发布时间 : 星期四 文章浅谈高层建筑结构体系的发展和应用(1)更新完毕开始阅读84c0d511f61fb7360b4c65ee
浅谈高层建筑结构体系的发展和应用
图2.5 框筒结构示意图
密柱深梁：实际是一个开了很多很多窗洞的筒体，靠空间受力特性来抵抗水平力。整体像一个悬臂筒体一样，刚度和承载力很大。水平荷载下楼板只是一个刚性隔板，保证框筒的侧向稳定和刚度，有如竹子中的竹节，楼板中的板、梁按承受垂直荷载要求单体设计。
（2）筒中筒结构:
筒中筒结构，如下图2.3所示。一般用实腹筒做内筒，框筒或桁架筒做外筒。内筒可集中布置电梯、楼梯、竖向管道等。框筒的侧向变形以剪切变形为主，内筒一般以弯曲变形为主，二者通过楼板联系，共同抵抗水平荷载，其协同工作原理与框架-剪力墙结构类似。
图2.6 筒中筒结构示意图
（3）桁架筒结构：
用稀柱、浅梁和支撑斜杆组成桁架，布置在建筑物周边，形成桁架筒结构。桁架筒结构的结构特点是柱距大，支撑斜杆横跨建筑的一个面的边长，竖向跨越几个楼层，形成巨型桁架，4片桁架围成桁架筒，形成整体悬臂结构。刚度大，比框筒结构更能充分利用材料。
（4）多筒结构—成束筒结构:
成束筒是由若干单筒集成一体成束状，形成空间刚度极大的抗侧力结构。自下而上逐渐减少筒体数量的处理手法，使高层建筑结构更加经济合理。但这些逐渐减少的筒体结构，应对称于建筑物的平面中心。
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图2.7 采用筒体结构建筑的京基金融中心
京基金融中心位于深圳，2007年11月破土动工，2011年建成并投入使用。98层，高439m，与地王大厦遥相呼应，珠联璧合，成为深圳又一标志性建筑。在设计高度达588m的平安国际金融中心2014年建成之前，京基金融中心将成为深圳第一高楼，深圳的新地标。
该楼为钢与钢筋混凝土的混合结构，为筒中筒结构。内筒为钢筋混凝土核心筒（20层以下的混凝土墙内配有H型钢），外筒由16根箱型钢管混凝土柱组成（东西两侧设有巨型斜撑），在设备层和避难层设有伸臂桁架与外框柱相连接。
2.5 巨型结构
巨型结构，如下图2.4所示。利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型梁相连，筒体和巨型梁即构成巨型框架。
图2.8 巨型框架结构示意图
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巨型框架具有很大的承载能力和侧向刚度。由于它可以看作是由两级框架组成，第一级为巨型框架，是承载的主体；第二级是位于巨型框架单元内的辅助框架（只承受竖向荷载），也起承载作用。因此，这种结构是具有两道抗震防线的抗震结构，具有良好的抗震性能。
图2.9 采用巨型框架结构的台北101大楼
台北101大楼（又称台北国际金融中心）位于台北，2003年建成。地上101层，地下5层，高508m，是目前世界第二高楼，为钢与钢筋混凝土的混合结构。大楼采用正方对称的巨型框架结构，在大楼的4个外侧分别各有2根巨柱（共8根），自地下5楼贯通至地上90楼，柱内灌入高性能混凝土，外以钢板包覆。
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3 高层建筑结构的设计特点
由于高层建筑的各片竖向平面结构（或称抗侧力结构）的刚度、形式并不相同，变形特征也不一样，导致其不能简单地像一般房屋那样由受荷面积和间距对荷载进行分配，否则会使抗侧力刚度大的结构分配到的水平力过小。因此，首先需要了解高层建筑结构的特点。
3.1 水平荷载成为设计的决定性因素
对一般建筑物，其材料用量、造价及结构方案的确定主要由竖向荷载控制，而在高层建筑结构中，高宽比增大，水平荷载(包括风力和地震力)产生的侧移和内力所占比重增大，成为确定结构方案、材料用量和造价的决定因素。其根本原因就是侧移和内力随高度的增加而迅速增长。例如一竖向悬臂杆件在竖向荷载作用下产生的轴力仅与高度成正比，但在水平荷载作用下的弯矩和侧移却分别与高度呈二次方和四次方的曲线关系。
内力或位移??（fH4）M?（fH2）N?（fH）H
图3.1 结构内力、位移与高度的关系
因此，当建筑物达到一定高度或层数之后，内力和位移均急剧增加。如图3.1所示，除了轴向力N与高度成正比外，弯矩M与位移Δ都呈指数曲线上升，因此，随着高度的增加，水平荷载将成为控制结构设计的主要因素，结构侧移成为结构设计的主要控制目标。
3.2 侧移成为设计的控制指标
在高层建筑结构中，除了像多层和低层房屋一样进行强度计算外，还必须控制其侧移的大小，以保证高层建筑结构有足够的刚度，避免侧移过大。
（1）结构顶点的侧移ut与结构高度H的四次方成正比 （2）结构的侧移与结构的使用功能和安全有着密切的关系；
过大侧移会使人产生不安全感；过大侧移会使填充墙和主体结构出现裂缝或损坏，影响正常使用；因P-△效应而使结构产生附加内力，甚至破坏。
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