浅谈高层建筑结构体系的发展和应用(1)

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本科生毕业论文（设计）

题目：浅谈高层建筑结构体系的发展和应用

学习中心：浙江台州奥鹏

层次：专科起点本科

专业：土木工程

年级： 14年秋季（1409）

学号： ************

学生：周鹏

指导教师：狗犊子

完成日期： 2016 年 7 月 3 日

内容摘要

近年来随着世界人口的增加，住房紧张的问题越来越严重，传统意义上的住房已经满足不了人们的需求。在这种情况下，高层建筑应运而生。所以高层建筑是社会生产的需要和人类生活需求的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。而科学技术的发展，高强轻质材料的出现以及机械化、电气化在建筑中的实现等，为高层建筑的发展提供了技术条件和物质基础。虽然高层建筑也有很多的缺点，但随着科技的发展和技术的进步，高层建筑的缺点逐步在改正并成为未来大多数人们的居住房。明确建筑结构的复杂性和必要性，面对现代高层建筑选型的新问题和新挑战，对不同建筑结构体系的本质和规律进行深入的了解和认识，这是现代高层建筑建设实践的必然要求。本文通过分析高层建筑中常用结构体系的特点，针对结构设计方法及应注意的问题进行探讨。以期通过本文的阐述有效提升现代高层建筑结构体系的构建，为促进现代建筑结构发展提供理论参考。

关键词：高层建筑；结构体系；框架结构；剪力墙结构

内容摘要 ........................................................................................................................... I 引言 (1)

1 绪论 (3)

1.1 高层建筑发展情况 (3)

1.2 高层建筑结构体系的发展和应用情况 (3)

2 高层建筑中常用结构体系及特点 (5)

2.1 框架结构 (5)

2.2 剪力墙结构 (6)

2.3 框架-剪力墙结构 (7)

2.4 筒体结构 (9)

2.5 巨型结构 (11)

3 高层建筑结构的设计特点 (13)

3.1 水平荷载成为设计的决定性因素 (13)

3.2 侧移成为设计的控制指标 (13)

3.3 轴向变形的影响在设计中不容忽视 (14)

3.4 延性成为结构设计的重要指标 (14)

3.5 动力效应大 (14)

3.6 扭转效应大 (14)

3.7 结构的稳定和抗倾覆 (14)

3.8 温差过大产生的温度应力及变形大 (15)

4 高层建筑结构设计时选定结构体系需要注意的问题 (16)

4.1 结构的平面形状及立面型式 (16)

4.2 结构刚度 (16)

4.3 高宽比限制 (16)

4.4 侧向位移限制 (17)

5 结论与展望 (18)

参考文献 (19)

近年来，中国内地正在成为世界上兴建高层建筑的主要区域之一，在上海以及长三角地区、广州深圳以及珠三角地区、京津地区以及以重庆为代表的中西部城市都建造了大量高层建筑，这些高层建筑的数量、高度以及结构体系的复杂性均处于国际前列。根据中国建筑学会建筑结构分会高层建筑结构委员会的统计，截至2010年底，中国大陆建成150 m以上建筑已经超过150栋，此外还有大量高层及超高层建筑正在兴建。

当前，国内高层建筑结构的发展趋势及现状大致表现为以下的三个主要特点:

1.结构的高度不断增加

根据上述中国大陆2010年底已建成的150 m以上的高层建筑统计数据可知，按高度排名前20栋的高层建筑近三分之二是在2004年之后建成，排名前100栋的高层建筑中有近一半是在2004年之后建成。与2003年底的统计数据相比，高度在200m以上的高层建筑由20栋增加到32栋，150m以上高层建筑由100栋增加到153栋。目前已建成的最高建筑为上海金茂大厦，而正在兴建的大量高层建筑中，多栋建筑高度将超过金茂大厦。其中上海环球金融中心地上101层，地下3层，高度492m，成为世界上最高的建筑之一。

由此可见，国内高层建筑的数量以及高度都在不断地增长。有些建筑的高度已经超出规范最大适用高度的限制，给设计工作带来很多新的问题。

2.复杂体型的高层建筑不断涌现

近年来，高层建筑设计为满足多种功能和用途以及造型新颖等需要，采用了不少体型复杂、内部空间多变的建筑方案，这其中有不少是境外建筑师的作品。国外建筑师的设计方案大胆新颖，但有的来自非地震区，缺乏抗震设计观念，这些工程的平面、立面不规则程度都大大地超出现行设计规范的适用范围，如何进行抗震设计缺少明确具体的目标、依据和手段，给结构工程师带来前所未有的挑战。为了适应各种复杂建筑方案，结构工程师发挥了创造性才能，通过大量计算论证、模型试验等研究手段，尽可能地解决相关的结构技术难题，设计出了很多适应建筑师创新意识的复杂结构体系，如:各类新颖转换结构、连体与立面大开洞结构、竖向收进及悬挑结构、带加强层的结构、大底盘多塔楼结构、悬挂结构、平面不规则结构及错层结构等等。

需要指出的是，新建成的大量复杂体型高层建筑结构尽管有一定的模型试验

和分析论证作为依据，但建成时间不长，经过实际强震检验的结构为数不多，因此复杂高层结构抗震设计的经验还有待进一步积累。

3.钢.混凝土混合结构的应用逐渐增多

根据前述中国己建成的，50m高层建筑的统计数据，混合结构所占比例为22.3%，其中200m以上的高层建筑中混合结构所占比例为43.8%,300 m以上的高层建筑中混合结构所占比例则达到66.7%。在各种混合结构体系中，框架-核心筒混合结构是具有中国特色的高层结构形式，这种结构体系由钢筋混凝土筒体(或型钢混凝土筒体)与钢或型钢混凝土框架、钢管混凝土框架组成。在框架一核心筒结构体系中以刚度很大的混凝土核心筒部分承受风荷载和地震作用，外框架主要承担竖向荷载。在国内已建成的前30栋最高的建筑中，17栋采用框架-核心筒结构，其中11栋采用外钢框架一混凝土核心筒的混合结构。

近年来，超高层结构中还出现了各种巨型混合结构体系，即:巨型型钢一混凝土柱、钢管混凝土柱、巨型伸臂钢析架、带钢支撑的巨型外筒、型钢或带斜撑的混凝土内筒、钢板混凝土剪力墙等的有效组合。这种结构体系不仅可用于非地震区，而且可用于地震区，如:上海环球金融中心即采用钢筋混凝土核心筒，巨型钢骨混凝土以及钢柱为外框架的结构体系;正在建设中的北京国贸三期，高316.6m，为框架一筒体结构，采用高含钢率的型钢混凝土柱和型钢混凝土内筒，外框架设置了两层高的腰析架，内筒以及外框架之间设有伸臂析架形成若干加强层。

本文在充分了解高层建筑各主要结构类型的结构特点、适用范围等后，阐述了高层建筑结构选型的各种影响因素，得到了高层建筑结构选型方案综合性能模型。通过分析高层建筑的划分标准，针对基本结构体系的发展特点进行分析比较，并从结构体系的分析方法及选型角度对应用问题进行探讨。以期通过本文的阐述有效提升现代高层建筑结构体系的构建，为促进现代建筑结构发展提供理论参考。