結構體系的選擇和布置

高層房屋結構體系選擇問題

高層建築的受力特點是承受直荷載和水平荷載的作用。在低層結構中，水平荷載產生的內力很少，結構以抵抗垂直荷載產生的軸力為主;彎矩和剪力的影響較小、側向位移很小，通常可以忽略。隨著建築高度的增加，水平荷載(風或**力)產生的內力和位移迅速增加。

由於上述特點，選擇經濟而有效的結構體系是多、高層結構的重要內容，在鋼筋混凝土多、高層建築中隨著層數的不同，主要可選用以下幾種結構型別：

(1) 框架結構

框架是由橫樑和柱通過結點而組成。框架的橫樑或柱，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。

隨著房屋層數的增多和總高度的增加，水平力對結構構件的截面尺寸和配筋量的控制作用就愈大，在框架結構中更加突出，因而在非**區，框架結構最多可用到15層左右、一般控制在10層。

框架橫樑的內力，主要是剪力和彎矩，軸力較小可以忽略不計，柱的內力，主要是軸力和彎矩，而剪力較少可以忽略不計。

框架結構的主要優點是：建築平面布置靈活、可形成較大的空間、且在立面處理上，也易於表現建築藝術的要求

(2) 剪力牆結構

剪力牆結構房屋是將房屋的內、外牆都做成實體的鋼筋混凝土結構，它既承擔垂直荷載、也抵抗水平力。因剪力牆是一整片高大的牆體、側面又有剛性樓蓋的支撐，故在其身平面內有很大的側向剛度，屬於剛性結構，能承受較大的水平荷載(剪力)、「剪力牆」即由此而得名。

實際上，在水平荷載作用下，剪力牆是乙個底部固定、頂端自由的豎向懸臂梁，主要是因牆肢的拉、壓而產生「彎曲型」變形。

剪力牆結構房屋因被實體的剪力牆分割成各個單獨的空間，建築布置和使用都受到一定的限制，故多用於僅需小開間的住宅、公寓、旅館等居住性建築，在工業建築中很少採用。

剪力牆結構的側向剛度大，在水平荷載作用下的側移量少，故能適用於較高(15至35層)的高層房屋。

剪力牆結構的缺點和侷限性也是很明顯的，主要是剪力牆間距不能太大、平面布置不靈活、不能滿足公共建築的使用要求、結構自重較大。

此外，由於剪力牆結構剛度大、吸引的**力也大。若在配筋和構造上處理不當，在強烈**下，可能出現整體傾復或在受力大的部位產生嚴重破壞。

(3) 框架――剪力牆結構(簡稱框――剪結構)

所謂框架-剪力牆體系，是指由框架和剪力牆共同承受豎向荷載的高層建築結構承重體系。

在高層建築中，若由框架來承受水平力，顯然不夠經濟合理，而採用剪力牆體系又難以滿足使用上大開間的要求，採用框架-剪力牆體系，則二者可兼顧。它可以使建築平面布置比較靈活，也可以滿足結構在強度上和抗側移剛度方面的要求，所以，框架-剪力牆體系在高層建築中廣為應用。

在框架-剪力牆體系中，豎向荷載主要由框架承受，而風荷載等水平荷載則主要由剪力牆承受，在一般情況下，剪力牆要承受70~90%的水平荷載。

剪力牆的布置應滿足使用上的要求，盡量與隔牆位置相吻合。除此之外，剪力牆宜放在恆載較大處，並宜盡量均勻對稱，否則，在風荷載作用下，房屋將會發生扭轉。為牆強房屋的抗扭能力，剪力牆宜布置在房屋各區段的兩端、在平面形狀或剛度有變化處，以加強該薄弱環節。

框架-剪力牆結構方面：由於近年層數越來越多、高度加大，使得底層的牆柱內力迅速增大，如廣州《廣東國際大廈》鋼筋混凝土結構――63層的底層柱截面達到1.8×2.

2公尺，增加了建築布置困難、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公尺左右、用鋼量省、造價亦可降低。現在，上海、廣州及深圳新設計的超高層建築已多採用。

例如：廣州的《好世界廣場》就是採用了"鋼管高強混凝土柱"，使柱的直徑大為減少。

(4) 筒體結構

所謂筒體結構，是指由乙個或幾個筒体作豎向承重結構的高層屋結構體系。

筒體體系適用於層數較多的高層建築。採用這種體系的建築，其平面最好是正方形或者接近正方形。

筒體體系的建築，按筒體的形式、布置和數目上的不同，通常分下面的幾種：

1) 如果利用空間受力體系的筒體結構來抵抗水平荷載，利用建築平面上的電梯間、樓梯間或管道井等組成的核心筒來抵抗水平荷載，或利用建築物四周的外牆來組成外筒以抵抗水平荷載的結構，均稱為"單筒體結構"。

2) 如果外筒體和核心心筒體同時存在並共同抵抗水平荷載的結構稱為"筒中筒結構"(包括雙筒體、三重筒體等)。

3) 整個建築物的外牆由剛度很大的窗裙深梁和間距很近的密排柱形成空間網路所組成的直立多孔筒體，稱為"框筒結構"。

在高層建築平面尺寸過長，也需要設定變形縫。

綜上所述，目前設計中究竟採用哪種結構體系，要經過方案比較確定，這主要要看擬建建築物的高度、使用要求、施工條件和經濟比較而定。

框架結構――如果擬建建築物為宿舍，高度又比較高，就選擇剪力牆結構，因為居住建築要有足夠的隔牆。

框-剪結構――當建築物的底部需要設商店和大開間的門廳、餐廳時，則採用框支剪力牆結構;再如建建築為高層辦公樓或公寓，當高度不太高時，宜採用框-剪結構。

簡體結構――當高度較高時，宜採用外框架、核心芯筒結構;再高時，則最好採用筒中筒結構，即採用外框架筒和核心芯筒結構。這類結構外框架筒可以開窗，以滿足採光要求，在內筒中布置電梯井、管道豎並及生活間等。