结构布置的合理与不合理处

结构布置的合理与不合理处

（1.皖西学院 建筑与土木工程学院，郑路 班级土木1203，学号2012011966.)

文章摘要：文章分析高层建筑结构体系，并介绍熟悉的4大结构体系：框架结构，剪力墙结构，框架剪力墙结构，筒体结构。

关键词：框架结构；剪力墙结构；框架剪力墙结构；筒体结构。

The reasonable and unreasonable of high-rise building structure arrangement.

(west anhui university Institute of architecture and civil engineering,class and grade:1203,name:zhenglu,student number:2012011966.)

Abstract:This article has a very good analysis of the high-rise building structure system，and introducing four structure systems of my knowledge，such as frame structure ·shear wall structure ·frame-shear wall structure and tube structure.

Key words：frame structure ·shear wall structure ·frame-shear wall structure and tube structure.

一.框架结构

框架是由梁和柱子刚性连接的骨架结构，国外多用钢为框架材料，国内主要为钢筋混凝土，框架结构的特点在于“刚节点”。从框架的刚节点来看，它是一个几何不变体，以

门式钢架为例来看，钢架受荷载后，刚节点始终维持节点的几何不变性，因而刚节点对杠杆的转动具有约束作用，从而刚架横梁产生正弯矩以减少，对梁的好处是很明显的。刚节点给柱子虽然带来弯矩，但对钢筋混凝土柱来说也不会导致坏处，因为钢筋混凝土不仅抗压能力强，而且抗弯能力也很好。所以，框架结构可以扩大梁的跨度，而且房屋的层数也可以增加。故框架结构体系是六层以上的多层与高层房屋的一种理想的结构形式。

框架结构的合理出是：强度高，自重轻，整体性和抗震性好。它在建筑中的最大优点在于不靠砖墙承重，建筑平面布置灵活，可以获得较大的使用空间，所以它的应用极为广泛，框架结构可设计成静定的三铰框架或超静定的双铰框架与无铰框架。混凝土框架结构广泛用于住宅、学校、办公楼，也有根据需要对混凝土梁或板施加预应力，以适用于较大的跨度；框架钢结构常用于大跨度的公共建筑、多层工业厂房和一些特殊用途的建筑物中，如剧场、商场、体育馆、火车站、展览厅、造船厂、飞机库、停车场、轻工业车间等。

不合理处：抗侧刚度小，水平位移较大，故了建造高度。一般不宜超过50m.各种结构型式适用高度还与设防烈度有关。抗侧刚度主要取决于梁、柱的截面尺寸及层高。

工程实例：

概述】

艾菲尔铁塔当初是为了万国博览会兴建,自1887年到1931年纽约帝国大厦落成前,保持了45年世界最高建筑物的地位,铁塔高320公尺,建筑设计最著名的是防范强风吹袭的对称钢筋设计,兼具实用与美感考量。铁塔共分3层,登顶收费依楼层而定。搭快速升降梯直达274公尺高的顶层,就可尽览巴黎美景,白天视野佳时可远眺72公里远。

结构特色】埃菲尔铁塔采用框架结构的全钢结构，艾菲尔铁塔的金属构架有1.5万个，重达7000吨，施工时共钻孔700万个，使用铆钉250万个，施工完全依照设计进行，足见设计的合理与计算的精确。铁塔占地约1万平方米，塔的最顶端不到100平方米，上下宽窄悬殊，使其结构别具一格。从远处看去，它四脚立地。拔地而起，呈四方狭长金字塔形，颇似烛台。铁塔除顶端塔楼外，分为三层，在57米、115米和276米处设有三个了望平台，供游客凭栏眺望。

他独特的全金属结构在当时确实是太为改革创新：艾菲尔铁塔由一百五十万个铆钉连接固定，艾菲尔先生还曾决定将18038个铸铁配件更换为更为轻巧坚固的合金配件，所以，最后建成的艾菲尔铁塔非常“轻”。在它所矗立的水泥地面上，每平方厘米只承受4.5公斤的压力。它的总重量是10000吨，其中包括7300吨的四脚金属支架。它的四个支点间形成了一个边长为125米的正方形。加上塔顶部天线的高度，艾菲尔铁塔总高度为324米。它的第二层在离地面149米的高度上，第一层也离地面有91米。在它建成的时候，艾菲尔铁塔曾一度是世界上最高的建筑，并将此纪录一直保持了45年，直到1931年纽约帝国大厦落成前。

二.剪力墙结构

剪力墙结构是由一系列纵向、横向剪力墙及楼盖所组成的空间结构，承受竖向荷载和

水平荷载，是高层建筑中常用的结构形式。由于纵、横向剪力墙在其自身平面内的刚度都很大，在水平荷载作用下，侧移较小，因此这种结构抗震及抗风性能都较强，承载力要求也比较容易满足，适宜于建造层数较多的高层建筑。

剪力墙主要承受两类荷载：一类是楼板传来的竖向荷载，在地震区还应包括竖向地震作用的影响；另一类是水平荷载，包括水平风荷载和水平地震作用。剪力墙的内力分析包括竖向荷载作用下的内力分析和水平荷载作用下的内力分析。在竖向荷载作用下，各片剪力墙所受的内力比较简单，可按照材料力学原理进行。在水平荷载作用下剪力墙的内力和位移计算都比较复杂，因此本节着重讨论剪力墙在水平荷载作用下的内力及位移计算。

合理处：结构整体性强．抗侧刚度大，侧向变形小，在承载力方面的要求易得到满足，适于建造较高的建筑。

集承重、抗风、抗震、围护与分隔为一体，经济合理地利用了结构材料；

抗震性能好，具有承受强烈地层裂而不倒的良好性能；

用钢量较省；

与框架结构体系相比．施工相对简便与快速。

剪力培结构体系的不合理处：

墙体较密，使建筑平面布置和空间利用受到，较难满足大空间建筑功能的要求。

结构自重较大，加上抗侧刚度较大，结构自振周期较短，导致较大的地震作用。

工程实例：

概述】1985年建成的汇丰银行大楼.地面以下四层，基础埋深为-20m，地面以上43层，高175m；采用矩形平面，底层平面尺寸为55m×72m。建筑规划要求大楼底层为全开敞式大空间，与前面的皇后广场自然地连成一片.由于开敞底层了上部框架落地，最后确定采用钢结构悬挂体系。由八根“格构柱”和五层纵、横向桁架梁组成悬挂体系的主构件(下图)，承担着整个大楼的全部水平荷载和竖向荷载.每根格构柱是由两个方向间距分别为48m和51m的四根圆形钢管；以及沿高度每隔39m的四根纵、横向变裁面箱形梁所组成。沿房屋的横向，构架柱的净距为11.1m；沿房屋的纵向，一对格构柱之间的净跨度为33.6m，两端悬臂长度为10.8m。各道桁架梁之间的4—7层楼板，通过吊杆悬挂在上一层的桁架梁上。

结构特色】在框架结构中杆件以受弯为主，截面刚度主要取决于截面高度，但过大的截面高度势必增加层高，或使得结构构件与建筑功能发生矛度。巨型框架的概念实际上是把框架梁柱截面大幅度提高，把每一栋高层框架结构划分成很少几层，每层的梁柱都特别大。例如，对于巨型截面来说，截面刚度与截面高度3次方成正比

三. 框架-剪力墙结构

由于框架结构的主要特点是能获得大空间的房屋，房间布置灵活。而其主要弱点是侧刚度较小，侧移较大。而剪力墙结构侧向刚度大，可减小侧移。但是全剪力墙结构无法布置大空间房屋。因此，框架．剪力墙结构体系恰好是对两者取长补短，既能布置大空间房屋与小空间房屋，布置灵活，又具有较大的侧向刚度，弥补纯框架结构之小足，所以广泛用于层数较多、房屋总高较高的建筑，而且可以灵活布置大小空间房间，适应较多的建筑功能要求。

工程实例：

概述】洛阳市机关办公大楼建筑总高84.3m，总长180.3m，总建筑面积62390平方米，大楼地上21层，其总一层为架空停车场，二层为入口大厅，三层以上为办公用房，裙楼为会议用房，设400型报告厅2个，容纳80人的电视会议厅和200平方米的贵宾接待厅各一个，大楼设地下室一层，为后勤服务和设备用房。合理与不合理处：是能为建筑提供灵活的使用空间；框架柔性较大，抗震能力较差。剪力墙结构的合理出是抗侧向刚度大，变形小，既承重又围护；不合理处是剪力墙间距太小，建筑的空间布置不灵活。

结构特色】该办公大楼主楼采用框架-剪力墙结构，基础埋深6.50m，经计算基地压力约为380Kps。主楼采用框架-剪力墙结构，上层结构层数较多，且轴网尺寸较大，故底层剪力墙和框架柱子承受的荷载较大，多采用样式主板基础，通过试算，满足荷载要求，混凝土强度为C40时，底面板厚度约为2m，且板顶部受力钢筋较大，因此在确定基础方案是，本着，安全，经济，使用的原则，通过反复的计算比较，决定采用梁板结合的结构设计方案。

四.筒体结构

筒体结构由框架-剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和发展而来。筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。其特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空间，多用于写字楼建筑。

主要抗侧力，四周的剪力墙围成竖向薄壁筒和柱框架组成竖向箱形截面的框筒，形成整体，整体作用抗荷。

筒体结构分筒体－框架、框筒、筒中筒、束筒四种结构。合理与不合理处：筒中筒结构是由实体的内筒与空腹的外筒组成。空腹外筒由密排柱及高度较大的横梁组成。筒中筒结构体系具有更大的整体性与侧向刚度，因此适用于高度很大的建筑。如果将若干筒体组合成成组筒结构体系，则侧向刚度更大，可适用于特别高的超高层建筑。有脆性破坏和延展性不足的情况。

工程实例：

概述】世界贸易中心（World Trade Center，1973年—2001年9月11日），位于纽约曼哈顿岛西南端，西临哈德逊河，为美国纽约的地标之一。世界贸易中心由两座并立

的塔式摩天楼、4幢7层办公楼和1幢22层的旅馆组成，建于1962—1976年。业主是纽约州和新泽西州的港务局。世界贸易中心曾为世界上最高的双塔，纽约市的标志性建筑，也曾是世界上最高的建筑物之一。2001年9月11日，在震惊世界的9·11事件中，世界贸易中心两座主楼在恐怖袭击中相继崩塌，2753人随之而去，这是有史以来最惨烈的恐怖袭击事故。

结构特色】为薄壁筒，外围为框筒组成的结

构。目前世界上层数最多的纽约世界贸易中心[1]（110层，高412米，1931年建成，保持高度纪录（378米，102层）达40年，综合地代表20世纪30年代][建筑科学技术的水平,位于美国纽约市])即采用这种结构。中国目前最高的深圳国际贸易中心（52层,高160米，平面如图2a[筒中筒结构],(见彩图[深圳国际贸易中心滑升模板施工])和按地震烈度9度设防的北京彩色电视中心（24层，高107米,平面如图2b[筒中筒结构]）也采用了这种结构。在有些工程中还采用了三重筒、四重筒结构。

综合复习与意见：主要内容是：高层建筑结构体系有哪些及其设计内容；高层建筑结构何在及其计算；框架·剪力墙·框架剪力墙·筒体结构设计及其计算实例；高层建筑抗震方面的内容。

我认为要学好这门课其一就应该多看看实物走进生活，其二就是多看看有关书籍和相关资料。

对于这节课的教学方法，由于我只是学生所以我从自身体验来看就是课本与现实结合让学生懂得自己学的知识在现实中哪儿能用到。

参考资料】《高规》Technical specification for concrete structures of tall building