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摘要：城市化建设的加快使得大量的人口涌入城市，城市人口密度越来越高，城市用地日趋紧张，商业化的竞争也越来越激烈，这就使城市的建筑不断向高层发展。对于高层建筑在设计过程中遇到的问题都是难度系数挺大的，要想攻克这些难题，就要进行长期的观察并在实践中加以改進并逐步完善。现代高层建筑结构的设计工作对于设计人员的要求更高，接下来我们就结构设计中的一些问题进行研究。
关键词：城市；高层建筑；结构体系
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
一、引言
在高层建筑的结构设计中，合理的结构体系的选择对于高层建筑设计有着重要意义，其设计除了要符合国家相关的设计规范要求外，还要具有良好的经济效益，很好的适用性，和较好的抗震性能，以确保高层建筑的安全性。
二、高层建筑的结构体系类型
目前国内高层建筑最普遍的结构体系是：框架结构、钢结构、剪力墙结构、筒体结构、框架—剪力墙结构。
（1）框架结构体系。这种常见的结构体系是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。这种建筑结构形式的优点是：可灵活布置建筑平面，获得较大的空间，可以随意拆改房间隔墙，结构本身比较轻，容易处理建筑立面，有相对较成熟的计算理论，而且其造价相对较低。办公、住宅、商店、医院、以及多层厂房或仓库建设中得到广泛运用。其缺点有：框架结构承载力和刚度都较低，特别是水平方向的，当建筑高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，增大构件尺寸，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，对民用建筑一般适用于15层以下的房屋。
（2）利用钢柱和钢梁来承重，这种结构就是钢结构。厂房和一些大跨度的建筑常使用此结构。其优点是：施工较快，自身重量也较轻。此结构还能满足对于高度有更高要求的建筑，可以修建300以上高度的建筑。因为这种结构是柔性结构，抵抗地震破坏的能力也较强。其缺点是：钢材不耐腐蚀，所以后期的保养较困难且费用高。由于钢材惧高温，所以此种结构的建筑最怕火。
（3）剪力墙结构。很多高层建筑结构为了保证房屋结构的抗侧力刚度，会在这些结构中设置钢筋混凝土墙，这种墙就称之为“剪力墙”。剪力墙结构有很多优点:抗侧刚度大，水平力作用下位移小，保证空间的整体性。承重结构都是片状的混凝土墙，房间布置上没有梁、柱等外露构件，不影响房间的使用功能，在感觉上也美观。这种结构适用于住宅和旅馆等用途的建筑。对比历史的地震震害，使用剪力墙结构的抗震性能好，受害程度低很多。其缺点：结构自重较大，自振周期短，延性较差。剪力墙不能拆除或破坏，不利于形成大空间，住户无法对室内布局自行改造。有时使用剪力墙结构的建筑墙体较多，对房间的利用不够充分，为了满足一些大面积公共用房的需求，还有要在住宅楼下面布置店铺和一些公共设施的需求，可以用框架结构代替底层和一些部分层，这样的结构称之为“框支剪力墙结构”。
在框支剪力墙中，由于底层柱刚性强度不够大，会使上下的刚性强度发生突变，其抗震性能较低，所以，在地震易发地区不宜采用此种结构。
（4）筒体结构体系。剪力墙构成空间薄壁筒体，由一个或者多个筒体为主进行抵抗水平力的结构就是筒体结构。有些建筑对高度的要求较高，为了迎合这一需求，在结构中的框架柱中增加型钢钢材，也可以在柱子的外围包裹型钢钢材，这样就能进行超高建筑的设计。这一结构的优点：混凝土柱子的尺寸可以减小，结构的自身重量也可以减轻，柱子的抗震能力也能得到进一步提高，可以应用到150—300米的建筑中，其缺点几乎没有。
（5）框架—剪力墙结构。对框架结构进行从新布置，增加一些剪力墙，这样就组成了一种新的结构：框架—剪力墙结构。其优点是：对建筑的布置既有框架结构的灵活和使用方便，又有比较强的抗震能力，高层建筑中用于办公楼和旅馆用途的房间多使用此种结构。其缺点是：材料用量较大，因其自身重量较大使得其高度不得高于150米。
三、高层建筑结构体系选择
为提高钢筋混凝土高层建筑在安全适用、技术先进、经济合理方面的性能，就要求其在设计时考虑建筑、设备和施工的密切配合程度，并积极运用新技术、新工艺、新材料。结构选型和构造在高层建筑结构设计时应引起足够重视，在考虑经济合理性的同时，选择抗震性和抗风性能好的结构体系与平、立面布置方案，与此同时要加强构造连接。为使整个建筑结构的承载力、坚固性和延展性，在抗震设计中，必须确保其结构的整体抗震性。
（1）抗弯结构体系的有效宽度。增加其有效宽度是很有效的，可以直接减小建筑的倾覆力，在同等条件下，侧移按宽度增加的三次方的比例减小，这是以保证结构体系中的竖向构件连接良好为前提的。
（2）对承受荷载最主要的构件加大截面。如：为了减小侧向横移以及增加抵抗力矩，可以加大低楼层的柱子连接大梁的翼缘截面，这样也不会增加上层的质量，还可以保证抗震能力。
（3）抗弯构件直接承受大部分竖向荷载力。主要的抗倾覆构件受到预压有助于在倾覆拉力作用下房屋的稳定。
（4）为有效地抵抗每层楼的局部剪力，竖向结构体系必须做到合理布置实心墙或斜撑构件。用抗弯的竖向构件来承担这些剪力是非常浪费的，因为增加柱和梁的抗弯性相对于用墙或斜撑需要用更多的材料和人工。
四、结语
随着我国城市化进程的推进，越来越多的高城建筑上马动工。在中国，自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑。《民用建筑设计通则》（GB 50352—2005）将住宅建筑按层数分类：一层至三层为低层住宅；四层至六层为多层住宅；七层至九层为中高层住宅；十层及十层以上为高层住宅。除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑；大于24m者为高层建筑（不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑）；建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。正确的选择高层建筑结构体系，是高效利用上层空间，造福于民的重要工作。高层建筑能够节约城市土地，缩短公用设施和市政管网的开发周期，从而减少市政投资，加快城市建设。在高层建筑的结构体系设计上，应采取新的科学分析和研究步骤，以求得最佳设计方案。
参考文献：
[1]李国强.上海地区高层建筑采用钢结构与混凝土结构的综合经济比较分析.建筑结构学报.2000年2期
[2]陈超.高层建筑形体造型及结构概念设计概析.城市建设理论研究（电子版）.2012年19期
[2]周云.基于性能的某高层结构风振控制研究.振动与冲击.2011年11期
关键词：城市；高层建筑；结构体系
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
一、引言
在高层建筑的结构设计中，合理的结构体系的选择对于高层建筑设计有着重要意义，其设计除了要符合国家相关的设计规范要求外，还要具有良好的经济效益，很好的适用性，和较好的抗震性能，以确保高层建筑的安全性。
二、高层建筑的结构体系类型
目前国内高层建筑最普遍的结构体系是：框架结构、钢结构、剪力墙结构、筒体结构、框架—剪力墙结构。
（1）框架结构体系。这种常见的结构体系是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。这种建筑结构形式的优点是：可灵活布置建筑平面，获得较大的空间，可以随意拆改房间隔墙，结构本身比较轻，容易处理建筑立面，有相对较成熟的计算理论，而且其造价相对较低。办公、住宅、商店、医院、以及多层厂房或仓库建设中得到广泛运用。其缺点有：框架结构承载力和刚度都较低，特别是水平方向的，当建筑高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，增大构件尺寸，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，对民用建筑一般适用于15层以下的房屋。
（2）利用钢柱和钢梁来承重，这种结构就是钢结构。厂房和一些大跨度的建筑常使用此结构。其优点是：施工较快，自身重量也较轻。此结构还能满足对于高度有更高要求的建筑，可以修建300以上高度的建筑。因为这种结构是柔性结构，抵抗地震破坏的能力也较强。其缺点是：钢材不耐腐蚀，所以后期的保养较困难且费用高。由于钢材惧高温，所以此种结构的建筑最怕火。
（3）剪力墙结构。很多高层建筑结构为了保证房屋结构的抗侧力刚度，会在这些结构中设置钢筋混凝土墙，这种墙就称之为“剪力墙”。剪力墙结构有很多优点:抗侧刚度大，水平力作用下位移小，保证空间的整体性。承重结构都是片状的混凝土墙，房间布置上没有梁、柱等外露构件，不影响房间的使用功能，在感觉上也美观。这种结构适用于住宅和旅馆等用途的建筑。对比历史的地震震害，使用剪力墙结构的抗震性能好，受害程度低很多。其缺点：结构自重较大，自振周期短，延性较差。剪力墙不能拆除或破坏，不利于形成大空间，住户无法对室内布局自行改造。有时使用剪力墙结构的建筑墙体较多，对房间的利用不够充分，为了满足一些大面积公共用房的需求，还有要在住宅楼下面布置店铺和一些公共设施的需求，可以用框架结构代替底层和一些部分层，这样的结构称之为“框支剪力墙结构”。
在框支剪力墙中，由于底层柱刚性强度不够大，会使上下的刚性强度发生突变，其抗震性能较低，所以，在地震易发地区不宜采用此种结构。
（4）筒体结构体系。剪力墙构成空间薄壁筒体，由一个或者多个筒体为主进行抵抗水平力的结构就是筒体结构。有些建筑对高度的要求较高，为了迎合这一需求，在结构中的框架柱中增加型钢钢材，也可以在柱子的外围包裹型钢钢材，这样就能进行超高建筑的设计。这一结构的优点：混凝土柱子的尺寸可以减小，结构的自身重量也可以减轻，柱子的抗震能力也能得到进一步提高，可以应用到150—300米的建筑中，其缺点几乎没有。
（5）框架—剪力墙结构。对框架结构进行从新布置，增加一些剪力墙，这样就组成了一种新的结构：框架—剪力墙结构。其优点是：对建筑的布置既有框架结构的灵活和使用方便，又有比较强的抗震能力，高层建筑中用于办公楼和旅馆用途的房间多使用此种结构。其缺点是：材料用量较大，因其自身重量较大使得其高度不得高于150米。
三、高层建筑结构体系选择
为提高钢筋混凝土高层建筑在安全适用、技术先进、经济合理方面的性能，就要求其在设计时考虑建筑、设备和施工的密切配合程度，并积极运用新技术、新工艺、新材料。结构选型和构造在高层建筑结构设计时应引起足够重视，在考虑经济合理性的同时，选择抗震性和抗风性能好的结构体系与平、立面布置方案，与此同时要加强构造连接。为使整个建筑结构的承载力、坚固性和延展性，在抗震设计中，必须确保其结构的整体抗震性。
（1）抗弯结构体系的有效宽度。增加其有效宽度是很有效的，可以直接减小建筑的倾覆力，在同等条件下，侧移按宽度增加的三次方的比例减小，这是以保证结构体系中的竖向构件连接良好为前提的。
（2）对承受荷载最主要的构件加大截面。如：为了减小侧向横移以及增加抵抗力矩，可以加大低楼层的柱子连接大梁的翼缘截面，这样也不会增加上层的质量，还可以保证抗震能力。
（3）抗弯构件直接承受大部分竖向荷载力。主要的抗倾覆构件受到预压有助于在倾覆拉力作用下房屋的稳定。
（4）为有效地抵抗每层楼的局部剪力，竖向结构体系必须做到合理布置实心墙或斜撑构件。用抗弯的竖向构件来承担这些剪力是非常浪费的，因为增加柱和梁的抗弯性相对于用墙或斜撑需要用更多的材料和人工。
四、结语
随着我国城市化进程的推进，越来越多的高城建筑上马动工。在中国，自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑。《民用建筑设计通则》（GB 50352—2005）将住宅建筑按层数分类：一层至三层为低层住宅；四层至六层为多层住宅；七层至九层为中高层住宅；十层及十层以上为高层住宅。除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑；大于24m者为高层建筑（不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑）；建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。正确的选择高层建筑结构体系，是高效利用上层空间，造福于民的重要工作。高层建筑能够节约城市土地，缩短公用设施和市政管网的开发周期，从而减少市政投资，加快城市建设。在高层建筑的结构体系设计上，应采取新的科学分析和研究步骤，以求得最佳设计方案。
参考文献：
[1]李国强.上海地区高层建筑采用钢结构与混凝土结构的综合经济比较分析.建筑结构学报.2000年2期
[2]陈超.高层建筑形体造型及结构概念设计概析.城市建设理论研究（电子版）.2012年19期
[2]周云.基于性能的某高层结构风振控制研究.振动与冲击.2011年11期