高层建筑的结构布置

我国地震区最高的现浇钢 筋混凝土框架结构是高18 层、局部22层的北京长城 饭店（图2.1），为延性框 架；用轻钢龙骨石膏板作 隔墙，外墙为玻璃幕墙。
图 2.1 北京长城饭店
最高的钢框架结构是北京的长富宫（图 2.2），26层，94m，底部2层采用钢骨混 凝土框架结构，以增大侧向刚度。
图 2.2 北京的长富宫
在侧向力作用下，剪力墙结构的侧向位移曲线呈弯曲型，即层间位移 由下至上逐渐增大（图 2.6）。剪力墙是平面构件，在其自身平面内有较 大的承载力和刚度，平面外的承载力和刚度小，结构设计时一般不考虑 墙的平面外承载力和刚度。因此，剪力墙要双向布置，分别抵抗各自平 面内的侧向力；抗震设计的剪力墙结构，应力求使两个方向的刚度接近。
第二章 高层建筑的结构布置
建筑结构系统： 抗重力系统 抗侧力系统
设计抗侧力结构是高层建筑结构设计的关键和主要工作。高层建筑基本的 结构构件是梁、柱、支撑、墙和墙组成的筒，用这些构件可以组成高层建筑 众多的抗侧力结构体系。
2. 1 框架结构 由梁、柱组成的结构单元称为框架；全部竖向荷载和水平荷载由框架承受 的结构体系，称为框架结构。框架梁、柱可分别用钢、钢筋混凝土、钢骨（型 钢）混凝土，还可以用钢管混凝土等。 框架结构的柱距，可以是 4～5m 的小柱距，也可以是 7～8m 的大柱距，采 用钢梁一混凝土组合楼盖时，柱距可以更大。 框架结构的建筑平面布置灵活，可以用隔断墙分隔空间，以适应不同使用 功能的需求。框架结构适用于办公楼、教室、商场、住宅等房屋建筑。 框架结构属于柔性结构，抗震性能比较差。在地震中，非结构破坏比较严 重。
图 2.8 框支剪力墙的立面图
抗震设计的部分框支剪力墙结构底部大空间的层数不宜过多； 为了加大底部大空间的刚度，可将落地的纵横向墙围成井筒； 也可加大落地墙和井筒的墙体厚度、配筋和混凝土强度等级等。 转换层上部结构与下部结构 的侧向刚度比及框支柱承受的 地震水平剪力应符合一定的要 求。图 2.9 为底层大空间部分 框支剪力墙结构的典型平面。
图 2.9 框支剪力墙的平面图
短肢剪力墙 近年来，一种称为短肢剪力墙结构的体系在住宅建筑中逐渐被采 用。短肢剪力墙是指墙肢截面高度与宽度之比为 5～8 的剪力墙。短 肢剪力墙有利于住宅建筑平面布置和减轻结构自重。 但是由于短肢墙的抗震性能不如截面高度与宽度之比大于 8 的一 般剪力墙，高层建筑不允许采用全部为短肢墙的剪力墙结构，应形 成短肢墙与井筒（或一般墙）共同抵抗水平作用。短肢剪力墙较多 的剪力墙结构的最大适用高度比一般剪力墙结构低。
框架只能在自身平面内 抵抗侧向水平力，因此， 必须在两个正交的主轴方 向设置框架，以抵抗各个 方向的侧向水平力。
框架结构可以采用横向 承重，或者纵向承重，或 者纵横双向承重，采用何 种承重方式主要取决于楼 板布置。
沿建筑高度，柱网尺寸 和梁截面尺寸一般不变， 上层的柱截面尺寸可以减 小。当柱截面尺寸变化时， 轴线位置尽可能保持不变。 柱网布置要尽可能对称， 图 2.3 为 一 些 框 架 结 构 的 平
沿高度方向，剪力墙宜连续布置，避免刚度突变。剪力墙一般需要开洞作为门窗， 洞口宜上下对齐，成列布置，形成具有规则洞口的联肢剪力墙，避免出现洞口不规 则布置的错洞墙（图 2.7）。墙的长度很长时，可以隔一定长度在墙上开设洞口，洞 口上设置跨高比大、受弯承载力小的连梁，将长墙分成较短的墙段，墙段的高宽比 不小于 2，设计成抗震性能好的延性剪力墙。
2.3 框架－剪力墙结构 框架和剪力墙共同承受竖向荷载和侧向力，就成为框架－剪力墙结构。 框架和剪力墙组成的形式比较灵活，常用的组成形式有：（1）框架与一般 剪力墙（也称为无边框剪力墙）组合；（2）框架与剪力墙围成的井筒组合； （3）部分框架内嵌入剪力墙，形成框架与带边框剪力墙的组合。 框架－剪力墙结构既有框架结构布置灵活、延性好的特点，也有剪力墙 结构刚度大、承载力大的特点，是一种比较好的抗侧力体系，广泛应用于 高层建筑，其适用高度与剪力墙结构大致相同。 框架－剪力墙结构属于中等刚性结构，抗震性能较好，非结构破坏较轻。
图 2.5 是剪力墙结构的平面布置
剪力墙结构采用现浇钢筋混凝土，整体性好，承载力及侧向刚度大，合理设计的延性剪力 墙具有良好的抗震性能。剪力墙结构属于刚性结构，在地震中，非结构破坏较轻。
在历次地震中，剪力墙的震害一般比较轻。剪力墙结构的适用高度范围大，多层及 20～40 层都可应用。在剪力墙内配量钢骨，成为钢骨混凝土剪力墙，可以改善剪力墙的抗震性能。
梁、柱弯曲变形产生结构的侧移，结构侧移曲线呈剪切型，自下而上层间位移减小； 柱的轴向变形产生的结构侧移，结构侧移曲线弯曲型，自下而上层间位移增大。一般 框架在侧向力作用下的侧移曲线以剪切型为主。
图 2.4 框架结构的侧移
2．2 剪力Fra Baidu bibliotek结构
用钢筋混凝土剪力墙（用 于抗震结构时也称为抗震 墙）承受竖向荷载和侧向力 的结构称为剪力墙结构。受 楼板跨度的限制，剪力墙结 构的开间一般为 3～8m，剪 力墙结构平面布置不灵活， 空间局限，结构自重大。适 用于住宅、旅馆等建筑。
墙肢截面宜简单、规则，剪力墙的两端尽可能与另一方向的墙连接，成为工形、T 形或 L 形等有翼缘的墙，以增大剪力墙的刚度和稳定。在楼、电梯间，两个方向的 墙相互连接成井筒，以增大结构的抗扭能力。
框支剪力墙 为了使底层或底部若干层有较大的空间，可以将结构底层或底部若干层设计 为局部框架，形成上部为剪力墙，下部为框架剪力墙的框支剪力墙，图 2.8 为框 支剪力墙的立面图。在地震作用下，框支层的层间变形大，造成框支柱破坏， 导致整栋建筑倒塌，因此，地震区不允许采用底层或底部若干层全部为框架的 框支剪力墙结构。地震区可以采用部分剪力墙落地、部分剪力墙由框架支承的 部分框支剪力墙结构。通过转换层将不落地剪力墙的剪力转移到落地剪力墙， 减小了框支层刚度和承载力突然变小对结构抗震性能的不利影响。
面布置图。
图 2.3 框架结构的平面布置图
通过合理设计，框架可以成为耗能能力强、变形能力较大的延性框架。梁、柱截面惯 性矩小，因此框架结构的侧向刚度比较小。用于比较高的建筑时，需要截面尺寸大的梁 柱才能满足侧向刚度的要求，这样就减小了有效使用空间，造成材料浪费。因此，框架 结构不适用于高的房屋建筑。