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高層建筑的結構形式范文1

關鍵詞小高層住宅；適用性；經濟性；抗震性能

中圖分類號：TU318文獻標識碼： A 文章編號：

對小高層住宅的結構設計，作為結構設計師在進行結構選型時，不僅要考慮結構體系的適用性與經濟性，還要充分考慮抗震性能等幾方面。本文就以某小區為例，對目前普遍采用的幾種結構形式進行分析比較。

一結構方案概述

某小區的十二層，一梯兩戶兩單元住宅，對稱結構，層高均為2.90m，建筑物總高34.80m，長34.20m，寬14.70m，每層面積490m²，總面積5 880m²，抗震烈度為6度，場地土類別為三類，基本風壓：0.60kn／m，采用“多層及高層建筑結構三維分析與設計軟件”程序及有關規范對不同的結構設計方案進行計算并分析比較。(一)框架結構

此方案的特點是一般用于多層結構及小高層結構，適用高度范圍一般為60.0m以下(6度設防)。框架結構布置靈活，具有較大的室內空間，使用較為方便。填充墻可采用輕質隔墻，減輕結構自重。但內凸的框架柱直接影響到戶型的實際使用面積及家具布置。

(二)異型柱框架結構

這種結構體系是框架結構的一個派生結構形式，它除了具有框架結構的特點外，與墻同寬的異型柱很好地解決了建筑平面使用問題。根據行業標準《砼異型柱結構技術規程》JGJ149—2006第3.1.2條抗震設計為6度時，異型柱結構適用的房屋最大高度為24 m，本工程建筑總高為34.8 0m。故不宜采用異型柱框架結構。

(三)框架剪力墻結構

這種結構體系一般用于高層結構，在近幾年的高層結構設計中應用廣泛，此方案的特點是利用樓電梯間做鋼筋砼核心筒抵抗大部分水平荷載，框架柱主要承受豎向荷載。這種結構既具有框架結構布置靈活，使用方便的特點，又具有較大的剛度和較強的抗震能力。但內凸的框架柱同樣影響到戶型的實際使用面積及家具布置。

(四)異型柱框架剪力墻結構

這種結構體系是框架剪力墻的一個派生結構形式，此方案的特點是利用樓電梯間做鋼筋砼核心筒抵抗大部分水平荷載，異型柱主要承受豎向荷載，水平位移及層間位移大大減小。同時，與墻同寬的異型柱又能更好地解決建筑平面使用問題。

(五)普通剪力墻結構 這種結構體系一般用于高層結構住宅，尤其在30層左右的高層住宅結構設計中應用廣泛。此方案的特點是根據建筑平面布局而設置鋼筋砼墻，與墻同寬的剪力墻很好地解決了建筑平面使用問題。 該總高度僅34.8m，抗震設防烈度為6度區，若采用純剪力墻結構，造價高，故不作為該工程的首選結構類型。

(六)短肢剪力墻結構

此方案的特點是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結構，根據建筑平面布置，在建筑物凹凸轉角處布置各種行式的短墻肢，主要形式有：一型、Y型、+型、T型、z型、Y型等。因采用這種結構體系時，將中部的電梯間、樓梯間和管道井四周的剪力墻組成筒體結構，四周布置短肢剪力墻，也可根據需要布置一些長肢墻，所以結構布置極為靈活，基本上能根據建筑的要求布置豎向受力構件。

二結構抗震性能的比較

(一)框架結構

一般用于多層及小高層結構，即10層以下或建筑物高度H小于28.0m，對H大干30.0m的框架結構，在抗震設防烈度為6度地區，《高規》第4.8.2條規定，抗震等級為三級．SATWE程序計算結果顯示，此結構在水平荷載(風荷載及地震荷載)的作用下，水平位移及層間位移為最大(1／1200)；由于框架柱作為唯一的抗水平力構件，軸壓比限值為0.90，故框架柱截面尺寸較大，內凸的框架柱直接影響到戶型的實際使用面積及家具布置。而且，最為嚴重的是，由于建筑的平面使用或立面造形的要求，經常出現框架兩一端擱置在柱上，另一端擱置在梁上；或幾根框架柱并不在一條軸線上，往往出現單跨框架的現象，成為抗震薄弱環節。所以，在考慮抗震設防要求的結構中，由于框架梁柱截面較小，抗震性能較差，剛度較低，特別是采用砌體填充墻時，地震中填充墻損壞嚴重，修復費用很高。故對高層結構不宜采用。

(二)異型柱框架結構

異型柱在受剪承載力、節點承載力和延性等受力性能方面比普通矩形柱差，在水平地震作用下，柱內鋼筋的粘結錨易遭受破壞，對抗震性能有不利影響。因此，鋼筋砼異型柱框架及框架抗震墻結構的房屋應在一定的高度及適用范圍內應用，而不能等同于一般的鋼筋砼結構。根據《砼異型柱結構技術規程》適用于總高度小于24 m的房屋。當建筑的高度較高時，異形柱無法滿足軸力和抗側力的要求。所以，異型柱框架結構相比較而言，抗震性能為最差。

(三)框架剪力墻結構

一般用于高層結構，在近幾年的高層結構設計中應用廣泛，此方案的特點是利用樓電梯間做鋼筋砼核心筒抵抗大部分水平荷載，框架柱主要承受豎向荷載，水平位移及層間位移大大減小，軸壓比限值較框架結構放寬，但考慮框架柱的構造要求，及實際計算中若軸壓比大于0.90，則柱配筋較大，所以在小柱網的住宅中，與框架結構相比，柱截面尺寸與不可能小很多，同樣存在上述建筑使用問題。(四)異型柱框架剪力墻結構

這種結構體系是框架剪力墻的一個派生結構形式，此方案的特點是利用樓電梯間做鋼筋砼核心筒抵抗大部分水平荷載，異型柱主要承受豎向荷載，水平位移及層間位移大大減小。同時，與墻同寬的異型柱又能更好地解決建筑平面使用問題。6度地區，框架剪力墻結構總高度不得超過45.0m，柱中距不大于7.20m。抗震等級之所以異形柱有上述的限制條件，主要是異形柱的肢長較短，當建筑的高度較高時，異形柱無法滿足軸力和抗側力的要求。在6度設防地區，建筑物高度大于18.0 m抗震等級即為三級，這點較框架結構(60.0m)嚴格。

(五)普通剪力墻結構

一般用于高層結構住宅，尤其在30層左右的高層住宅結構設計中應用廣泛。此方案的特點是根據建筑平面布局而設置鋼筋砼墻，適當部位開結構洞，以輕質填充墻代替，以減輕結構自重及工程造價，可使各墻段剛度均勻，抗震性能好，水平位移及層間位移大大減小，尤其在戶型的實際使用面積及家具布置中。 (六)短肢剪力墻結構 由于短肢剪力墻抗震性能較差，地震區應用經驗不多，為安壘起見，對這種結構抗震設計的最大適用高度、使用范圍、抗震等級、墻肢厚度、軸壓比，截面剪力設計值、縱向鋼筋配筋率均做了較嚴格的限制。

三、計算結果的比較

根據以上計算結果：

地震周期。框架結構最大(T 1=1.6463S)，短肢剪力墻結構最小，異型柱剪力墻結構次之，其余結構相差不大。顯然，這是與結構的剛度有直接關系。 水平地震剪力。框架結構最小(1347.7 7f)，短肢剪力墻結構最大，異型柱剪力墻結構次之，其余結構相差不大。顯然，這是與結構的地震周期是一致的。 最大層間位移。框架結構最大(D x／h=1／455)，短肢剪力墻結構次之(1／3591)，其余結構相差不大。顯然，這是與結構的剛度是一致的。

結構自重。框架結構最大，其余結構相差不大(約8300t)。活載相差不大(約600t)。恒載占總重量的百分比為9 3％以上，故在高層計算中，一般可不考慮恒活最不利組合，這對計算結果幾乎無影響。

砼用量。短肢剪力墻結構與異型柱剪力墻結構較大(約146m³)，其余結構相差不大(約1333)。相差了146／13.1=1.1倍。

鋼筋用量。短肢剪力墻結構與異型柱剪力墻結構較大(約l 8．5f)，其余結構相差不大(約16.0t)。相差了18.5／16.0=1.15倍。這是由于前者結構的最小配筋率要求較高。

高層建筑的結構形式范文2

[關鍵詞]異形柱結構構造要求

中圖分類號：tu74 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）13-0054-01

一、前言

近年來，異形柱框架或異形柱框架一剪力墻結構作為一種全新的結構形式廣泛用于小高層住宅建筑中，將建筑美觀、使用功能的靈活性與建筑結構合理的受力性能有機地結合起來，相對于傳統的短肢剪力墻或框架結構，能更好的滿足建筑需求且造價略有降低，因此具有更好的經濟效益和社會效益。該結構形式一般指同層內異形柱數量超過柱總數量10%的框架或框架剪力墻結構，適用抗震設防烈度為6度或7度的地區。

二、異形柱的適用范圍

異形柱結構一般應用在6度和7度設防地區，適用高度為框架結構20m左右，框架一剪力墻結構40 m左右。在異形柱結構中部分豎向構件使用扁平柱是可以的，建議最小厚度不少于250mm，梁縱筋用3級鋼，直徑不超過12，各項驗算同普通框架柱，構造和軸壓比應適當控制更嚴格一些。因“一”形扁平異形柱不提倡使用，但在某些工程上缺少不了，沒辦法也可用扁平柱，其計算按矩形柱方法計算。

設計應用時應考慮地震力系數放大和自振周期折減。因用異形柱導致剛度下降，使得地震力減小，應采用地震力放大系數來適當地增加地震力。而計算各振型地震影響系數所采用的結構自振周期，應考慮非承重填充墻體對結構整體剛度的影響予以折減。

三、異形柱結構的受力特點及破壞特征

1、異形柱的延性是結構抗震的一個重要指標，而異形柱的延性主要與軸壓比、箍筋的直徑與間距、荷載角等因素有關。在相關異形柱延性的研究中，已經發現L 形、T 形柱在純腹板受壓時其截面延性很差，并且導致其軸壓比限值也比普通矩形柱小很多，其主要原因是T 形、L形柱在純腹板受壓時，受壓區的混凝土寬度較小，導致截面受壓區高度偏大，受壓區邊緣混凝土應力過于集中，一旦達到受壓強度極限，破壞區域往里滲透過快，不利于外邊緣的混凝土纖維經歷下降段，受拉鋼筋也很難達到屈服強度，從而影響整個截面和構件的延性，由此也很容易發生小偏心受壓破壞。

2、異形柱由于多肢的存在，其剪力中心與截面形心往往不重合，多為雙向偏壓受力構件，在受力狀態下，各肢將產生翹曲正應力和剪應力，剪應力使柱肢混凝土先于普通矩形柱出現裂縫，即產生腹剪裂縫，導致異形柱脆性明顯，使異形柱的變形能力比普通矩形柱低。

3、異形柱節點處的構造相對復雜，由于異形柱的周長要明顯大于等面積的矩形或方形柱的周長，使得混凝土保護層脫落后的截面削弱更為嚴重，由此會大大降低地震作用下異形柱的耗能能力，節點核心區配置箍筋能減少節點區的裂縫數量及寬度，試驗表明，在一定配箍率范圍內可以提高節點的極限承載力，平均提高25 %。

4、T 形和L 形柱節點均屬斜壓破壞，而矩形柱節點有剪壓破壞特征； T 形和L 形柱節點與矩形柱節點均有良好的抗震性能，即在地震作用下能承受較大的剪切變形能力，但在同樣條件下的試驗對比，前者的承載能力低于后者， T 形柱節點承載力比矩形柱節點降低15 %～20 % ，L 形柱節點實際降低為33 %左右；在柱截面積相同的條件下，十字形柱節點比矩形柱節點的抗剪極限承載力低10 %。T 形截面柱的截面在節點區的剪力分布比較均勻，發揮作用比L 形截面柱節點好，十字形截面柱的翼緣布置在節點截面中間受力最大的部位，在3 種柱形中發揮作用屬于最好的，若節點截面積相同，L 形截面柱節點承載力在3 種柱形中屬于最低的。

5、L 形和Z 形柱是關于荷載作用方向不對稱，因此在水平荷載作用下，會產生附加扭矩，L 形柱處于壓、彎、剪、扭的復合受力狀態，對于寬肢Z 形柱則易發生腹板剪切破壞。

6、試驗表明，異形柱屬于彎曲型破壞，在彈性工作階段，異形柱框架結構在水平荷載作用下變形曲線呈一定程度上的彎剪型，異形柱的肢長與肢寬之比要明顯大于普通框架柱，所以在水平荷載作用下的變形特征介于剪力墻結構和普通框架之間。

四、異形柱的構造要求

（1）混泥土強度等級不應低于C25，且不應高于C50；縱向受力鋼結構宜采用HRB400、

HRB335級鋼筋，箍筋宜采用HRB335、HRB400、HP235B級鋼筋。

（2）異形柱截面肢高與肢厚比不應小于200mm，肢高不應小于500mm；框架梁截面高度，抗震設計時不宜小于400mm，非抗震設計時不宜小于350mm，截面寬度不宜小于截面高度的1/4和200mm。

（3）軸壓比限值：異形柱的軸壓比限值各地規定不盡相同，但總的來說比普通的框架柱要嚴。文獻規定，抗震等級為三級時，L形、T形、十字形柱的軸壓比限值分別為0.6、0.65、0.7，抗震等級為二級時，L形、T形、十字形柱的軸壓比限值分別為0.5、0.55、0.6。

（4）異形柱的配筋要求：在同一截面內，縱向受力鋼筋宜采用相同直徑，且直徑不應大于25mm，也不應小于14mm；縱向受力鋼筋之間的凈距不應小于50mm，在二、三級時縱向鋼筋的間距不宜大于200mm；異形柱框架梁的配筋要求：由于柱和梁截面的關系，造成框架梁與柱的節點處鋼筋過于密集，在選擇縱向受力鋼筋時，應根據配筋面積選擇較大直徑的鋼筋，每排鋼筋最好不超過2根，若超過時，分成2排布置。

（5）水平位移限值：最大層間位移角，框架結構為1/600。

五、實例分析

本工程為于2009年設計的廣東某地區一棟9層宿舍樓，首層為4.2m，標準層層高3.1m，建筑高度為29.0m。該工程基礎采用預應力管樁基礎，上部為框架結構。由于該工程為某企業的高級員工宿舍樓，建筑要求宿舍內不能外露柱，以增加建筑的使用空間和美觀性，因此采用了異形柱結構。該工程位于6度抗震設防區，基本風壓為0.55kN/m2 。場地類別為Ⅱ類。電算采用中國建筑設計研究院編制發行的PKPM結構空間有限元分析設計軟件SATWE進行計算。計算時假定結構變形在彈性范圍內，樓面平面內剛度為無窮大。框架-剪力墻結構在基本振型地震作用下，當框架部分承受的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50%時，其適用的房屋最大高度可比框架結構適當增加。

工程建筑高度為29.0m，在左右兩端的樓梯位置設置了剪力墻，同時在四層以下局部設置了短肢剪力墻，其承受的地震傾覆力矩小于結構總地震傾覆力矩的50%，可滿足此項規定。另，《混凝土異形柱結構技術規程》JGJ149-2006中3.3.1規定了異形柱結構的抗震等級。本工程框架抗震等級為三級，剪力墻的抗震等級為三級。

另外，異形柱在水平荷載作用下受彎、受剪、受扭，在豎向荷載作用下為雙向壓彎構件，各肢將產生翹曲正應力和剪應力，使柱肢先于普通矩形壓剪構件出現裂縫。為提高異形柱的延性，《混凝土異形柱結構技術規程》JGJ149-2006中6.2.2規定了抗震設計時異形柱的軸壓比的限值。本工程中L形柱的軸壓比限值為0.60，T形柱的軸壓比限值為0.65。

綜合考慮，本工程四層以下局部采用短肢剪力墻，墻厚為200mm，其他樓層采用L形或T形的異形柱，寬度為200mm。混凝土強度等級為底部兩層C35，其余為C30。

六、 結語

高層建筑的結構形式范文3

關鍵詞：高層建筑；結構設計；工程規則性；多道設防

Abstract: In this paper, the structure design of high-rise building application contrast, description of the bearing capacity, stiffness and ductility for the leading goal, design wind and earthquake are ideal for high-rise building is completely possible. Around high-rise structure design engineering rules and multiple protection design this paper describes the structure design of high-rise building’s key concepts and design ideas.

Key words: high-rise building; structure design; engineering rules; multiple protections

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A 文章編號：

一個建筑工程的結構設計首先要明確抗震設防情況、場地情況等。結構方案是結構設計的關鍵，只有正確選擇結構方案，才能在設計中貫徹執行國家的技術經濟政策，做到安全適用、技術先進、經濟合理、方便施工，保證質量。應根據材料性能、結構型式、受力特點和建筑使用要求及施工條件等因素合理選擇結構方案[1]。作為一個合理的結構方案，其技術經濟效果應當是好的或比較好的，因為它是結構方案的綜合評價。本文以馬那瓜美洲銀行大樓實例為據圍繞在設計和構造上利用多道設防的思想，如框架結構采用強柱弱梁設計，梁屈服后柱仍能保持穩定；框架—剪力墻結構設計成連梁首先屈服，然后是墻肢，框架作為第三道防線；剪力墻結構能過構造措施保證連梁先屈服，并通過空間整體性形成高次超靜定等的工程抗震設計應用。

一、工程規則性與多道設防的實際工程對比應用

馬那瓜地處太平洋火山地震帶東側，近100年來已遭受4次強烈地震的襲擊。1972年12月22日夜至23日凌晨的一次突發性強烈地震和震后的大火，使城市幾乎全部被毀（市區92%的建筑被摧毀），地面下沉12英寸，死傷數萬人（5000--10000人死亡），損失達10多億美元，至今仍然可以看到地震的遺跡。 震級6.2，烈度估計8度，該次地震，地面加速度為0.35g，幾乎是設計地震0.06g的6倍。大地震后，高18層，1963年設計的馬那瓜美洲銀行大樓（當時最高）只是出現了一些裂縫，而同位于市區的15層的馬拉瓜中央銀行卻嚴重受損（震后拆除），周圍建筑物也發生大規模倒塌，5000多人死亡。當時，這個消息幾乎傳遍了整個尼加拉瓜，相距如此近（培訓四P11：毗鄰）的建筑，為何有這般差別？人們發現，馬那瓜美洲銀行大樓之所以輕微受損，是由于它的形狀非常規則、對稱，且運用了多道設防設計思想。而中央銀行平面和豎向上都不規則。

（1）中央銀行平面不規則：四個樓梯間，偏置塔樓西側，再加上西端有填充墻，地震時產生較大的扭轉偏心效應。四層以上的樓板僅50mm厚，擱置在14m長的小梁上，小梁的全高僅450mm，這樣一個樓面體系是十分柔弱的，抗側力的剛度很差，在水平地震作用下產生很大的樓板水平變形和豎向變形。

豎向不規則：塔樓的上部（四層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在四樓板水平處的過渡大當人上，大梁又支承在其下面的10根1mx1.55m柱子上（間距9.4m），形成上下兩部分嚴重不均勻、不連續的結構系統。主要破壞：A、第四層與第五層之間，周圍柱子嚴重開裂，柱鋼筋壓屈（豎向剛度和承載力突變）。B、橫向裂縫貫穿三層以上的所有樓板（有的寬達10mm），直至電梯井的東側。C、塔樓的西立面、其他立面的窗下和電梯井處的空心磚填充墻及其他非結構構件均嚴重破壞或倒塌。美國加州大學伯克萊分校在震后對其計算分析表明：A、結構存在十分嚴重的扭轉效應；B、塔樓三層以上北面和南面的大多數柱子抗剪能力大大不足，率先破壞；C、在水平地震作用下，柔而長的樓板產生可觀的豎向運動等。（2）美洲銀行

結構系統平面豎向均勻對稱。概念設計思想為多道防線、剛柔結合。先由4個4.6m等邊的L形柔性筒（H/b=13.3>>7），通過每層的連梁組成一個11.6mx11.6m的正方形核心筒用為主要抗震結構。在風荷載和抗震設防烈度的地震作用下具有很大的抗彎剛度（H/b≈5），為了預防罕遇強烈地震，有意識地在連梁的中部開了較大的孔洞，一方面可以用來穿越通風管道，減小樓層結構高度；另一方面是有意地形成結構總體系（第一道防線）中的預定薄弱環節，在未來遭遇強烈地震時，通過控制首先在連梁處開裂、屈服、出現塑性鉸，從而變成具有延性和耗能能力的結構體系（第二道防線），即各分體系（L形筒）作為獨立的抗震單元，則整體結構變柔，周期變長，阻尼增加，地震動力反應將大大地減小，從而可以繼續保持結構的穩定性和良好的受力性能。即使在超出彈性極限的情況下，仍具有塑性強度，可以做到較大幅度的搖擺而不倒塌。為確保每一L形柔筒都可以作為有效的獨立抗震單元，林在L形筒的每面墻內的配筋幾乎都是一樣的。

震后調查正如設計所預料那樣，核心筒的連梁發生剪切破壞，是整個結構能觀察到的主要破壞。連梁混凝土保護層剝落、開裂，這較易修復。墻體沒有開裂，只是在核心筒的墻面上掉下了幾塊大理石飾面。這充分說明，雖然主體結構沒有開裂，但剪力墻內已具有很高的應力[2]。也就是說在地震的剪力和彎矩作用下，墻仍處于彈性階段。伯克利大學的教授V．Bertero在震后對該建筑作了動力分析，見下表。

可見，當核心筒連梁破壞后，四個L形角筒獨立作用時，結構的自振周期和頂部位移明顯加大，而基底剪力和傾覆力矩卻明顯減小。在正常工狀態下，即在風荷載或設防烈度的地震作用下，設計所選擇的結構圖的自振周期T=1.3s，相當于0.72n，頂部側移12cm，相當于1/500樓高。美洲銀行大樓的抗震實例說明了以承載力、剛度和延性為主導目標，設計抗議風和抗震都比較理想的高層建筑是完全可能的。在風荷載作用下結構的整體剛度大，有較高的自振頻率；而在罕遇的強烈地震作用下，可通過發揮延性（其中包括結構延性、構件延性或截面延性）與耗能能力使結構仍具有足夠的承載力。二、高層建筑結構設計的應用體會

高層建筑結構至關重要的就是使結構承載力、剛度、能量耗散和延性等多種性能得到最佳組合。選擇有利的建筑體型，是減少高層建筑結構風載效應、地震作用效應和側移的重要手段之一。建筑體型又與建筑平面形狀、建筑立面形狀和房屋的高度等因素密切相關。與H，H/B，L/B，突出和收進尺寸，細部尺寸等有關。

建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的設計方案。建筑和結構設計者在高層建筑設計中應特別重視規程中有關結構概念設計的各項規定,設計中不能陷入只憑計算的誤區。若結構嚴重不規則、整體性差，則僅按目前的結構設計計算水平，難以保證結構的抗震、抗風性能，尤其是抗震性能。抗震概念設計時應充分考慮結構簡單、規則和均勻性、整體性、鋼度和抗震能力等準則。

1．結構簡單是指結構在地震作用下具有直接和明確的傳力途徑，結構的計算模型、內力和位移分析以及限制薄弱層部位出現都易于把握，對結構抗震性能的估計也比較可靠。

2．結構的規則和均勻性。沿豎向建筑造型和結構布置比較均勻，避免剛度、承載力和傳力途徑的突變，以限制豎向出現薄弱部位。建筑平面比較規則，平面內結構布置比較均勻，使建筑物分布質量產生的慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質量分布與結構剛度分布協調，限制質量和剛度之間的偏心。

3．結構的剛度和抗震能力。可使結構沿平面上兩個主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力。結構的抗震能力是結構承載力及延性的綜合反映。結構剛度選擇時注意控制結構變形的增大，過大的變形也會因效應過大而導致結構破壞[3]。結構除需要滿足水平方向的剛度和變形能力外，還應具有足夠的抗扭剛度和抵抗扭轉振動的能力。4．結構的整體性。高層建筑結構中，樓蓋對于結構的整體性起到非常重要的作用。樓蓋體系最重要的作用是提供足夠的面內剛度的抗力，并與豎向各子結構有效連接。高層建筑基礎的整體性以及基礎與上部結構的可靠連接是結構整體性的重要保證。

參考文獻：

[1] 吳育武.談談高層建筑結構概念設計的若干問題[J].中國科技縱橫,2010,(15):143,85.

[2] 柳浩杰.某高層辦公綜合樓結構方案的設計[J].四川建材,2009,35(2):91-93.

高層建筑的結構形式范文4

關鍵詞：高層建筑；結構形式；設計原則

一.高層建筑概念

高層建筑指超過一定高度和層數的多層建筑。在美國，24.6m或7層以上視為高層建筑；在日本，31m或8層及以上視為高層建筑；在英國，把等于或大于24.3m得建筑視為高層建筑。中國自2005年起規定超過10層的住宅建筑和超過24米高的其他民用建筑為高層建筑，建筑高度大于100m的建筑為超高層建筑。

二.高層建筑結構形式

1）框架結構

框架結構是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成構成承重體系的結構，即由梁和柱組成框架共同抵抗適用過程中出現的水平荷載和豎向荷載。采用結構的房屋墻體不承重，僅起到圍護和分隔作用，一般用預制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、空心磚或多孔磚、浮石、蛭石、陶粒等輕質板材等材料砌筑或裝配而成。框架結構具有建筑平面布置靈活，能夠較大的獲得大空間，承受豎向荷載作用合理、結構自重較輕的特點，其柱網尺寸可達9～10m，受力以剪切變形為主。但是由于是框架結構，又會存在著側向剛度小、水平位移較大的缺陷，使建筑的高度受到不同程度的限制。在非地震區可做到15 層最高不超過20 層，不宜超過60 米。一般用于綜合辦公樓、旅館、醫院、學校、商店等建筑。

2）剪力墻結構

剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構稱為剪力墻結構。剪力墻結構的優點是抗側力剛度大，抗震性能好，但是其布置不靈活，形成的開間較小，因此一般與其它結構混合使用。

3）框架-剪力墻結構

框架-剪力墻結構也稱框剪結構，這種結構是在框架結構中布置一定數量的剪力墻，構成靈活自由的使用空間，滿足不同建筑功能的要求，同樣又有足夠的剪力墻。其布置比較靈活，有足夠大的抗側力剛度，兼有框架結構和剪力墻結構的優點，在高層建筑中廣泛采用。需要注意的是，框剪結構在設計中應避免形成短柱（高寬比小于4）和短墻，以防止抗震性能的降低，其解決措施為對柱全長加密箍筋并提高混凝土的強度等級。

4）框支剪力墻結構

框支剪力墻指的是結構中的部分剪力墻因建筑要求不能落地，直接落在下層框架梁上，再由框架梁將荷載傳至框架柱上，這樣的梁就叫框支梁，柱就叫框支柱，上面的墻就叫框支剪力墻。該結構形式布置較剪力墻靈活，可以滿足一般寫字樓和酒店的需要，但是其弊端是下部抗側力剛度不足，在地震作用下容易發生破壞。

5）框架-核心筒結構：

核心筒結構，屬于高層建筑結構。簡單的來講就是，是由梁柱構成的框架受力體系，而中間是筒體，因為筒體在中間，所以稱為核心筒，又名“框架―核心筒結構”。具有良好的抗側力剛度和整體性，適用于高度較高，功能較多的建筑。

6）筒中筒結構

筒中筒結構由心腹筒、框筒及桁架筒組合，一般心腹筒在內，框筒或桁架筒在外，由內外筒共同抵抗水平力作用。由剪力墻圍成的筒體稱為實腹筒，在實腹筒墻體上開有規則排列的窗洞形成的開孔筒體稱為框筒；筒體四壁由豎桿和斜桿形成的桁架組成則稱為桁架筒。筒中筒結構具有非常大的整體性和側向剛度，適用于高度非常大的超高層建筑。

7）束筒結構：

束筒結構由若干個筒體并列連接為整體的結構。整個建筑如一個固定于基礎的封閉空心懸臂梁，具有良好的剛度和防震能力。束筒結構可組成任何建筑外形，并能適應不同高度的體型組合的需要，豐富了建筑的外觀。美國芝加哥110層的西爾斯大廈就是應用了束筒結構。

三.高層建筑設計方法

1）確定合理的基礎設計方案。高層建筑的基礎設計中，應當依據工程地質條件、上部的結構類型、荷載的分布、相鄰各建筑物的影響與施工條件等綜合因素開展分析，挑選出符合經濟合理原則的基礎性方案。

2）選擇合理的結構設計方案。成功的建筑物設計往往是經濟合理的。選擇合理的結構方案，也就是說要選擇切實可行的結構形式與結構體系，在保證結構安全和穩定的同時使結構造價最低。

3）確定合適的計算簡圖。結構計算基本上是在計算簡圖的基礎之上開展的，如果計算簡圖選用不合理，往往會造成結構不安全等諸多問題，所以，挑選合理的計算簡圖是確保結構安全的一個重要因素。

4）采用合理的布局方法。高層建筑結構設計方面，布局設計是比較關鍵的設計環節。高層建筑各功能區的設計，要考慮安全性、適用性和舒適性等方面的需求，進行科學合理的布局。

5）準確分析計算的結果。在高層建筑結構設計當中廣泛采用了計算機技術，但是如今軟件的種類很多，不同軟件計算出的結果往往有一定的差別，所以工程師在得到計算之后要進行認真分析與校核，并做出最為合理的判斷。

6）運用合理的構造方法。要利用構件的延性，強化結構的薄弱位置。充分利用鋼筋混凝土構件的受力特性進行設計與施工。采用不同的構造措施來減小造價，如魚腹梁等變截面梁。

四.結語

隨著我國社會經濟的發展，高層建筑正在逐漸成為一種建筑發展趨勢，也成為了很多公司、酒店和住宅的首選建筑形式。高層建筑結構設計是個系統全面的工作，結構設計人員需要扎實的理論知識功底，充分地認識到高層建筑各種結構形式及其特點，運用高層建筑設計原則，合理地進行選型與組合設計，才能更好地對高層建筑的結構進行更科學合理的應用。

參考文獻：

[1]容園園. 淺談高層建筑結構形式與設計[J].城市建設理論研究，2012年13期.

[2]趙宇，王俊宏. 高層建筑結構分析與設計簡介[J]. 城市建設理論研究，2012年11期.

高層建筑的結構形式范文5

關鍵詞：建筑；轉換層；結構設計

中圖分類號：TU984 文獻標識碼：A 文章編號：

1 結構轉換層概念及布置原則

1.1 定義：建筑物某層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結構類型，并通過該樓層進得結構轉換，則該樓層即稱轉換層。

1.2 布置原則：由于高層建筑結構下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常的結構布置應是下部剛度大，墻體多、柱網密，到上部漸漸減少墻、柱的數量，以擴大柱網。這樣，結構的正常布置與建筑功能對空間的要求正好相反。因此，為滿足建筑功能的要求，結構必須進行“反常規設計”，即將上部布置小空間，下部布置大空間；上部布置剛度大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱。為了實現這種結構布置，就必須在結構轉換的樓層設計水平轉換構件，即轉換層結構。結構特性高層建筑轉換層按照結構來分類主要有以下幾個形式：梁—柱體系、桁架體系、墻梁體系、厚板轉換體系等，其中以梁—柱體系最為常用。按照轉換層結構功能的不同，一般可分為以下三類：建筑上、下部分之間結構類型的轉換，此類建筑上部和下部采用的結構形式不同。建筑上、下部分之間的柱網尺寸不同，這種建筑雖然上下部分的結構類型相同，但通常需要通過轉換層，擴大其下部結構的柱距，以形成大柱網。同時具備轉換結構和擴大軸線尺寸的混合形式。

設計原則轉換層的設置造成建筑物豎向剛度的突變，對結構抗震不利，故采用轉換層結構設計時應遵循以下原則：盡可能減少需結構轉換的豎向構件，直接落地的豎向構件越多，轉換結構越少，轉換層造成的剛度突變就越小，對結構抗震更有利，轉換層結構在高層建筑豎向的位置宜低不宜高。優化轉換層結構，選擇具有明確傳力路徑的換層結構型式，以便于結構分析設計和保證施工量，在滿足建筑物安全和經濟要求的前提下，轉換剛度宜小不宜大。

2 不同類型轉換層的結構介紹與設計方法

高層建筑轉換結構一般可分為4種基本結構形式，即：桁架(包括空腹桁架)、箱型結構、梁式(包括托梁和雙向梁格)、厚梁厚板。以下主要介紹了梁式轉換層結構及桁架式轉換結構的設計方法。對以上4種基本結構形式設計應注意的問題簡要介紹如下

2.1 梁式轉換層結構

該結構形式是目前高層建筑中實現垂直轉換最常用的結構形式，由于其傳力途徑采用墻(柱)轉換梁柱(墻)的形式，具有傳力直接、明確和清桁架轉換層箱型結構轉換層空腹桁架轉換層。該轉換層結構的優點，便于工程計算、分析和設計，且造價較節省。所以梁式轉換層結構在實際工程中應用較廣。實際工程中轉換梁的結構形式有多種多樣，從轉換梁功能上，可分為托墻和托柱；從轉換梁形式上，可分為加腋和不加腋；從轉換梁結構采用材料上，又可分為鋼筋混凝土、預應力混凝土、鋼骨混凝土和鋼結構等。轉換梁設計方法的選擇與其受力性能和轉換層的形式有關，現簡述如下：

2.1.1 托柱形式轉換梁截面設計

當轉換梁承托上部普通框架時，在轉換梁常用截面尺寸范圍內，轉換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設計方法進行配筋計算；當轉換梁承托上部斜桿框架時，轉換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構件進行截面設計。

2.1.2 托墻形式轉換梁截面設計

當轉換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態表現為深梁，此時轉換梁截面設計方法宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，且計算出的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。由于此時轉換梁跨中較大范圍內的內力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸人支座。當轉換梁承托上部墻體滿跨且開較多門窗洞或不滿跨但剪力墻的長度較大時，轉換梁截面設計方法也宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，縱向鋼筋的布置則沿梁下部適當分布配置，且底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸入支座。當轉換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉換梁基本上可按普通梁的截面設計方法進行配筋計算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉換梁的底部。

2.2 桁架式轉換結構

該結構形式是由梁式結構轉換層變化而來的，整個轉換層由多榀鋼筋混凝土桁架組成承重結構，桁架的上下弦桿分別設在轉換層的上下樓面的結構層內，層間設有腹桿。由于桁架高度較高，所以下弦桿的截面尺寸相對較小。桁架分為空腹桁架和實腹桁架2種，它可以是鋼桁架，也可以是鋼筋混凝土桁架，在鋼筋混凝土高層結構中常用鋼筋混凝土桁架。與梁式轉換層相比，它的整體性好，受力性更加明確，自重較小而抗震性能好，而且便于管道的安裝與維護等，但在施工上比較復雜，在設計上表現為節點的設計難度較大。桁架式轉換結構設計方法簡述如下：桁架式轉換結構可以采用ANSYS和TAT來進行整體結構的內力分析，除應滿足結構整體的位移、變形、抗傾覆、周期等要求外，還應滿足(JGJ3—2002)《高層建筑混凝土結構技術規程》中附錄E中規定的轉換層上下結構側向剛度比的要求。

相對其他結構形式轉換層而言，桁架轉換層比梁式轉換層和厚轉換層在受力上更加合理，在轉換層位置受到的剪力和彎矩就比較小，有利于構件截面尺寸的控制，不會造成很大的剛度集中。在地震作用下，不會造成應力的集中，有利于結構抗震。其次在桁架轉換層上部的結構所受到的剪力和彎矩相對其他的轉換層結構來說也較小，其受力受下部轉換層的影響較小，比較合理。由于桁架轉換層的重量相對其他轉換層的重量要小，從而減小了下部框架柱的抗壓負荷。

3 高層建筑轉換層的結構設計應注意的問題

3.1 宜低位轉換，盡量避免高位轉換，設置結構轉換層的高層建筑屬復雜的高層建筑，其結構豎向剛度存在一定程度的突變，且轉換層上下附近的剛度、變從頭再來和內力都會發生突變，易形成薄弱層，對抗震不利。所以，設置轉換層應豎持轉換層位置宜低不宜高的觀點。盡量降低轉換層的層位，尤其抗震結構設計，宜避免高位轉換，三層以下為宜，一般不超過六層。

3.2 上下軸網力求部分對齊不錯位，如查結構上部、下部的軸網全部錯位，則轉換層結構可能只得采用厚板式，厚板式轉換層結構是所有轉換層結構中缺點最多的一種形式。不僅受力不好，設計難度高，施工困難，而且極不經濟。

3.3 框支柱、剪力墻的合理布置，設置結構轉換層的高層建筑，不論采用何種結構體系，都必須保證部分剪力墻直接落地；轉換層下面的框支柱的柱距疏密均勻，框支柱懷剪力墻（通常是核心筒）的距離位不宜太大（控制在12m以下）。轉換層以上的剪力墻應采用大開間布置。強化下部，保證下部大空間結構有足免的剛度、強度、延性和抗震能力。轉換層的平面須比軸規則，保證轉換大梁的剛度和出平面外的穩定性。

4 結束語

在高層建筑轉換層設計中，須根據工程本身特點和驗處中受力狀態的不明確定等因素，選擇科學全理的設計方案，確保方案設計的全面性、科學性，減少施工的風險和難度。

參考文獻：

[1] 茅於平，尤亞平．高層建筑形柱式結構轉換[J]．建筑科學，2011，17（1）.

[2] 中華人民共和國建設部．高層建筑混凝土結構技術規程[M]．北京：中國建筑工業出版社．2006.

高層建筑的結構形式范文6

關鍵詞：現代化；高層建筑；建筑結構；發展趨勢；特點特色

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A

1引言

隨著科學技術進步發展，鋼鐵、電梯出現以來鋼筋混凝土應用更為廣泛以及多樣，為高層建筑發展創造了機遇，高層建筑也已經成為城市建筑空間中一道獨特風景線。高層建筑是超過一定層數高度建筑結構體系，高層建筑定義高度或層數，各國規定有所不同,但也沒有一個絕對、嚴格標準來規定其高度以及層數。這與各國以及地區地理環境、地震強度、建筑材料、建筑技術、電梯設置標準以及防火特殊要求等諸多因素有關。

2 高層建筑結構分析

高層建筑結構同時承受著水平以及豎直荷載或作用力，低層建筑結構往往主要抵抗豎向荷載作用，水平荷載風荷載作用、地震作用對建筑影響較小，所以，水平作用所產生內力以及位移較小，往往可以忽略不計。在低層建筑結構中，豎向荷載是設計控制考慮的主要因素。但是在高層建筑結構中，較高的建筑高度造成受力完全不同，水平荷載不僅僅是主要荷載作用，是在豎向荷載共同影響建筑的作用，而且這往往也成為建筑設計中控制主要因素。所以，在水平荷載作用下，如果高層建筑結構抵抗側向形變能力或側向剛度不足，將會產生過大側向形變，不僅使人產生不舒服感覺，而且會使結構在豎向荷載作用下產生附加內力，會使填充墻、建筑裝修以及電梯等服務設施出現裂縫、變形，甚至會導致結構性損傷或裂縫，從而危及結構正常使用以及耐久性。所以設計高層建筑結構時，不僅要求結構有足夠強度，而且要求結構有合理剛度，使水平荷載所產生側向形變限制在規定范圍內。同時，有抗震設防要求高層建筑還應具有良好抗震性能，使結構在可能強震作用下當構件進入屈服階段后，仍具有良好塑性形變能力，即具有良好延性性能。除上述結構受力特點之外，高層建筑還具有建筑功用上特點。人們常說建筑是凝固音樂，優美高層建筑猶如藝術品，成為城市一道道絢麗景觀；建筑同時是時代跳動脈搏，高層建筑占地面積小，符合地價昂貴時代需求，它可以節約建設用地或獲得更多空閑地面，以作為綠化等環境用地，并因向高空方向發展而縮短城市道路以及各種管線如給排水管線等長度，減少基礎設施投資。當然，大量高層建筑建設，也會給城市帶來不利影響，如人口會密集化而造成交通擁擠問題；城市局部熱場發生不利變化以及地質沉陷、消防復雜化等問題。綜合高層建筑上述受力特點可知，與低層結構不同，高層建筑結構在強度、剛度以及延性三方面要滿足更多設計要求，抗側力結構設計成為高層建筑結構設計關鍵。

3 高層建筑結構發展現狀

隨著工業化、商業化、城市化進程，城市人口劇增，造成城市生產以及生活用房緊張，地價昂貴，迫使建筑物向高空發展，由多層發展為高層。19 世紀末期，開始出現現代形式鋼框架以及鋼筋混凝土框架結構高層建筑。1898 年修建secodRandMeNa119 層大樓美國，芝加哥，是世界上第一幢具有現代形式鋼框架結構高層建筑。而最早鋼筋混凝土框架結構高層建筑，為世界上第一幢具有現代形式鋼框架結構高層建筑。而最早鋼筋混凝土框架結構高層建筑，位于美國以及法國巴黎。所以，現代形式高層建筑，也只有短短117 年的歷史。到20 世紀50 年代以后，由于輕質高強材料研制成功，抗風、抗震結構體系發展，新設計計算理論創立，電子計算機在設計中應用，以及新施工技術以及機械不斷涌現，為大規模地、較經濟地建造高層建筑提供充分條件，使高層建筑得到迅速發展。在鋼筋混凝土結構方面，其結構體系發展歷程也類似于鋼結構結構體系，由最初框架結構逐漸發展出框架剪力墻結構或框架簡體結構以及巨型結構等結構體系，使得混凝土結構建造高度越來越高。鋼結構具有強度高、自重輕、抗震性能好等優點，鋼結構構件可在工廠加工以及制作，施工速度快，工期短。鋼是建造高層建筑結構比較理想材料，但是全鋼結構用鋼量大，造價高，耐火性能差，需用昂貴防火涂料。而鋼筋混凝土結構具有節省鋼材、造價低、材料來源豐富、可模性好等優點，且承載力也不低，經過合理設計也可獲得較好抗震性能。所以，只有在發達國家，大多數高層建筑才采用鋼結構形式，而在發展中國家，絕大部分高層建筑采用鋼筋混凝土材料建造，且由于高性能混凝土發展以及施工技術進步，鋼筋混凝土結構仍是今后高層建筑主要結構形式。特別是近年來，由于鋼筋混凝土結構優點，發達國家采用鋼筋混凝土材料建造高層建筑數量也在日益增多。當然，鋼筋混凝土結構構件斷面尺寸大，減少建筑使用面積；自重大，致使基礎造價增高，抗震性能也不如鋼結構。所以為充分發揮鋼材以及混凝土這兩種材料特點，更為合理結構形式是同時采用鋼以及鋼筋混凝土材料混合結構或組合結構。該結構形式經合理設計，可取得經濟合理、技術性能優良效果，近年來已成為研究熱點以及發展方向。

4高層建筑結構發展趨勢

高層建筑發展，充分顯示科學技術力量，使建筑師從過去強調藝術效果轉向重視建筑特有功能與技術因素。未來高層建筑將朝著技術功能先進以及藝術完美相結合方向發展。

1） 新材料、超強材料在不斷的發展與開發，在高層建筑結構技術問題中，首先要解決是材料問題。現在混凝土強度等級已經達到C100 以上。高強度以及良好韌性混凝土有利于減小結構構件尺寸，減輕結構自重，改善結構抗震性能。同時，為達到輕質高強目，必須在高層建筑結構中，發展輕骨料混凝土、輕混凝土、纖維混凝土、聚合物混凝土、側限約束混凝土以及預應力混凝土。高性能混凝土開發以及應用，將繼續受到人們重視，也必將給高層建筑結構帶來重大以及深遠影響。從強度以及塑性方面考慮，鋼是高層建筑結構理想材料，增進或改善鋼材強度、塑性以及可焊性性能工作人們從未停止過。特別是對新型耐火耐候鋼研發，具有重要意義，可使鋼材減小或拋棄對防火材料依賴，提高建筑用鋼競爭力。復合材料用于制作高層建筑部分構件正在開發以及實踐中。

2 ）在高層建筑結構中廣泛應用多種結構的混合體，如前所述，經合理設計混合結構可取得經濟合理、技術性能如抗震性能優良效果，且易滿足高層建筑側向剛度需求，可建造比鋼筋混凝土結構更高建筑，所以在較高建筑中，混合結構往往仍是合理、可行結構方案，今后建造混合結構比率將會越來越大。

3 ）新設計理念、新結構形式不斷的出現與發展，現代建筑功能趨于多樣性，建筑體形以及結構體系趨向復雜多變，趨向立體化，應運而生新設計概念以及結構技術深化，采用新結構體系，如巨型結構體系，蒙皮結構，帶加強層結構，建筑立面設置大洞口以減小風力，采用結構控制技術設置抗震機構等。

4） 高層建筑結構高度在不斷的被突破，進入20 世紀90 年代后，高層建筑迅猛發展，在數量、質量及高度上都有大飛躍，高層建筑中科技含量越來越高。

5結語

隨著資源短缺問題的不斷涌現，我國提出可持續性發展，高層建筑是城市建筑空間元素的一部分，需要有新設計理念、設計結構形式、多種混合結構體以及更新、超強的建筑材料。高層建筑是創造人性場所，又融入文脈關系，不去破壞城市空間以及諧。必須在高層以及城市發展中取得平衡，才能創造出更好城市景觀以及適合人們生活環境，才能沿著可持續發展道理健康地發展下去。 

參考文獻

江雨斌.鋼結構在高層建筑結構設計中的應用探討[J].中華民居.2013.12.

毛華毅.淺談高層建筑結構設計的若干問題[J].山西建筑.2010.9.