文/王福元 華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司大連分公司 遼寧大連 116500

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以其良好的抗震性能、成熟的施工技術(shù)、較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)型等優(yōu)點(diǎn)在民用建筑中占有相當(dāng)大的比重，同時(shí)也是民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問(wèn)題。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)類(lèi)型眾多，且體系變化多端，相互之間既有聯(lián)系又有區(qū)別。同時(shí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用以抗震等級(jí)為主線的設(shè)計(jì)方法，也有別于鋼結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)。

2、高層建筑受力特點(diǎn)

高層建筑為10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高層民用建筑。與一般多層建筑主要承受由于重力產(chǎn)生的豎向荷載的作用相比，高層建筑由于其高度較高，除承受豎向荷載外，還承受了由于地震作用和風(fēng)荷載作用而產(chǎn)生的水平荷載。因此高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)，重視結(jié)構(gòu)的選型和平面、立面布置的規(guī)則性，加強(qiáng)構(gòu)造措施，擇優(yōu)選用抗震和抗風(fēng)性能好且經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系。

3、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)體系

3.1 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)為由梁和柱為主要構(gòu)件組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、使用靈活等特點(diǎn)，同時(shí)其自身的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較小，在強(qiáng)烈地震作用下結(jié)構(gòu)的變形較大，填充墻及附屬結(jié)構(gòu)的破壞嚴(yán)重。因此，對(duì)房屋高度較高時(shí)，應(yīng)避免采用純框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置適當(dāng)?shù)募袅?，改善結(jié)構(gòu)的性能。高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)，不宜采用純框架結(jié)構(gòu)。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)為由剪力墻組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)。由于鋼筋混凝土剪力墻可結(jié)合建筑隔墻靈活布置，結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大，連梁具有很好的耗能性能，因而在民用建筑（主要用在高層住宅）中廣為采用。在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)正確把握一般剪力墻、短肢剪力墻及柱形墻肢之間的區(qū)別，把握邊緣構(gòu)件及連梁設(shè)計(jì)計(jì)算等要點(diǎn)。

3.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)為由框架和剪力墻共同承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)由框架和剪力墻兩部分組成，由于框架和剪力墻自身的側(cè)向剛度差異很大，需要考慮框架和剪力墻的協(xié)同工作。同時(shí)剪力墻數(shù)量的多少直接決定在規(guī)定水平力作用下結(jié)構(gòu)底部的傾覆力矩?cái)?shù)值，并以此確定其結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。

板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)為由無(wú)梁樓板和柱組成的板柱框架與剪力墻共同承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)。其與框架剪力墻結(jié)構(gòu)的區(qū)別就在于框架梁設(shè)置的數(shù)量。由于缺少框架梁與柱組成的共同作用的框架體系，因此抗側(cè)力性能比框架-剪力墻結(jié)構(gòu)有大幅削弱，在設(shè)計(jì)時(shí)的限制也更多。

3.4 筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)為由豎向筒體為主組成的承受豎向和水平作用的建筑結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)的筒體分剪力墻圍成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架?chē)傻目蛲驳?。筒體結(jié)構(gòu)可分為框架-核心筒結(jié)構(gòu)和筒中筒結(jié)構(gòu)。框架-核心筒結(jié)構(gòu)為由核心筒與外圍的稀柱框架組成的筒體結(jié)構(gòu)；筒中筒結(jié)構(gòu)為由核心筒與外圍框筒組成的筒體結(jié)構(gòu)。

筒體結(jié)構(gòu)與一般剪力墻結(jié)構(gòu)的最大區(qū)別就是結(jié)構(gòu)平面的中心有由兩個(gè)方向剪力墻合圍而成的核心筒。由于核心筒剪力墻形成筒體，其抗震性能要優(yōu)于分散布置的剪力墻。筒中筒結(jié)構(gòu)由于有由密排柱及高度較大的橫梁組成的外筒，其整體性比框筒結(jié)構(gòu)更好，因此適用于更高的建筑。

3.5 混合結(jié)構(gòu)

混合結(jié)構(gòu)為由鋼框架（框筒）、型鋼混凝土框架（框筒）、鋼管混凝土框架（框筒）與鋼筋混凝土核心筒體所組成的共同承受水平和豎向作用的建筑結(jié)構(gòu)。

混合結(jié)構(gòu)高層建筑始于1972年的美國(guó)，然而由于混合結(jié)構(gòu)在美國(guó)阿拉斯加地震中的嚴(yán)重破壞，工程界對(duì)其抗震性能一直有所懷疑，加上西方發(fā)達(dá)國(guó)家人工成本高，混合結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)不明顯，因此在國(guó)外應(yīng)用不多。與西方國(guó)家不同的是，由于混合結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，混合結(jié)構(gòu)在我國(guó)發(fā)展迅速。

混合結(jié)構(gòu)介于混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)之間。與混凝土結(jié)構(gòu)相比，混合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于梁柱截面面積減小、減小結(jié)構(gòu)自重、縮短施工周期、抗震性能好，劣勢(shì)在于結(jié)構(gòu)用鋼量大、鋼結(jié)構(gòu)增加防火費(fèi)用、施工要求高。與鋼結(jié)構(gòu)相比，混合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于用鋼量少、結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大、防火防腐性能好、造價(jià)低，劣勢(shì)在于混凝土用量大、施工速度低、結(jié)構(gòu)構(gòu)件面積大、施工誤差大。

4、對(duì)高層混凝土結(jié)構(gòu)體系選擇的思考

4.1 結(jié)構(gòu)高度

規(guī)范對(duì)各類(lèi)型結(jié)構(gòu)的最大適用高度有明確規(guī)定，在適用高度內(nèi)的結(jié)構(gòu)其安全性和經(jīng)濟(jì)性都有保證。因此應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防烈度，盡量選擇規(guī)范規(guī)定的高度適用范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)形式。

4.2 建筑用途

結(jié)構(gòu)的最終目的是要滿(mǎn)足建筑的使用要求，因此在滿(mǎn)足安全性的前提下，建筑的用途是優(yōu)先考慮因素。不同建筑用途對(duì)空間的要求差別很大，例如一般住宅建筑每個(gè)房間的面積都不大，而商場(chǎng)、辦公樓等建筑則需要較大的開(kāi)敞空間。一般而言，在大開(kāi)敞空間處可采用框架結(jié)構(gòu)，而在樓梯、電梯、機(jī)房等面積較小，上下連續(xù)的功能處可采用剪力墻結(jié)構(gòu)，整體形成框筒或框剪結(jié)構(gòu)。

4.3 建筑的方案

建筑的方案可提供建筑的高寬比、長(zhǎng)寬比、平面體型、立面體型等。平面體型由平面規(guī)則性、平面對(duì)稱(chēng)性、平面質(zhì)量和剛度偏心等組成，立面體型由建筑高寬比、立面收進(jìn)、樓層間剛度比和樓層間受剪承載力比等組成。根據(jù)這些具體方案特征，結(jié)合成本、工期、施工難度等因素，方可具體分析出合理的結(jié)構(gòu)體系。

結(jié)語(yǔ)：

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)體系的選擇作為結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的一部分，對(duì)后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起方向性作用。充分認(rèn)識(shí)各種結(jié)構(gòu)體系優(yōu)缺點(diǎn)，合理選擇結(jié)構(gòu)體系，可大大提高建筑的安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合規(guī)范與工程經(jīng)驗(yàn)，必要時(shí)選擇幾種類(lèi)型進(jìn)行比選，以更直觀的選擇出最合理的結(jié)構(gòu)體系。