以下，建筑平面布置时应尽量简单、对称、规则，并尽量减小扭转力或其他复杂力，结构竖向布置时刚度应保持均匀和连续，以避免结构刚度突然变化或不连续造成的地震破坏，遇到地基沉降、温度收缩等问题时应尽量使用整体布置上的措施解决，采用箱式基础、筏形基础和桩基础等基础形式，并借助深埋的方式可以提高基础的刚度与稳定性，达到防止高层建筑物倾覆和滑移的目的。

三、 结语

选型和布置是高层建筑结构设计中一个严肃而系统的过程，既要满足建筑结构的可靠度又要符合建筑使用要求，设计人员要从结构的安全性、经济性出发，综合考虑人文背景、地理环境、建筑条件等方面的要求，对比不同结构选型和布置的优缺点，选出一套合适的选型和布置方案。

参考文献：

[1] 包世华，张铜生.高层建筑结构设计和计算.清华大学出版社，2005版.

[2] 杨学林.复杂超限高层建筑抗震设计指南及工程实例.中国建筑工业出版社，2014版.

[3] 沈蒲生.高层建筑结构設计禁忌与疑难问题对策.中国建筑工业出版社，2013版.

[4] 混凝土结构设计原理.中国建筑工业出版社，2015版.

作者简介：姬广蓬，1998年11月13日，男，汉族，山东省滨州市，本科生，济南大学，建筑工程。