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工程技术
高层建筑结构体系的选择和抗震设计
梁小旺 邹平经济开发区管委会
【摘 要】本文针对高层建筑结构的设计特点 ，论述了高层建筑结构体系的选择和高层建筑结构的抗震设计 ，使设计达到技术先进、经济合理、
安全适用、确保质量的基本原则。
【关键词】建筑结构 体系选择 设计特点 抗震设计
随着经济的发展人口的迅速增加及城市用地的日益紧张 ，高层建 框架筒体结构中央布置剪力墙薄壁筒 ，由它受大部分水平力，周边
筑已成为城市发展的趋势 ，然而我的发展却远 布置的大柱距的普通框架承受大部分的水平力 ，这种结构受力特点类
远没有跟上时代步伐 。只有对高层建筑特点进行深入研究才能满足现 似框架剪力墙结构。
代建筑工程的需要。 筒中筒结构由剪力墙薄壁筒组成的内筒和密柱(通常柱距不大于3
一、高层建筑结构设计特点 米)组成的外筒两个筒体组合而成。与普通平面框架相比，筒中筒结构
与低层、多层建筑的设计相比，高层建筑的结构设计显得更为重 具有很好的空间整体作用及抗风、抗震性能。
要。不同结构体系的选择会直接影响建筑的平面布置 、楼层数目、各种 束筒结构式指在平面内设置若干个由剪力墙薄壁组成的筒体 。由
管道的布置、施工技术要求及投资的多少等。高层建筑结构设计的主 于每个筒体都比较小，故这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。
要特点如下: 巨型结构中由若干个巨柱以及巨梁组成的一级巨型框架承受了主
1．1 水平力是设计的主要因素。研究表明，楼房自重和楼面载荷 要的水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成了二级结构，它的作用
在竖向构件中产生的弯矩和轴力的大小仅与楼房高度的一次方成正 是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去 。这种结构的二级结构梁柱
比，而水平载荷对建筑产生的倾覆力矩及轴力大小与楼房高度的二次 截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。
方成正比。因此在高层建筑设计中水平力为设计的主要因素 。 2．3 体系的选用原则。在高层建筑结构体系的优化选择过程中
1．2 轴向变形不可忽视。当楼层很高时，由楼房自重产生的轴向 要根据建筑物使用功能的要求、建筑高度的不同、施工地带的地理环
压应力可使中柱产生较大的轴向变形 ，导致连续梁中间支座处的负弯 境、投资数额等因素，按照经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择最合
矩值减小，而跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。 适的体系。另外，应保证结构整体具有良好的抗震性能 、足够的承载力
1．3 侧移成为控制指标。建筑结构的侧移随高度的增加而迅速 和刚性。
增大(侧移量与楼层高度的四次方成正比 ) ，因此结构侧移成为高层建 三、高层建筑结构的抗震设计
筑结构设计中的关键因素 。 3．1 建筑结构抗震规范。建筑结构抗震规范是由各国的建筑抗
1．4 抗震设计要求更高。高层建筑的抗震设计要努力做到 “三水 震经验总结出来的，具有一定的权威性 ，是指导建筑抗震设计的法定文
准”的要求，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。要想在建筑结构抗震 件。它具有坚定的工程实践基础充分保证了建筑工程的安全性 ，因此
领域取得突破就必须在结构与地基的材料特性 、动力响应、计算理论、 在建筑结构的抗震设计中要严格遵守此规范，容不得半点马虎。
稳定标准等方面得到切合实际的发展 。 3．2 抗震设计理论。抗震设计理论主要有拟静力理论、反应谱理
二、高层建筑结构体系的选择 论和动力理论。根据拟静力理论，地震力的大小等于结构的重量乘以
2．1 高层结构体系分类。高层建筑结构体系按材料不同可分为 地震系数。反应谱理论是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度
钢结构、混凝土与钢的组合结构和钢筋混凝土结构三种。目前录的特性进行分析后取得的一个重要成果 。动力理论也称地震时程
高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构 。根据结构的体系又可分为以下 分析理论，它把地震作为一个时间过程 ，选择有代表性的地震动加速度
几大类:框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、框筒结构、筒中筒结 时程作为地震动输入变量，把建筑物简化成多自由度的体系，从而计算
构、束筒结构、巨型结构、伸臂结构及悬挂结构。部分结构的平面示意 得到每一时刻建筑物的地震反应，最终完成抗震设计工作。
图如下图1 所示。 3．3 抗震设计。在对结构进行抗震设计时要充分考虑概念设计 、
结构抗震验算、构造措施及抗震的经验等。在提高结构延性方面已得
到普遍的认可的观点是强柱弱梁，强剪弱弯和强节点弱构件 。另外，我
国的《建筑抗震设计规范》(GB50011 －2001)对建筑结构的抗震计算中
应采用的方法作了如下规定:高度不超过40m，以剪切变形为主且质量
和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构 ，可
采用底部剪力法等简化方法;除1 款外的建筑结构，宜采用振型分解反
应谱方法;特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑 ，
应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算 ，可取多条时程曲线计
框架结构 剪力墙结构 框剪结构 框筒结构 筒中筒结构 算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
我国《建筑抗震规范》(GB50011 －2001)还对建筑的抗震设防提出
“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不
倒”。第一阶段:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数 ，先计
算出结构在弹性状态下的地震作用效应 ，与风、重力荷载效应组合，并
引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强
度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角 ，使其
不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施 ，保证结
构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能 ，从而自动满足第二水准的变
束筒结构 巨型结构 形要求。第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数 ，计算出结构
各种结构的平面示意图(图1) (特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节 )的弹塑性层间位移角，使之小于抗
2．2 各体系的特点及适用范围。框架结构体系是由楼板、梁、柱 震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防
及基础四种承重构件组成 ，它是高层建筑中常用的结构形式之一。该 倒塌要求。
结构体系平面布置灵活 、所得空间大、结构自重轻、造价低且计算理论
较成熟。不足之处在于其抗侧力、抗震能力差。鉴于以上特点框架结 四、结束语
构适用于6 －15 层的高度，被广泛用于办公、住宅、医院、商场、学校及 随着经济的迅速发展，高层建筑越来越多，并且向着普遍化、超高
工业厂房等。 化、功能综合化、管理智能化、环境生态化的方向发展，高层建筑的设计
剪力墙结构提高了建筑的抗剪强度 、刚度和抗震性能。该结构具 问题变得日益突出。设计人员不仅要掌握先进的设计方法及各种先进
有刚度大，抗震性能好，空间整体性强，用刚量省等优点。剪力墙结构 软件，还要掌握高层建筑的设计原理 、设计特点、体系选择、抗震设计等
墙体较多，不适用于会议室、餐厅、礼堂等大面积公共场所。我们可以 方面的知识，如此才能使设计达到技术先进 、经济合理、安全适用、确保
将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架 ，形成框支剪力墙结构以 质量的基本原则。
减少墙体数目。 参考文献:
框架剪力墙结构在是在框架结构中布置一定数量的剪力墙形成 ［1］于险峰． 高层建筑结构设计特点及其体系． 建筑技术． 2009
的，因此它既具有框架结构的平面布置灵活 、所得空间大、结构自重轻 (24) :171
等优点又兼顾了剪力墙结构的刚度大 、抗震性能好的优点。该结构被 ［2］胡文湛． 浅谈高层建筑结构分析与设计． 江西建材．2006(1)
广泛应用于高层的办公楼 、商场等。 ［3］《建筑抗震设计规范》(GB50011 －2001)
［4］李济南． 浅谈高层建筑结构设计》． 江西建材．2006(4)
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