周志敏

（江西省桂能綜合設計研究院有限公司，江西 宜春 336000）

一、高層建筑結構的特點

隨著層數(shù)和高度的增加，水平作用對高層建筑結構安全的控制作用更加顯著，包括地震作用和風荷載。高層建筑的承載能力、抗側剛度、抗震性能、材料用量和造價高低，與其所采用的結構體系密切相關。不同的結構體系，適用于不同的層數(shù)、高度和功能。

1.框架結構體系

框架結構體系一般用于鋼結構和鋼筋混凝土結構中，由梁和柱通過節(jié)點構成承載結構，框架形成可靈活布置的建筑空間，具有較大的室內(nèi)空間，使用較方便。由于框架梁柱截面較小，抗震性能較差，剛度較低，建筑高度受到限制；剪切型變形，即層間側移隨著層數(shù)的增加而減??；框架結構主要用于不考慮抗震設防、層數(shù)較少的高層建筑中。在考慮抗震設防要求的建筑中，應用不多；高度一般控制在70m以下。

2.剪力墻結構體系

利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結構，稱為剪力墻結構體系。剪力墻結構體系于鋼筋混凝土結構中，由墻體承受全部水平作用和豎向荷載。根據(jù)施工方法的不同，可以分為：全部現(xiàn)澆的剪力墻；全部用預制墻板裝配而成的剪力墻；內(nèi)墻現(xiàn)澆、外墻為預制裝配的剪力墻。

3.框架-剪力墻結構（框架-筒體結構）體系

在框架結構中設置部分剪力墻，使框架和剪力墻兩者結合起來；取長補短；共同抵抗水平荷載，就組成了框架-剪力墻結構體系。如果把剪力墻布置成筒體，又可稱為框架-筒體結構體系?？蚣?剪力墻（筒體）結構比框架結構的剛度和承載能力都大大提高了，在地震作用下層間變形減小，因而也就減小了非結構構件的損壞。

4.筒體結構

單個筒體可分為實腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墻組成空間薄壁筒體，即為實腹筒；框架通過減小肢距，形成空間密柱框筒，即框筒；筒壁若用空間桁架組成，則形成桁筒。實際結構中除煙囪等構筑物外不可能存在單筒結構，而常常以框架-筒體結構、筒中筒結構、多筒體結構和成束筒結構形式出現(xiàn)。

5.巨型結構

巨型結構一般由兩級結構組成。第一級結構超越樓層劃分，形成跨若干樓層的巨梁、巨柱（超級框架）或巨型衍架桿件（超級衍架），以這巨型結構來承受水平力和豎向荷載，樓面作為第二級結構，只承受豎向荷載并將荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力傳遞到第一級結構上。常見的巨型結構有巨型框架結構和巨型桁架結構。

二、高層建筑結構設計應該注意的一些問題

1.合理的剪力墻布置和剪力墻的合理數(shù)量

（一）剪力墻合理數(shù)量確定

可以采用層結構截面面積（即剪力墻截面面積Aw和柱截面面積Ac之和）與樓面面積Af之比，剪力墻截面面積Aw與樓面面積Af之比從一些設計較合理的工程來看，（Aw+Ac）/Af值和Aw/Af值大約在表1范圍之內(nèi)：

表1 底層結構截面面積與樓面面積之比

層數(shù)多，高度大的框架－剪力墻結構。宜取表中的上限值。上表中為剪力墻縱橫兩個方向的總量。兩個方向剪力墻的數(shù)量宜相近。

（二）剪力墻的布置

一般情況下，剪力墻宜布置在以下部位：豎向荷載較大處；平面形狀變化處；樓梯間和電梯間。當樓面有較長的外伸端時，宜在外伸端的適當位置設置剪力墻。縱橫向剪力墻宜合并布置為L形、T形和口字形，以提高其強度和剛度。剪力墻的單個墻肢長度不宜大于8m，以免因剪切而破壞；對于過長的單片墻可以留出結構洞口，劃分為聯(lián)肢墻的兩個墻肢。如果建筑上不需要這個洞口，可以在施工完畢后用輕質(zhì)材料封閉。另外，設剪力墻之后，框架柱應予以保留，柱作為剪力墻的端部翼緣，剪力墻端部鋼筋配置在柱截面內(nèi)。端柱加強剪力墻的承載力和穩(wěn)定性。盡量設置明框梁，如果建筑功能上確實無法設置明梁時應設置暗梁，暗梁的高度與明梁的相同，縱筋與箍筋也與明梁相同，配置在墻身內(nèi)。

2.有關系數(shù)的取值

（一）主坐標系的旋轉角AG

對于比較復雜的平面，常在計算完一個方向XOY以后，轉動一個角度AG（0～π）再計算一次。此時不再修改數(shù)據(jù)，但應注意此情況下不應利用結構的對稱性，而且風荷載重新修改。

（二）考慮藕連振動和選擇振型數(shù)量

在一般情況下，可以不考慮彎扭藕連振動，此時較規(guī)則結構可用3個振型，豎向體型復雜、頂部有高塔時，宜用6個振型。當平面極不規(guī)則時，可采用考慮彎扭藕連振動的振型組合方法。采用9～15個振型。

（三）連梁的剛度調(diào)整系數(shù)BEC

一端或兩端與剪力墻相連的連梁，截面高，跨度小，剛度大，配筋比較困難。為此，允許考慮連梁出現(xiàn)裂縫，剛度降低以減少其彎矩和剪力。但為防止裂縫過寬，BEC不應小于0.55。為了避免把有些跨度較大的梁或跨度雖然不是很大，但與剪力墻平面外相連的梁剛度折減太大而偏于不安全，設計時要指明非連梁，如果配筋還是很困難時，還可以在剛度足夠滿足水平位移限值的條件下，降低連梁的高度，通過減小剛度而降低內(nèi)力。

（四）梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)BEK

梁在豎向荷載作用下的負彎矩可予以降低，以免配筋困難，調(diào)幅系數(shù)BEK可取0.8～0.9，不調(diào)時為1.0，梁端負彎矩調(diào)幅后，梁跨中正彎距相應增大。水平力作用下的彎矩不能調(diào)幅。

3.梁的扭矩問題

梁在空間受力狀態(tài)下承受扭矩。雖然梁出現(xiàn)扭轉裂縫后抗扭剛度大大降低而使扭矩減小，但在正常使用下梁處于彈性狀態(tài)，所以抗扭剛度本身不予折減。但由于在截面作受扭承載力驗算時，梁只考慮了矩形部分，板的作用并沒有考慮，所以梁承受的扭矩只是總扭矩的一部分。目前，大多數(shù)建筑的樓面為現(xiàn)澆板，因此，現(xiàn)澆樓面梁在設計時，扭矩設計值可以折減，折減系數(shù)為0.4～1.0。在具體設計時應注意梁的周邊無板的梁的抗扭；裝配式樓蓋或獨立梁的扭矩不應折減。

4.框架－剪力墻結構中，框架剪力的調(diào)整

在三維空間程序TBSA計算中采用了樓板平面內(nèi)剛度無限大的假定，即認為樓板在自身平面內(nèi)是不變形的。但是在框架-剪力墻結構中。作為主要側向支承的剪力墻間距很大，實際上樓板是會變形的，變形的結果將會使框架部分的水平位移大于剪力墻的水平位移，相應地，框架實際承受的水平力大于采用剛性樓板假定的計算結果。更為重要的是，剪力墻的剛度大，承受了大部分的水平力。因而在地震作用下，剪力墻會首先開裂，剛度降低，從而使一部分地震力向框架轉移，框架受到的地震作用會顯著增加。

另外，由內(nèi)力分析可知，框架剪力墻結構中的框架，受力情況不同于純框架結構中的框架，它下部樓層的計算剪力很小，到底部接近于零。顯然直接按照計算的剪力進行配筋是不安全的，必須予以適當?shù)恼{(diào)整，使框架具有足夠的抗震能力，使框架成為框架剪力墻結構的第二道防線。

具體設計時對于底層大底盤結構應對裙房部分和上部主體部分分別進行調(diào)整；還有結構沿豎向變化很大，平面不規(guī)則的結構在調(diào)整時應加以分析，例如作者在作小區(qū)高層建筑設計時，該工程地下2層，地上25層。第25層為水箱間，該層為斜塔式，垂直高度為11米左右，地面以上至水箱間樓板的高度為96m。該小區(qū)設防烈度為7度，框架和剪力墻的抗震等級均為2級，21～22層山墻兩端跨各縮進3.90m，23層平面又有縮進，而且該工程高寬比超限，為此，剪力墻布置的比較多，建筑面積不大，相對來說柱子顯得不多，到了21層平面雖縮進的不多，但柱子減少很多，如果整個一次調(diào)整，21層以上配筋超限很多，顯然不合理，因此采用分別調(diào)整。

結束語

隨著建筑高度的不斷提高，建筑結構的安全性和穩(wěn)定性在此時顯得更重要。設計人員應該不斷加強自身學習，充分考慮影響建筑結構的各方面因素，根據(jù)建筑具體情況進行細致分析和研究，使建筑更安全更穩(wěn)定。

[1]夏卓文.高層建筑結構設計特點與剪力墻設計[J].住宅科技，2007(02).

[2]譚文銳，李達能.高層建筑結構設計中問題之探究[J].廣東科技，2007，（6）.