1、对称连体高层建筑的结构设计分析摘要：改革开放以来，随着我国经济的飞速发展，城市化进程的不断加快，建筑用地日趋减少，高层建筑应运而生。高层建筑是人类物质生活和社会发展的产物,是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果。科学技术的进步、经济的发展则为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础。为了满足高层建筑进一步的发展,追求新的结构形式和更加合理的设计力学模型,本文为对称连体高层建筑的结构设计分析,提出一些个人的见解。 关键词：对称连体；高层建筑；结构设计 中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号： 引言 近些年来，随着人类经济文明的发展，高层建筑的需求越来越多，在高层建筑设计中，首先要选择
2、合适的结构体系，并针对具体情况加强设计施工质量的控制，另外必须在满足国家设计规范要求的前提下，加强建筑结构地基设计，选择合适的材料，才能提高建筑结构设计水平，确保设计质量不断提升，以使结构设计工作做到更安全、更合理。 1、高层建筑结构体系的特点 我国高层建筑混凝土结构技术规程规定，10 层或 10 层以上或者房屋高度超过 28m 的建筑为高层建筑物。随着层数和高度的增加，水平作用对高层建筑结构安全的控制作用更加显著，包括地震作用和风荷载。高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的结构体系密切相关。不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。 1.1 框架结构体系
3、 框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形成可灵活布置的建筑空间，具有较大的室内空间，使用较方便。由于框架梁柱截面较小，抗震性能较差，刚度较低，建筑高度受到限制；剪切型变形，即层间侧移随着层数的增加而减小；框架结构主要用于不考虑抗震设防、层数较少的高层建筑中。在考虑抗震设防要求的建筑中，应用不多；高度一般控制在 70m 以下。 1.2 剪力墙结构体系 利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向
4、变形小，承载力要求也容易满足；剪力墙结构体系主要缺点：主要是剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的大空间使用要求。此外，结构自重往往也较大。当剪力墙的高宽比较大时，是一个受弯为主的悬臂墙，侧向变形是弯曲型，即层间侧移随着层数的增加而增大。剪力墙结构在住宅及旅馆建筑中得到广泛应用。因此这种剪力墙结构适合于建造较高的高层建筑。根据施工方法的不同，可以分为：全部现浇的剪力墙；全部用预制墙板装配而成的剪力墙；内墙现浇、外墙为预制装配的剪力墙。在承受水平力作用时，剪力墙相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。剪力墙的水平位移由弯曲变形和剪切变形两部分组成。高层建筑剪力墙结构，以弯曲变形为主，其位移
5、曲线呈弯曲形，特点是结构层间位移随楼层增高而增加。 1.3 框架一剪力墙结构（框架一简体结构）体系 在框架结构中设置部分剪力墙，使框架和剪力墙两者结合起来；取长补短；共同抵抗水平荷载，就组成了框架一剪力墙结构体系。如果把剪力墙布置成筒体，又可称为框架一筒体结构体系。框架一剪力墙（筒体）结构比框架结构的刚度和承载能力都大大提高了，在地震作用下层间变形减小，因而也就减小了非结构构件（隔墙及外墙）的损坏，这样无论在非地震区还是地震区，这种结构型式都可用来建造较高的高层建筑，目前在我国得到广泛的应用。 1.4 筒体结构 单个筒体可分为实腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墙组成空间薄壁筒体，即为实腹筒；框架通过
6、减小肢距，形成空间密柱框筒，即框筒；筒壁若用空间桁架组成，则形成桁筒。实际结构中除烟囱等构筑物外不可能存在单筒结构，而常常以框架一筒体结构、筒中筒结构、多筒体结构和成束筒结构形式出现。 1.5 巨型结构 巨型结构一般由两级结构组成。第一级结构超越楼层划分，形成跨若干楼层的巨梁、巨柱（超级框架）或巨型桁架杆件（超级桁架） ，以这巨型结构来承受水平力和竖向荷载，楼面作为第二级结构，只承受竖向荷载并将荷载所产生的内力传递到第一级结构上。常见的巨型结构有巨型框架结构和巨型桁架结构。 不同的结构体系所具有的强度和刚度是不一样的，因而它们适合应用的高度也不同。一般说来，框架结构适用于高度低，层数少，设防烈
7、度低的情况；框架一剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求；在层数很多或设防烈度要求很高时，可用筒体结构。 2、高层建筑结构设计的基本要求 2.1 结构的规则性 2.1.1 不应采用严重不规则的结构体系，建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，应符合下列要求： (1)应具有必要的承载能力、刚度和变形能力。 (2)应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力。 (3)对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。 2.1.2 高层建筑的结构体系尚宜符合下列要求： (1)结构的竖向和水平
8、布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。 (2)宜具有多道抗震防线。 2.2 规则结构的主要特征 建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。规则结构一般指：体型（平面和立面）规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀，无突变。 2.3 规则平面布置需满足的要求 结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称
9、，减少扭转的影响。在地震作用下，建筑平面要力求简单规则，风力作用下则可适当放宽。抗震设防的高层建筑，平面形状宜简单、对称、规则，以减少震害。在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。抗震设计的 B 级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑，其平面布置应简单、规则，减少偏心。 3、高层建筑结构设计 3.1 高层建筑结构的受力特点 建筑结构所受的外力（作用）主要来自垂直方向和水平方向。在低、多层建筑中，由于结构层数少、平面尺寸较大，其高宽比很小，且结构受风荷载和地震影响也很小，故结构以抵抗竖向荷载为主。也就是说，竖向荷载往往是
10、结构设计的主要控制因素。 在高层建筑中，首先，在竖向荷载作用下，各楼层竖向荷载所产生的框架柱轴力和建筑结构的层数成正比；边柱轴力比中柱小，基本上与其受荷面积成正比。就是说，由各楼层竖向荷载所产生的累积效应很大，建筑物层数越多，底层柱轴力越大；顶、底层柱轴力差异越大；中柱、边柱轴力差异也越大。 3.2 竖向荷载设计应减轻自重 高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意味着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不
11、仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。 结语 近年来，高层建筑越来越多，在高层建筑设计中，采用先进的结构理论与精确的计算方法十分重要，掌握高层设计的要点是我们每个结构设计人员所必须的。在高层建筑设计中存在的问题难度系数大，不容小觑，唯有长期的观察实践来加以改进，达到逐渐完善的程度。 参考文献： 1黄志华,吕西林,周颖等.连体结构的模拟地震振动台模型试验研究J.建筑结构学报,2009,30(5):31-38 2吴晓涵,刘东泽,芮明倬等.对称刚性连体超高层结构弹塑性时程分析J.建筑结构学报,2011,32(6):1-9 3吴耀辉,娄宇,李爱群.对称双塔连体结构采用粘滞流体阻尼器的消能减震分析J.建筑结构,2008,38(3):91-93
