浅谈超高层建筑结构体系

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浅谈超高层建筑结构体系
王民伟1刘士充2 1.河南省纺织建筑设计院有限公司么河南省华夏工程建设监理有限公司
【摘要】本文主要对超高层建筑的结构体系进行了相关阐述，社会不断的进
步发展，地皮的远远不足，促使不断出现超高层房，以满足人口的膨胀与社会不断进步的需求，本文通过对超高层建筑结构的设计特点，？1出对超高层建筑各种体系的具体内容，做出选择分析，最终综合的考虑超高层建筑的重要性、场地条件、设防烈度、地基基础、房屋高度以及原材料供应以及施工条件，同时结合具
体建筑结构体系的经济以及技术指标来选择最为合适的超高层建筑结构体系。

笔者结合自身工作经验，对超高层建筑结构体系提出相关问题及解决方法。

【关键词】超高层建筑结构体系选择
一、超高层建筑的结构设计特点
以下超高层建筑是结构设计要点进行探析，超高层的结构体系选择与低层、多层的建筑相比，超高层建筑的结构设计显得十分重要。

不同的建筑结构体系选择可以对建筑的楼层数目、平面布置、施工技术要求、各种管道的布置及投资多少等产生最为直接的影响。

超高层的建筑结构设计主要具有以下几个特点：
1.水平力是超高层建筑结构设计的主要因素。

有研究证明，楼房的自重与楼面的载荷在竖向放入构件中所产生的弯矩与轴力大小仅仅是与楼房的高度一次方形成正比，但是水平载荷对与建筑所产生的倾覆力矩以及轴力的大小则是与楼房的高度二次方形成正比。

因此在超高层的建筑设计中，水平力是设计主要因素。

2^轴向变形是不可忽视的。

当楼层十分高时，由于楼房的自重而产生的轴向压应力会导致楼房的中柱产生出较大轴向变形，会直接导致连续梁的中间支座处负弯矩值直接减小，从而导致跨中正弯矩值与端支座的负弯矩值增大。

3罾侧移做为控制指标。

超高层的建筑结构侧移随着高度增加会迅速的增大(：侧移量和楼层之间高度四次方是正比关系〉，所以结构侧移是超高层建筑结构设计的关键因素。

抗震设计的要求更高。

超高层的建筑抗震设计必须要做到“三水准”要求，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。

二、超高层建筑结构体系的选择
1.超高层结构体系分类。

超高层建筑的结构体系可以按照材料的不同分为三种，分别是混凝土、钢结构与钢组合结构以及钢筋混凝土结构。

目前我国的超高层建筑大部分是采用钢筋混凝土的结构；根据结构的体系则分为以下八类：巨型结构、框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、框筒结构、筒中筒结构、伸臂结构及悬挂结构、束筒结构。

2^超高层建筑体系选用原则。

在超高层建筑结构体系优化选择的整体过程中必须根据超高层建筑物功能要求、建筑高度、施工地带地理环境、投资数额等等因素，按照可靠、合理、经济、安全的设计原则进行选择最为合适的超高层建筑体系。

与此同时，还要保证超高层建筑的结构整体具有十分良好抗震性能以及足够的承载力以及刚性。

3^超高层的结构材料分析。

超高层建筑结构体系中使用的最主要建筑材料钢筋以及混凝土。

在各种建筑结构体系中必须要根据建筑要求性能进行合理选择结构材料，以充分的发挥材料性能，达到与建筑、结构的有机协调。

钢筋混凝土结构利用钢筋和混凝土两种材料的受力性能特点，具有就地取材、造价较低、耐久性和结构刚度大、耐火性较好、维护费用低等优点。

但需要注意的是钢筋混凝土的结构跨度较小，较适合应用在小开间的多层住宅以及公寓和旅馆中。

钢结构的优点是自重轻、塑性、构件截面小、强度高，抗震性能好、韧性、结构延性好；施工工期短，制作简单，工厂化程度高质量可靠；布置灵活，结构开间大，同时可以大幅度的降低工程的基础造价；在与混凝土的比较中，还有绿色环保、污染少的优点。

大部分超高层建筑都是将钢结构应用在现代的办公建筑，但同时由于钢结构的防火性能差、造价较高、耐腐蚀性差、耐火性差等原因，国内对于钢结构应用还不是十分的普遍。

4^超高层结构体系选择。

4.1框架结构体系。

框架结构具体是指横向以及纵向框架利用梁、柱组成的，并承受竖向以及建筑水平荷载的建筑结构体系。

这种单的框架结构平面布置十分的灵活、同时空间大可以适应多种功能需要，特别是有利于商场、休息厅、会议厅、餐厅的结构布置。

同时因为整体的建筑框架是梁与柱组合而成，十分有利于机械及工厂化的制作和安装，便于装配及标准化。

4.2剪力墙结构体系。

剪力墙结构具体是指巧妙的利用建筑物纵横的墙体对竖向与水平荷载进行承受的结构。

一帮情况下，建筑的剪力墙都是以钢筋混凝土进行墙体材料的选择，其厚度不能够小于 14^^，剪力墙良好侧向刚度对与超高建筑进行地震的承受作用是十分的有利。

在建筑过程中从经济学的角度进行考虑，剪力墙之间的间距不能够太细密，以6〜8血最为合适。

4罾3框架一剪力墙结构。

框架一剪力墙是抽取纯框架以及剪力墙两种结构的优点，不仅可以满足超高层建筑布置的需要同时可以满足结构的抗侧力需要。

由于剪力墙可以承担建筑整体大部分的剪力，可以使框架的整体受力状况以及建筑内力的整体分布得到较好的改善。

因此框架所承受整体建筑水平剪力得到有效的减少并且沿建筑高度的分布比较的均匀。

在一般的情况下，整个超高层建筑全部的剪力墙约可以承受建筑80”水平荷载，而建筑全部框架可承担20乂水平荷载[行业标准]。

超高层建筑结构上必须要保证框架与剪力墙能够协同工作，这是建筑整体结构布置十分重要的问题。

楼盖的水平刚度如果越大，协同工作的配合
度也就越好。

而剪力墙如果太少，则结构侧向的变形也就同时增大；剪力墙太多，不仅不经济，同时还会给超高层建筑的后期带来较多的限制。

4.4筒体结构体系。

筒式结构体系具体是指一个或者几个筒体做为竖向的承重结构超高层建筑结构体系，这种体系主要是依靠筒体来进行水平荷载的承受，同时这种体系具有十分良好的空间刚度以及抗震能力。

因此，筒式结构的超高层建筑体系在平面的布置以及满足相关功能的方面具有明显优势。

三、结语随着社会经济的飞速发展，超高层建筑只会越来越多，同时会迅速的向着超高化、普遍化、功能综合化、环境生态化、管理智能化的方向不断发展，超高层建筑的结构体系选择问题将会变得日益突出。

因此设计人员不仅需要掌握更为先进的设计方法以及先进建筑软件，同时必须掌握超高层建筑抗震设计、设计特点、设计原理、体系选择等各方面的知识，只有这样才能真正使超高层建筑的结构体系选择达到经济合理、技术先进、安全适用、确保质量的原则。

总而言之，在最终确定超高层建筑结构体系方案同时，必须综合的考虑超高层建筑的重要性、场地条件、设防烈度、地基基础、房屋高度以及原材料供应以及施工条件，同时结合具体建筑结构体系的经济以及技术指标来选择最为合适的超高层建筑结构体系。

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