高层住宅混凝土结构分析与设计

王帅

摘要：地震灾害一直是困扰人类社会的最主要的自然灾害之一。高层住宅结构在地震活动当中损坏尤其严重，造成的伤亡在各类建筑中也是最大的。结构设计人员往往由于结构选型的不合理而造成各种不必要的浪费。本文分析了混凝土结构和高层建筑的结构特点，使高层住宅结构在符合安全性的条件下达到最节省的效果。

关键词：高层建筑;混凝土;结构

1 高层建筑结构特点及类型

1.1 高层建筑结构特点

垂直荷载、水平荷载和抗地震能力是高层建筑结构设计需考虑的三个方面。垂直荷载对于高层建筑而言影响重大，其大小与建筑物的高度成线性关系。建筑物本身越高其底层承受的荷载也将越大。因此，建筑物大多都会减轻其自身重量。抗地震性能是建筑物本身所应该拥有的。高层建筑本身建设投资巨大，收益显著，但是万一发生坍塌事故时破坏能力强大，因此其抗震能力务必应该增强。高层建筑因为水平荷载的存在将使得其自身产生摇晃，并且随着建筑的增高其侧移逐渐增大。过大的摇摆一方面会让人感觉不适，另一方面还将部分消耗建筑物本身的结构构件，从而影响其使用年限。

1.2 高层建筑结构类型

1.2.1 钢筋混凝土结构

这种结构类型因为钢材的使用量较少，而混凝土价格较之钢材来说又偏低，所以较于钢结构来说成本较低。并且混凝土材料本身也非常普遍，混凝土结构的水平和竖向承载能力也较高。所以在欠发达国家和地区，钢筋混凝土结构在当地的基础建设当中占有较大比重。

1.2.2 钢结构

钢结构由于日趋成熟的施工技术和施工质量，而逐步变成了高层建筑的第一选择。钢结构本身较其他结构形式来说有着很多优势，譬如，结构自重较轻，加工工艺成熟，组装快捷，较好的韧性等等。钢结构主要结构形式有：钢框架结构、钢框架一支撑结构、钢框架一混凝土剪力墙结构、钢框架一混凝土核心筒结构、框一筒结构、桁架一筒结构、筒中筒结构、束筒结构。

2 高层住宅建筑结构选型的影响因素

2.1 水平荷载因素

首先，楼房的自重和楼面的恒活荷载可以引起竖向构件的轴力与弯矩数值的变化，楼房自重和恒活荷载只与楼层高度成线性关系;相比之下，风荷载和地震作用（统称为水平荷载）对结构可以产生倾覆力矩，风荷载和地震作用对竖向构件也可以引起轴力。众所周知，倾覆力矩和轴力是同建筑物本身高度的平方成线性关系的，水平荷载的大小随结构动力特性不同变化很大。

2.2 轴向变形因素

高层建筑本身因为竖向荷载过大，就会在竖向构件中引起很大的轴向变形，进而对连续梁的弯矩造成影响，这就会造成梁跨中正弯矩和端支座负弯矩值变大，而中间支座处的负弯矩值变小。

2.3 侧移因素

侧移过大已经变成影响高层设计过程的一个不可忽略的因素。高度持续增加导致结构的侧移变形在水平荷载作用下急速增大。

2.4 结构延性因素

相比较于多层房屋，高层显得更“柔”，因而水平作用力下的变形也就变的较大。要使得建筑物拥有较大的变形储备，尤其要在构造方面制定更加稳妥的方案，以使得结构拥有安全范围内的延性。3高层住宅混凝土结构常见结构类型及特点

3.1 框架结构

3.1.1 框架结构的定义

框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成，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。结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。

3.1.2 框架结构的特点

框架建筑的主要优点：空间布置灵活多变，梁柱相对体积较小，质量轻，节约建筑材料，相对降低成本。

框架结构体系的缺点为：梁和柱因为水平荷载的作用造成弯矩和整体侧移明显增大，因而使得梁和柱的截面尺寸与配筋显著变大，这就对建筑平面布局和空间利用上带来较大难度，阻碍了建筑空间的充分利用。

3.2 框架-剪力墙结构

3.2.1 框架-剪力墙结构概念

框架剪力墙结构也称框剪结构，这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，构成灵活自由的使用空间，满足不同建筑功能的要求，同时又有足够的剪力墙，有相当大的侧向刚度（剪力墙的侧向刚度大就是指在水平荷载（风荷载和水平地震力）的作用下抵抗变形能力强）。

3.2.2 框架-剪力墙结构的特点

它介于框架结构和剪力墙结构之间，既有前者平面布置上的多变和较大空间的的特点，又兼具后者侧向刚度较大的特点。

3.3 剪力墙结构

3.3.1 剪力墙结构概念

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。

3.3.2 剪力墙结构的特点

a.抵抗水平荷载和承担竖向荷载是墙体部分的关键作用。

b.楼板与墙通过现浇共同构成受力体系，因而墙体本身不易发生损毁。较多墙体的布置很难产生大空间，用户不能任意布置房间。

c.就当下我国的发展来看，纯剪力墙结构造价过高，施工较为困难，耗材也极浪费。

d.剪力在楼体下部最大。

3.4 短肢剪力墙结构

3.4.1 短肢剪力墙结构概念

短肢剪力墙结构是指墙肢的横截面高度为厚度（墙厚）的4-8倍的剪力墙结构。

3.4.2 短肢剪力墙结构的特点

此体系抗震性能很差，最新《高层建筑混凝土结构技术规程》建议慎用。

4 结论

本文总结了高层住宅建筑结构选型的影响因素和小高层住宅混凝土结构常见类型及特点。

参考文献

[1]谢琳琳.关于高层建筑结构选型决策的研究[D].重慶：重庆大学，2001.

[2]鲁风勇，李爱群.高烈度区多层钢筋混凝上框架梁的受力特征和设计建议[J].江苏建筑，2007，112（2）;27-29.