高层钢筋混凝土建筑结构的体系及选择探析

　　摘要：近年来，随着我国高层建筑的迅猛发展且建筑高度也随之增加，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，高层钢筋混凝土建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。本文介绍高层钢筋混凝土建筑结构的体系及选择。
　　关键词：钢筋混凝土 建筑结构 体系 选择
　　1.常用的高层建筑结构体系
　　国内常用的钢筋混凝土高层建筑结构体系有：
　　1.1 框架结构
　　以梁、柱等线形杆件组成的骨架作为主要抵抗外荷载的结构即为框架结构。框架结构布置灵活、使用方便，适应于非地震区的多层和层数不多的高层建筑。在地震区有时也采用，但其抗震能力相对较低，刚度较小;当采用砌体作隔墙时，墙体在地震中容易破坏。
　　1.2 剪力墙结构
　　剪力墙结构是由纵向和横向钢筋混凝土墙体组成的抗侧力体系。剪力墙结构刚度大，空间整体性好，用钢量较省，还可以避免在室内露出梁柱，便于房间使用。但在剪力墙结构内难以布置大房间，使用不是十分灵活，只适用于高层住宅和旅馆。剪力墙结构的抗震性能很好，所以剪力墙又称“抗震墙”。还应当指出，出于剪力墙除承担水平剪力以外还承担竖向荷载，在国外也把它称为“结构墙”。
　　1.3 框架-剪力墙结构
　　在框架结构中适当布置剪力墙即组成框架—剪力墙结构。这种结构既具有框架结构在使用上的灵活性，又具有较强的抗震能力和较好刚度，因而在公共建筑和旅馆建筑中得到了广泛的应用。
　　1.4 筒体结构
　　随着房屋楼层数、高度的增加和抗震设防要求的提高，上述基于平面工作状态的框架、剪力墙所组成的高层建筑结构体系便不能满足要求了。在这种情况下，应使剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬壁箱形梁;或使框架的柱子密集，梁的刚度加强，成为框筒。以一个或多个筒体作为主要抵抗水平力的结构称为筒体结构。
　　以上4种结构体系是目前国内的高层建筑常用的结构体系。在应用框架结构的基础上，又发展了下列两种结构体系：
　　第一，板柱—剪力墙结构
　　在这种体系内，楼板是无梁板。由于板柱框架比梁柱框架更柔，必须在两个主轴方向布置剪力墙，这就是板柱-剪力墙结构
　　第二，巨型结构
　　由若干巨柱(大截面或箱形截面)和巨梁(每隔若干个楼层设置一根，截面有一至二层楼高)或转换层大梁组成第一级结构，承受主要的水平和竖向荷载;普通的楼层梁柱为第二级结构，主要将楼面重量以及承受的水平力传递到第一级结构上去。故此，这种结构又叫多重结构体系。
　　2.复杂高层建筑结构体系与混合结构体系
　　复杂高层建筑结构体系是一些功能更广泛，相应地结构更复杂的体系。它包含以下几种：
　　2.1 带转换层结构
　　多功能的高层建筑，往往需要沿建筑物的竖向划分为不同用途的区段，诸如：底部用于商业、大空间的厅堂、交通通道，上部楼层为酒店客房、住宅;下部楼层用于办公，上部楼层为酒店需要布置大空间的厅堂、大开间的客房等。这些建筑的竖向结构构件往往不能上下连续，需要设置转换层，通过转换层实现上、下竖向构件的过渡。有些高层建筑通过转换层来实现建筑造型沿竖向的收进和外挑，或实现斜柱与直柱的转换。带转换层结构属于竖向刚度突变及竖向构件不连续的不规则结构体系，该体系应有足够的上、下连续的落地剪力墙或筒体。
　　2.2 连体结构
　　两幢或几幢高层建筑之间由架空连接体相互连接，以满足建筑造型及使用功能的要求。连接体的跨度有几米长，也有几十米长;连接体沿建筑物竖向有布置一个的，也有布置几个的;连接体与高层建筑主体结构的连接一般为刚性连接，有些架空连廊可做成滑动连接。有的建筑其立面开大洞与连体结构相类似。连体结构竖向刚度突变，结构扭转效应较大，且竖向与水平地震组合作用对连接体及其附近主体结构有不利影响。
　　2.3 竖向收进和悬挑结构
　　因建筑造型和功能的需要，高层建筑沿竖向收进的情况是经常出现的，悬挑结构比较少。这类复杂结构体系竖向刚度突变，高振型影响较大;悬桃结构还受竖向地震作用的影响，且对高层建筑主体部分会附加较大的倾覆力矩。
　　2.4 带加强层结构
　　高层建筑框架-核心筒或巨型外框-内筒结构中，有时需要布置若干个加强层，以提高整体结构侧向刚度，使其满足设计要求。带加强层结构体系对抗风是十分有效的，但是在加强层及其附近楼层，结构的刚度和内力均发生突变。对抗震不利。在确定加强层结构方案时，需重点研究加强层的数量、伸臂结构形式和刚度以及周边带状桁架的设置等问题。
　　2.5 平面不规则结构
　　平面不规则结构可归纳为三种：其一是平面形状不规则;其二是抗侧力结构布置不规则;其三是楼盖连接比较薄弱。这类结构体系在地震作用下扭转效应较大，部分楼盖整体性及承载力饺差，结构的某些部位应力集中、非线性变形较大、易形成薄弱部位。
　　2.6 其他复杂结构
　　除上述5种主要的复杂结构外，实际工程中还有一些复杂结构，如错层结构、大底盘多塔楼结构以及不同复杂结构的组合。
　　高层建筑混合结构体系是指结构中除了采用钢筋混凝土构件以外，还包括型钢混凝土构件、钢管混凝土构件和钢结构构件的结构体系。
　　3.抗侧力结构体系的选择
　　选择结构体系通常应考虑两个主要因素：房屋的高度及其用途。
　　由于不同结构体系的承载力和刚度不同，因此其适用的高度范围也不一样。一般说来，框架结构适用于设防烈度低、多层房屋及层数较少的高层房屋;框架—剪力墙结构和剪力墙结构可适用于各种高度的房屋;在层数很多或设防烈度高时，可以采用筒体结构和混合结构等。
　　钢筋混凝土高层建筑结构按最大的适用高度和高宽比不同，《高规》将其分为A级和B级。B级高度高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可较入级适当放宽，但是应遵守规程规定的更严格的汁算和构造措施，并需经过专家的审查复核。
　　选择结构体系应考虑的第二个因素是建筑物的用途。目前，国内高层建筑大体上可分为住宅、旅馆、公共性建筑和部分工业建筑，按不同用途选择结构体系。住宅建筑一般考虑采用剪力墙结构，因为住宅本身要求很多的分隔墙，采用剪力墙结构可以兼作非承重隔墙，用钢量包比框剪结构少，而且室内无外露梁柱，用户比较欢迎;某些情况下(如用框架轻板结构)也可以用框架-剪力墙结构。
　　结束语：
　　高层钢筋混凝土建筑的结构设计和完善还是一个长期的过程，同样，选择何种体系结构也是一个重要的环节，任何不成熟的选择都会造成不安全的因素，甚至造成重大事故，所以高层钢筋混凝土建筑结构体系的发展和选择需要更多设计人去努力和完善。