高層房屋結(jié)構(gòu)體系選擇問題

　　高層建筑的受力特點是承受直荷載和水平荷載的作用。在低層結(jié)構(gòu)中，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力很少，結(jié)構(gòu)以抵抗垂直荷載產(chǎn)生的軸力為主;彎矩和剪力的影響較小、側(cè)向位移很小，通常可以忽略。隨著建筑高度的增加，水平荷載(風(fēng)或地震力)產(chǎn)生的內(nèi)力和位移迅速增加。

　　由于上述特點，選擇經(jīng)濟(jì)而有效的結(jié)構(gòu)體系是多、高層結(jié)構(gòu)的重要內(nèi)容，在鋼筋混凝土多、高層建筑中隨著層數(shù)的不同，主要可選用以下幾種結(jié)構(gòu)類型：

　　(1) 框架結(jié)構(gòu)

　　框架是由橫梁和柱通過結(jié)點而組成?？蚣艿臋M梁或柱，既承受垂直荷載、也承受水平荷載。在多層和高層房屋中，根據(jù)房屋的平面布置及垂直高度空間的要求，有的是單跨多層框架，而更多的是多層多跨框架;框架可以是等跨的或不等跨的。層高可以是相同的，也可以是不相同的;個別還有錯層的。

　　隨著房屋層數(shù)的增多和總高度的增加，水平力對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸和配筋量的控制作用就愈大，在框架結(jié)構(gòu)中更加突出，因而在非地震區(qū)，框架結(jié)構(gòu)最多可用到15層左右、一般控制在10層。

　　框架橫梁的內(nèi)力，主要是剪力和彎矩，軸力較小可以忽略不計，柱的內(nèi)力，主要是軸力和彎矩，而剪力較少可以忽略不計。

　　框架結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是：建筑平面布置靈活、可形成較大的空間、且在立面處理上，也易于表現(xiàn)建筑藝術(shù)的要求

　　(2) 剪力墻結(jié)構(gòu)

　　剪力墻結(jié)構(gòu)房屋是將房屋的內(nèi)、外墻都做成實體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，它既承擔(dān)垂直荷載、也抵抗水平力。因剪力墻是一整片高大的墻體、側(cè)面又有剛性樓蓋的支撐，故在其身平面內(nèi)有很大的側(cè)向剛度，屬于剛性結(jié)構(gòu)，能承受較大的水平荷載(剪力)、“剪力墻”即由此而得名。

　　實際上，在水平荷載作用下，剪力墻是一個底部固定、頂端自由的豎向懸臂梁，主要是因墻肢的拉、壓而產(chǎn)生“彎曲型”變形。

　　剪力墻結(jié)構(gòu)房屋因被實體的剪力墻分割成各個單獨的空間，建筑布置和使用都受到一定的限制，故多用于僅需小開間的住宅、公寓、旅館等居住性建筑，在工業(yè)建筑中很少采用。

　　剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大，在水平荷載作用下的側(cè)移量少，故能適用于較高(15至35層)的高層房屋。

　　剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點和局限性也是很明顯的，主要是剪力墻間距不能太大、平面布置不靈活、不能滿足公共建筑的使用要求、結(jié)構(gòu)自重較大。

　　此外，由于剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大、吸引的地震力也大。若在配筋和構(gòu)造上處理不當(dāng)，在強烈地震下，可能出現(xiàn)整體傾復(fù)或在受力大的部位產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。

　　(3) 框架??剪力墻結(jié)構(gòu)(簡稱框??剪結(jié)構(gòu))

　　所謂框架-剪力墻體系，是指由框架和剪力墻共同承受豎向荷載的高層建筑結(jié)構(gòu)承重體系。

　　在高層建筑中，若由框架來承受水平力，顯然不夠經(jīng)濟(jì)合理，而采用剪力墻體系又難以滿足使用上大開間的要求，采用框架-剪力墻體系，則二者可兼顧。它可以使建筑平面布置比較靈活，也可以滿足結(jié)構(gòu)在強度上和抗側(cè)移剛度方面的要求，所以，框架-剪力墻體系在高層建筑中廣為應(yīng)用。

　　在框架-剪力墻體系中，豎向荷載主要由框架承受，而風(fēng)荷載等水平荷載則主要由剪力墻承受，在一般情況下，剪力墻要承受70~90%的水平荷載。

　　剪力墻的布置應(yīng)滿足使用上的要求，盡量與隔墻位置相吻合。除此之外，剪力墻宜放在恒載較大處，并宜盡量均勻?qū)ΨQ，否則，在風(fēng)荷載作用下，房屋將會發(fā)生扭轉(zhuǎn)。為墻強房屋的抗扭能力，剪力墻宜布置在房屋各區(qū)段的兩端、在平面形狀或剛度有變化處，以加強該薄弱環(huán)節(jié)。

　　框架-剪力墻結(jié)構(gòu)方面：由于近年層數(shù)越來越多、高度加大，使得底層的墻柱內(nèi)力迅速增大，如廣州《廣東國際大廈》鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)??63層的底層柱截面達(dá)到1.8×2.2米，增加了建筑布置困難、使用上亦很不方便。

　　如果改用"鋼管高強混凝土柱"，則柱的直徑減至1~1.3米左右、用鋼量省、造價亦可降低?，F(xiàn)在，上海、廣州及深圳新設(shè)計的超高層建筑已多采用。例如：廣州的《好世界廣場》就是采用了"鋼管高強混凝土柱"，使柱的直徑大為減少。

　　(4) 筒體結(jié)構(gòu)

　　所謂筒體結(jié)構(gòu)，是指由一個或幾個筒體作豎向承重結(jié)構(gòu)的高層屋結(jié)構(gòu)體系。

　　筒體體系適用于層數(shù)較多的高層建筑。采用這種體系的建筑，其平面最好是正方形或者接近正方形。

　　筒體體系的建筑，按筒體的形式、布置和數(shù)目上的不同，通常分下面的幾種：

　　1) 如果利用空間受力體系的筒體結(jié)構(gòu)來抵抗水平荷載，利用建筑平面上的電梯間、樓梯間或管道井等組成的核心筒來抵抗水平荷載，或利用建筑物四周的外墻來組成外筒以抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)，均稱為"單筒體結(jié)構(gòu)"。

　　2) 如果外筒體和內(nèi)核心筒體同時存在并共同抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)稱為"筒中筒結(jié)構(gòu)"(包括雙筒體、三重筒體等)。

　　3) 整個建筑物的外墻由剛度很大的窗裙深梁和間距很近的密排柱形成空間網(wǎng)絡(luò)所組成的直立多孔筒體，稱為"框筒結(jié)構(gòu)"。

　　在高層建筑平面尺寸過長，也需要設(shè)置變形縫。

　　綜上所述，目前設(shè)計中究竟采用哪種結(jié)構(gòu)體系，要經(jīng)過方案比較確定，這主要要看擬建建筑物的高度、使用要求、施工條件和經(jīng)濟(jì)比較而定。

　　框架結(jié)構(gòu)??如果擬建建筑物為宿舍，高度又比較高，就選擇剪力墻結(jié)構(gòu)，因為居住建筑要有足夠的隔墻。

　　框-剪結(jié)構(gòu)??當(dāng)建筑物的底部需要設(shè)商店和大開間的門廳、餐廳時，則采用框支剪力墻結(jié)構(gòu);再如建建筑為高層辦公樓或公寓，當(dāng)高度不太高時，宜采用框-剪結(jié)構(gòu)。

　　簡體結(jié)構(gòu)??當(dāng)高度較高時，宜采用外框架、內(nèi)核芯筒結(jié)構(gòu);再高時，則最好采用筒中筒結(jié)構(gòu)，即采用外框架筒和內(nèi)核芯筒結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)外框架筒可以開窗，以滿足采光要求，在內(nèi)筒中布置電梯井、管道豎并及生活間等。

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