高层建筑的竖向承重结构技术探讨

关键词：高层建筑；竖向承重；技术探讨 

　　高层建筑的竖向承重结构在建筑的承重系统中扮演着多个角色，首先其要承受自身的重量，其次还必须要承受人群、设备等竖向荷载和水平的风荷载，再次，如果建筑是在地震区那期还要承受地震的作用。因此，在建筑结构，特别是高层建筑结构中，竖向承重墙对建筑的稳定性和安全性有着重要的影响。在实际的施工中，相关部门需要对其技术的选择和使用进行深入的研究，再做出合理的选择。 

　　一、高层建筑竖向承重结构的特点 

　　一般来说，在低层建筑和高层建筑中的竖向荷载和水平荷载所起的作用是各不相同的。在低层建筑中，竖向承重结构主要是抵抗竖向荷载，因为水平荷载对竖向承重结构所产生的内力和变形都较小。所以，在低层建筑中，一般是由竖向荷载控制决定竖向承重结构截面尺寸的大小和配筋多少的。而对于高层建筑而言，情况就不一样了。因为当房屋高度不断增加后，期水平荷载产生的内力和位移也会迅速增大。假如我们把建筑物看成是一根竖向悬臂杆件，那根据力学的知识可以知道，杆件的轴力只与高度的一次方成正比，水平荷载产生的弯矩与高度的二次方成正比，水平荷载产生的弯矩与高度的四次方成正比。 

　　如前所述，由于高层建筑的竖向承重结构所受的荷载较大，所以也就要求采用强度较高的材料制作。从制作材料的角度上看，一般可以分为高层混凝土竖向承重结构、高层型钢混凝土竖向承重结构、高层钢―混凝土竖向承重结构、高层钢竖向承重结构等几种主要的竖向承重结构。 

　　总体而言，高层钢结构有自重轻，抗震性能好，延性好的优点，但同时也有用钢量较大，容易锈蚀、造价较高的不足。高层型钢混凝土结构是指用钢筋混凝土包裹型钢骨架的结构，起优点众多，如其可有效的防止型钢骨架锈蚀，还具有抗震性能好、承载力大等优点。高层钢一混凝土竖向承重结构，则是由高层钢结构与高层混凝土结构两种竖向承重结构所组成。一般来说，为了抵抗水平作用，高层混凝土结构通常会做成高层剪力墙或简体形式。设计人员在设计时，可以根据工程的需要和它们的特点进行选择。 

　　二、高层钢竖向承重结构综述 

　　在建筑结构中使用钢材，主要是利用其具有抗拉和抗压强度高、塑性好、连接方便等优点。所以，高层钢竖向承重结构在高层建筑中的运用，主要是有这样的优势：截面尺寸很小，自重很轻，抗震性能好，有效空间很大，工厂化程度高，速度快，施工简便，基础费用少，从整体的综合效益上看，其是优于同类高层钢筋混凝土结构的。尤其是用于超高层建筑时，更能突显其优越性。 

　　（一）高层钢竖向承重结构的形式 

　　高层钢竖向承重结构的形式多种多样，主要常用的形式有： 

　　1、纯框架体系 

　　纯框架体系中的框架主要是由杆件组成的，各杆在节点处采用刚性连接，框架与框架之间没有支撑也没有剪力墙。这种结构的特点是侧向刚度小，在风荷载和地震下的侧移的可能性较大，所以一般只能在30层以下的高层建筑中采用。 

　　2、框架一抗剪桁架体系 

　　在这种体系中，会设有抗剪桁架或者剪力墙，主要由抗剪桁架或剪力墙承受水平荷载，楼面竖向荷载主要有框架承受。梁柱节点可用铰接或者半刚性连接。 

　　3、有条带桁架的框架抗剪桁架体系 

　　通常情况下，有条带桁架的框架抗剪桁架体系是在框架――抗剪桁架体系中，其是按照相关规定每隔一定层数，就需要加设一水平带条桁架而形成的。因为它每隔一定层数就需要加设一水平带条桁架，所以房屋的刚度比框架――抗剪桁架体系要好，在60层以下的高层建筑中使用较为合适。 

　　4、框架――核心筒结构体系 

　　框架一核心简体结构体系主要是利用钢筋混凝土或者钢电梯井作为核心筒，在外围采用钢框架的一种结构体系。这种结构体系可以利用有核心筒来抵抗水平荷载，所以能够在60层以下的高层建筑中使用。 

　　5、半简体系 

　　半简体系是在建筑物两端以桁架或密肋形柱形成槽形的抗剪体系，类似两个半筒，中部可能布置抗剪桁架。这种体系的空间刚度很大，可用于70层以下的高层建筑中。 

　　三、高层钢―混凝土组合竖向承重结构 

　　在同一建筑物中，同时包含有钢竖向承重结构和钢筋混凝土竖向承重结构的结构，被称为高层钢―混凝土组合竖向承重结构。因为这种结构体系能够充分利用混凝土和钢材各自的材料特性，所以就很好的避免了其不利性能，使用一方面能获得较大的结构抗侧刚度和便于结构的平面布置，另一方面能够在施工速度和节省投资方面有着积极的作用，能够展现出很大的优越性。因此，其受到结构工程师的青睐，在实际工程中得到较为广泛的应用。 

　　高层钢―混凝土组合竖向承重结构的主要形式有：高层型钢混凝土竖向承重结构；高层钢框架―高层钢筋混凝土剪力墙或简体结构；高层钢框架―高层型钢混凝土竖向承重结构。 

　　（一）型钢混凝上结构的形式 

　　型钢混凝土既可以用来做柱、梁等构件，又可以用来做剪力墙、框架、筒体等结构。从制作上，型钢既可以是用厚的钢板焊接而成的实腹形式，也可以是由缀板或缀条连接角钢或槽钢而成的空腹形式。 

　　（二）型钢混凝土结构的适用范围 

　　总体而言，型钢混凝土结构在耐久性、耐火性、抗裂性、挠曲振动、韧性、恢复力特性的稳定性，极限承载力后的承载力降低等方面都有很好的性能。与钢筋混凝土结构相比较而言。型钢混凝土结构具有强度更高的优势，尽管其采用的钢量会有所增加，但是其承载力的提高也就减少了截面的面积，这就进一步减轻的自重，同时也能够扩大空间，进一步缩短工期，因此，其综合的效益是较高的。 

　　与钢结构比较而言，其具有刚劲好，稳定性好，经济适用的特点。一般来说，型钢混凝土结构的用钢量是比钢结构节省一半的，总的钢量能够减少20%―40%，所以型钢机构适合在高层建筑中使用。 

　　四、高层钢框架―高层钢筋混凝土剪力墙或筒体结构 

　　高层钢框架―高层钢筋混凝土竖向承重结构的主要原理是通过钢框架形成大的空间和钢筛混凝土剪力墙或者钢筋混凝土简体，来完成水平荷载的抵抗。在结构平面布置上，可以把钢筋混凝土剪力墙或筒体布置在平面的核心位置，可以把钢筋混凝土剪力墙或简体布置在建筑物的适当部分，也可以把钢筋混凝土简体做成框筒布置在建筑物的外围。 

　　在高层建筑结构中，高层钢框架―高层型钢混凝土竖向承重结构，充分的利用了钢框架和型钢混凝土结构的特点，综合了二者在承重系统中的作用，发挥出了较好从承重功能。一般来说，主要有两种常用的结构形式：一种是把型钢混凝土结构制成剪力墙，或者简体的形式，比如说上海的瑞金大厦便是采用钢框架―型钢混凝土剪力墙结构；另一种是把高层钢框架的底部一层至几层做成型钢混凝土结构，这样可以有助于结构受力，同时也能够对防火、防锈等有积极的影响，如北京的国际贸易中心和京广大厦等超高层建筑的底部几层都是采用型钢混凝土结构做成的。 

　　结语：综上所述，高层建筑的竖向承重结构是一个复杂的系统工程，需要设计人员和施工人员对其基本的技术有清晰的了解，同时对工程的实际情况有深入的了解，在此基础上还需要工程的技术管理部门进一步加强施工和设计人员的技术水平培训，提高人员的技术水准。 

　　参考文献： 

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　　[2]林磊,叶列平.FRP加固砖砌体墙的试验研究与分析[J].建筑结构,2005年03期. 

　　[3]徐德良,刘伟庆,沈映红.大开间约束砖砌体结构的设计建议[J].江苏建筑,2002年04期.