高层建筑常用结构体系特点分析论文

高层建筑常用结构体系的特点分析

【摘 要】超过一定层数或高度的建筑称为高层建筑。随着城市的不断发展以及节约用地的需求，高层建筑得到了大力的推广。文章主要分析了高层建筑常用的结构体系特点。

【关键词】高层建筑；结构体系；特点

1.框架结构体系

框架结构是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱,再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配而成的住宅楼、商用楼等。比较适合高层和大面积结构的楼层施工[1]。框架结构体系是由竖向构件与水平构件通过节点连接而成，既承担竖向荷载，又承担水平荷载。框架结构建筑平面布置灵活，可以提供较大的建筑空间，也可以构成丰富多变的立面造型。但是框架结构抗侧能力较弱，属较柔结构，因此建筑高度受到限制。在水平荷载作用下，其内力分布特点是底层柱轴力、剪力、弯矩最大，由下往上减小，其变形规律是虽然柱的轴力引起的侧移随高度递增，但由于框架结构的高度限制，仍以剪切型变形为主，底层之间变形最大，向上递减。框架结构抗震效果较传统的砖混结构要高，在地震作用下的震害多发生于柱端，边柱破坏程度重于中柱，且以角柱最为严重。底层柱破坏早于以上各柱，而框架梁及节点通常震害较少。经过合理设计，钢筋混凝土框架可以获得良好的延性，即“延性框架”，但由于其层间变形较大，容易引起非结构构件的破坏。混凝土框架结构施工包括以下工序:轴线定位,柱钢筋绑扎及支模架搭设,柱模板,柱混凝土,梁底模及梁筋,板底模及板筋,梁板混凝土。

2.剪力墙结构体系

剪力墙结构体系是由钢筋混凝土墙体互相连接构成的承重墙结构体系，用以承受竖向荷载，抵抗水平荷载，同时亦兼作建筑物的围护和内部空间的分隔构件。剪力墙结构体系集承重、抗风、抗震、围护与分隔于一体，经济合理地利用了结构材料，结构整体性强、抗侧刚度大，侧向变形小，在承载力方面的要求易于满足，适于建造较高的建筑;抗震性能好，具有承受强烈地震而不倒的良好性能;用钢量省;相比于框架结构，施工相对简便快速。但是剪力墙结构体系墙体较密，使建筑平面布置和空间利用受到限制，很难满足大空间建筑功能的要求;结构自重大，并且抗侧刚度也较大，从而自振周期较短，导致须承受较大的地震作用。其受力特点随着墙体上开洞方式，开洞大小的不同可以划分为不同的剪力墙，具有不同的受力特点。

剪力墙的变形特点，当层数较低，墙体的高宽比小于1时，水平荷载作用下墙体以剪切型变形为主，当层数较高，高宽比大于4时，变形以弯曲型为主，为高宽比处于1～4之间时，变形呈现弯剪型特征。通过合理的设计及构造措施，剪力墙可以具备较好的延性，震害轻微，但是对于剪力墙结构的一种特殊形式—框支剪力墙结构情形就完全不一样了。框支剪力墙结构就是底层大空间采用框架，上部标准层采用剪力墙的结构。由于这种结构的侧向刚度在底层楼盖处发生突变，在遭受地震作用时，往往由于底层框架刚度太弱、强度不足，侧移过大、延性不足而出现破坏，甚至导致结构倒塌，所以在地震区通常不宜采用。

框架结构,往往因柱楞突出隔墙,妨碍美观,影响使用；一般剪力墙结构,对于底部有停车场等公共设施的情况则矛盾很大,满足不了建筑的使用功能;对于房屋高度不太大的小高层建筑,采用剪力墙结构会造成刚度过大,重量增加,导致地震反应过强,使得上部结构和基础造价提高。以一般剪力墙结构为基础,吸取框架结构的优点,使结构刚度调整到适宜的“短肢”剪力墙结构体系越来越多的受到人们的关注。短肢剪力墙结构体系墙肢较短,布置灵活；结构自重减轻,结构整体刚度小,地震作用力小;墙肢高宽比较大,延性较好,对抗震有利;连梁跨高比较大,以受弯破坏为主,地震作用下首先在弱连梁两端出现塑性铰,能起到很好的耗能作用[2]。

3.框架一剪力墙结构体系

框架一剪力墙结构体系既能提供较大较灵活布置的建筑空间，又具有良好的抗震性能。如果把剪力墙布置成筒体，就组成了框筒结构。筒体的载力、抗扭能力均较单片剪力墙有较大提高，在结构上可以提高材料的利用率，在建筑布置上往往可以利用筒体作电梯间、楼梯间和竖向管道的信道。由于框架结构在水平荷载作用下变形呈剪切型而剪力墙则呈弯曲型。将框架与剪力墙经过连梁、楼板连结成一个协同工作的整体，使框架与剪力墙在同一楼层上的位移协调一致，侧向变形将呈弯剪型。其上下各层变形趋于均匀并减小了顶点位移，同时框架各层剪力趋于均匀，各层梁柱截面尺寸和配筋也趋于均匀。

框架—剪力墙结构的底部，全部剪力由剪力墙承担，而框架的底部剪力为零;框架与剪力墙顶部的剪力不等于零，框架顶端与剪力墙顶端各自受一等量反向的水平集中力作用;由于剪力墙刚度大，将承担大部分水平力是抗侧力的主体;框架则承担竖向荷载，提供较大的使用空间。框剪结构在承受地震作用时可形成多道防线，刚度很大的剪力墙作为第二道防线，随着剪力墙的开裂，刚度退化，框架在保持结构稳定及防止结构倒塌上发挥第一道防线作用。经过合理设计，框架剪力墙结构的延性是比较好的。由于剪力的刚度大，若数量多，从而结构自振周期变短，导致较大的地震作用，若数量不足，整体刚度过小，在地震作用下会出现过大的侧向变形，从而导致严重的震害[3]。

4.筒体结构体系

筒体结构抗侧刚度大，空间受力性能强，当建筑物的层数较多，高度大，抗震设防烈度高时，采用前述的几种结构体系往往难满足要求，建议采用筒体结构体系。筒体的基本形式有三种:实腹筒、框筒、析架筒。由剪力墙围成的筒体称为实腹筒。在实腹筒的墙体上形出许多规则排列的窗洞所形成的开洞筒体称为框筒，它实际上是由密排柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。如果筒体的四壁是由竖杆和斜杆形成的析架组成，则称为析架筒。

筒体结构的受力特点，以框筒为例，在于柱子的正应力并不符合平截面假定，而呈现曲线形分布的特点，在角柱及其附近柱的正应力大于理想臂。梁的正应力，而在中间区段柱的正应力则小于正应力。在整体弯曲作用下框筒柱正应力的这种两边大，中间小的现象称为“剪力滞后”。剪力后的根源在于裙梁的柔性，因为在框筒中竖向力由角柱向中间柱的传递需要通过裙梁的剪力来完成，裙梁刚度的大小直接影响剪力滞后现象的轻重，当梁的刚度比柱的刚度大时，梁的剪力传递应力的能力较大，剪力滞后现象不严重，框筒能有效地发挥整体空间作用。梁较柔时，剪力滞后就较严重。另外框筒结构的长宽比及高宽比均会影响结构整体空间作用的发挥。长宽比越接近于1，高宽比大于3时才能充分发挥整体空间作用。由于裙梁截面高度一般很大，导致框筒成为强梁弱柱型结构，在地震作用下容易形成楼层屈服机制和柱铰侧移机构，对抗震不利。可以在裙梁中开设水平缝以改善其延性，这种横缝裙梁确能使框筒保持较好的整体空间性能，且又可避免裙梁发生脆性剪切破坏，使框筒的抗震性能得到改善。■

【参考文献】

［１］李立军.浅议高层建筑框架结构施工质量控制[j].河南建材,2010,1．

［２］奉光华.基于小高层住宅短肢剪力墙结构设计要点分析探讨[j].四川建材,2009,3．

［３］李勇,孙丽杰.高层建筑结构特点、现状及发展趋势[j].黑龙江科技信息,2009,7．

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/a705b0d35fbfc77da369b105.html