高层建筑结构形式与设计概述

高层建筑结构形式与设计概述

摘要：随着社会的发展和人类生活的需要，现代的建筑发展方向正逐步向高层、大跨、轻型等方向发展。对于居住和办公用的建筑，高层建筑是设计首选。本文通过对现代高层建筑的主要形式与设计原则进行归纳和总结，期望能为施工和设计单位提供参考。

关键词：高层建筑；结构形式；设计原则

一.高层建筑概念

高层建筑指超过一定高度和层数的多层建筑。在美国，24.6m或7层以上视为高层建筑；在日本，31m或8层及以上视为高层建筑；在英国，把等于或大于24.3m得建筑视为高层建筑。中国自2005

年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑，建筑高度大于100m的建筑为超高层建筑。

二.高层建筑结构形式

1）框架结构

框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体

系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。框架结构具有建筑平面布置灵活，能够较大的获得大空间，承受竖向荷载作用合理、结构自重较轻的特点，其柱网尺寸可达9～10m，受力以剪切变形为主。但是由于是框架结构，又会存在着侧向刚度小、水平位移

较大的缺陷，使建筑的高度受到不同程度的限制。在非地震区可做到15 层最高不超过20 层，不宜超过60 米。一般用于综合办公楼、旅馆、医院、学校、商店等建筑。

2）剪力墙结构

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构的优点是抗侧力刚度大，抗震性能好，但是其布置不灵活，形成的开间较小，因此一般与其它结构混合使用。

3）框架-剪力墙结构

框架-剪力墙结构也称框剪结构，这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，构成灵活自由的使用空间，满足不同建筑功能的要求，同样又有足够的剪力墙。其布置比较灵活，有足够大的抗侧力刚度，兼有框架结构和剪力墙结构的优点，在高层建筑中广泛采用。需要注意的是，框剪结构在设计中应避免形成短柱（高宽比小于4）和短墙，以防止抗震性能的降低，其解决措施为对柱全长加密箍筋并提高混凝土的强度等级。

4）框支剪力墙结构

框支剪力墙指的是结构中的部分剪力墙因建筑要求不能落地，直接落在下层框架梁上，再由框架梁将荷载传至框架柱上，这样的梁就叫框支梁，柱就叫框支柱，上面的墙就叫框支剪力墙。该结构形式布置较剪力墙灵活，可以满足一般写字楼和酒店的需要，但是其

弊端是下部抗侧力刚度不足，在地震作用下容易发生破坏。

5）框架-核心筒结构：

核心筒结构，属于高层建筑结构。简单的来讲就是，外围是由梁柱构成的框架受力体系，而中间是筒体，因为筒体在中间，所以称为核心筒，又名“框架—核心筒结构”。具有良好的抗侧力刚度和整体性，适用于高度较高，功能较多的建筑。

6）筒中筒结构

筒中筒结构由心腹筒、框筒及桁架筒组合，一般心腹筒在内，框筒或桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作用。由剪力墙围成的筒体称为实腹筒，在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒；筒体四壁由竖杆和斜杆形成的桁架组成则称为桁架筒。筒中筒结构具有非常大的整体性和侧向刚度，适用于高度非常大的超高层建筑。

7）束筒结构：

束筒结构由若干个筒体并列连接为整体的结构。整个建筑如一个固定于基础的封闭空心悬臂梁，具有良好的刚度和防震能力。束筒结构可组成任何建筑外形，并能适应不同高度的体型组合的需要，丰富了建筑的外观。美国芝加哥110层的西尔斯大厦就是应用了束筒结构。

三.高层建筑设计方法

1）确定合理的基础设计方案。高层建筑的基础设计中，应当依据工程地质条件、上部的结构类型、荷载的分布、相邻各建筑物的

影响与施工条件等综合因素开展分析，挑选出符合经济合理原则的基础性方案。

2）选择合理的结构设计方案。成功的建筑物设计往往是经济合理的。选择合理的结构方案，也就是说要选择切实可行的结构形式与结构体系，在保证结构安全和稳定的同时使结构造价最低。

3）确定合适的计算简图。结构计算基本上是在计算简图的基础之上开展的，如果计算简图选用不合理，往往会造成结构不安全等诸多问题，所以，挑选合理的计算简图是确保结构安全的一个重要因素。

4）采用合理的布局方法。高层建筑结构设计方面，布局设计是比较关键的设计环节。高层建筑各功能区的设计，要考虑安全性、适用性和舒适性等方面的需求，进行科学合理的布局。

5）准确分析计算的结果。在高层建筑结构设计当中广泛采用了计算机技术，但是如今软件的种类很多，不同软件计算出的结果往往有一定的差别，所以工程师在得到计算之后要进行认真分析与校核，并做出最为合理的判断。

6）运用合理的构造方法。要利用构件的延性，强化结构的薄弱位置。充分利用钢筋混凝土构件的受力特性进行设计与施工。采用不同的构造措施来减小造价，如鱼腹梁等变截面梁。

四.结语

随着我国社会经济的发展，高层建筑正在逐渐成为一种建筑发展趋势，也成为了很多公司、酒店和住宅的首选建筑形式。高层建筑

结构设计是个系统全面的工作，结构设计人员需要扎实的理论知识功底，充分地认识到高层建筑各种结构形式及其特点，运用高层建筑设计原则，合理地进行选型与组合设计，才能更好地对高层建筑的结构进行更科学合理的应用。

参考文献：

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[4]杨传玮，张辉. 高层建筑结构形式概述[j].中国科技博览，2010（13）.