多高层建筑结构体系概述

1 回顾我们对超高层的定义进行了总结，根据CTBUH的定义，将300米以上的建筑定位为超高层建筑（Supertall），将600m以上的建筑定位超级高层建筑（M egatall）。

我们将超高层建筑结构体系主要划分为筒体结构、束筒结构、筒中筒结构、框架-核心筒结构、巨型结构、连体结构和其它一些新型结构体系等。

图1 超高层结构的体系分类我们在上一篇中着重分享了筒体（框筒、支撑筒以及斜交网格筒体）结构体系的特点及案例，在本篇中主要着重分享关于束筒和筒中筒（框筒-核心筒、支撑筒-核心筒以及斜交网格筒-核心筒）结构体系的受力特点及案例。

2束筒结构(Bundled Tube)束筒可以认为是由一组筒体组成的结构，这些筒体由共用的内筒壁相互连接以形成一个多孔的多格筒体。

在这个筒体中，水平剪力主要由平行于水平荷载方向的腹板框架来承担，而倾覆力矩则主要由垂直于水平荷载方向的翼缘框架来承担。

并且，筒体的各个筒格可在不同的高度任意截断而不削弱结构的整体性。

各个筒格所形成的封闭筒体在建筑体型收进后，仍具有较好的抗扭性能。

图2 由半圆筒体和矩形筒体组成的束筒结构束筒是在框筒的基础上发展而来。

对于框筒结构，由于剪力滞后的负面影响，较大的平面尺寸中间位置的结构不能充分参与到结构抗侧中去，这也是限制框筒结构适用高度的一个主要原因。

如果利用框筒结构来设计更高的超高层建筑，可能需要采用更小的柱距来减小剪力滞后的不利影响，例如410m高的纽约世贸中心双子塔的柱距达到了惊人的1m左右，即使这么小的柱距依然呈现出明显的剪力滞后效应。

图3 世贸中心双子塔框筒的剪力滞后效应提出筒体结构体系的Fazlur博士在指导学生的论文时发现，如果利用通长的剪力墙将框筒长边一分为三时，由于隔板剪力墙的协同作用，大尺寸筒体的剪力滞后效应明显降低了，其抗侧刚度也可以得到大幅提升。

图4 束筒结构的原型如果横隔剪力墙可以有效降低长边的剪力滞后效应，那么对于大尺寸的框筒结构，在两个方向都引入横隔剪力墙，必然可以提高大尺寸框筒的整体空间作用。

高层建筑结构体系分析吕敏口珥X(浙江宸泰建筑设计研究院有限公司，浙江义乌322000)!矍蕉苤甜商要】随着社会经济的发辰，城市化进程的发展，城市用地面积越来越紧张，高层建筑成为建筑工程的主流。

高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。

城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化．促使了近代高层建筑的出现和发展。

p蝴】高层住宅；结构体系；抗侧力高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。

城市人口集中、用地紧张以乃葑业竞争的激烈化，促使了近代高层建筑的出现和发展。

各国对高层建筑的定义不同，在我国，层数大于或等于1O层的住宅建筑，或建筑高度超过24米的其他民用建筑都称为高层建筑。

1结构体系选型的重要性随着城市人口的不断增加，楼房继续向更高的高度发展，结构所需承担的荷载和倾覆力矩越来越大。

在确保高楼具有足够可靠度的前提下，为了进—步节约材料和刚氏造价，结构构件正在不断更新，设计概念也在不断发展。

建筑结构设计是建筑的骨架，是建筑物赖以存在的基础。

当设计人员进行一项高层住宅的结构设计时，首先需要考虑该工程的功能要求、平面形状和立面体型等建筑特性，根据每种结构形式、结构体系的建筑与结构特点、适用高度范围，并结合以往的设计经验确定其结构方案，包括材料的选择、结构体系的选型及施工方法的确定，其中选型是否合理是建筑成功的关键。

因此正确处理高层建筑结构体系选型问题，对于高层建筑的设计、施工、使用、维护等都有重要意义，对它进行详细分析设计是非常必要的。

2结构体系选型需求分析高层建筑选型是否合理主要表现在结构选型是否满足建筑工程实际需求，因此有必要来分析下建筑结构选型需求。

如果在结构型式的优选时，只顾及近期需要而忽略长期需求，就可能在实际工程中出现一些脱离实际需求、难以适应环境等不良结构型式，那么就给建筑本身和社会带来不良的综合效益。

结构选型需求分析是各种实际需求和选型设计间的桥梁，是对选型设计目标与约束的整体规划。

作为城市视觉焦点的高层建筑，对城市功能、城市风貌及社会生活等的影响日益增大，人们对高层建筑的需求也早已超越传统的使用功能及技术性能，扩大融入到了与人们生活质量及城市社会系统整体综合需求等相关的诸多方面，这种需求纵向涉及高层建筑结构设计、施工、管理、使用、维修、改造、加固、报废等全寿命过程，横向涉及城市社会、业主用户、环境、政治、经济、有关技术规范、规程等的各个方面。

高层建筑的常见结构体系王轶杰11建筑2班2011331210224高层建筑常见结构体系有以下几种：纯框架体系、纯剪力墙体系、筒体体系、体系组合，其中体系组合又分以下几种：框支剪力墙体系、框架—剪力墙体系、框架—筒体体系、筒中筒体系、束筒体系。

纯框架体系：结构特点——整个结构的纵向和横向全部由框架单一构件组成的体系，框架既承担重力荷载，又承担水平荷载，在水平荷载作用下，该体系侧向刚度小、水平位移大。

适用范围——在高烈度地震区不宜采用，目前，主要用于10~12层左右的商场、办公楼等建筑。

实例分析：芝加哥百货公司大厦，采用的是框架结构，在平面布置上，通过合理的柱网分布，将平面布置灵活，而且提供了较大的内部空间，布置上受限制也就减少了。

纯剪力墙体系：结构特点——该体系中竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成，剪力墙不仅承受重力荷载作用，而且还要承受风、地震等水平荷载的作用，该体系侧向刚度大、侧移小，属于刚性结构体系。

适用范围——理论上讲该体系可建造上百层的民用建筑，但从技术经济的角度来看，地震区的剪力墙体系一般控制在35层、总高110m为宜。

实例分析：广州白云宾馆，该建筑共33层，横向布置钢筋混凝土剪力墙，纵向走廊的两遍也为钢筋混凝土剪力墙，墙厚沿高度由下往上逐渐减小，混凝土强度等级也随高度而降低。

筒体体系：结构特点——由框架或剪力墙合成竖向井筒，并以各层楼板将井筒四壁相互连接起来，形成一个空间构件，可将受力构件集中，形成较大的室内空间。

适用范围——超高层建筑都用筒体结构。

实例分析：美洲银行中心，由密集立柱围合成的空腹式筒体，属于一个矩形内筒外框架，拥有筒体结构主要的特征，内部空间大，并且平面布局也能非常灵活。

体系组合中体系：框支剪力墙体系：结构特点——建筑上部采用剪力墙结构，下部分采用框架体系来满足建筑功能对空间使用的要求。

适用范围——适用于高层旅馆、高层综合楼实例分析：北京粮食公司高层商店住宅，在底层，则作为框支剪力墙，使标准层中间6道横向剪力墙不落地面做成框架，形成较大空间作为商店营业厅用。

高层建筑结构设计特点及其体系
高层建筑结构设计特点包括：
1、建筑结构受限材料：高层建筑结构设计要求使用较轻质而且具有高强度的受限材料，如钢筋混凝土，钢结构等；
2、建筑结构受限条件：高层建筑要满足建筑本身的结构受限条件，特别是地震动力和受力状况；
3、建筑结构受限原则：为了满足建筑的高层结构，应当采用多层次的技术原则，它们分别是力学原理、结构几何原则、计算机技术等；
4、建筑结构体系：建筑结构体系包括主体结构、防火与抗震结构、外墙框架结构等，要充分考虑建筑结构的加固，使结构具有良好的复合性和可靠性，并考虑外部负荷和抗火性能；
5、结构设计思路：在设计高层建筑结构时，应充分考虑建筑物的重量，以及土木与气象等外部负荷，并结合结构的受力特性和性能，制定结构的合理规范。

第三节多层与高层建筑结构体系10层及10层以上或高度超过28m的住宅和高度超过24m的其他高层民用建筑为高层建筑。

一、多层砌体结构(一)概述在同一房屋结构体系中，采用两种或两种以上不同材料组成承重结构体系的房屋，称为混合结构房屋。

砖砌体结构是指由钢筋混凝土楼(屋)盖和砖墙承重的结构体系(亦称砖混结构)。

砌体结构一般是指采用钢筋混凝土楼(屋)盖和用砖或其他块体(如：混凝土砌块)砌筑的承重墙组成的结构体系。

木楼(屋)盖与砖墙承重的结构体系，称为砖木结构，目前很少采用。

(二)砌体结构的优缺点和应用范围1．主要优点(1)主要承重结构(承重墙)是用砖(或其他块体)砌筑而成的，这种材料任何地区都有，便于就地取材。

常用的墙体材料有：a．烧结普通砖：黏土砖、煤矸石砖、页岩砖、煤矸石页岩砖；b．烧结多孔砖：黏土多孔砖(P型、M型)、煤矸石多孔砖、页岩多孔砖；c．蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖；d．混凝土小型空心砌块。

(2)墙体既是围护和分隔的需要，又可作为承重结构，一举两得。

(3)砌体结构的刚度一般比较较大。

(4)施工比较简单，进度快，技术要求低，施工设备简单。

2．主要缺点(1)砌体强度比混凝土强度低得多，故建造房屋的层数有限，一般不超过7层。

(2)砌体是脆性材料，抗压能力尚可，抗拉、抗剪强度都很低，因此抗震性能较差。

(3)多层砌体房屋一般宜采用刚性方案，故其横墙间距受到限制，因此不可能获得较大的空间，故一般只能用于住宅、普通办公楼、学校、小型医院等民用建筑以及中小型工业建筑。

(三)砖砌体房屋的墙体布置方案1．横墙承重方案楼层的荷载通过板梁传至横墙，横墙作为主要承重竖向构件，纵墙仅起围护、分隔、自承重及形成整体作用。

优点：横墙较密，房屋横向刚度较大，整体刚度好。

外纵墙不是承重墙，因此立面处理比较方便，可以开设较大的门窗洞口。

抗震性能较好。

缺点：横墙间距较密，房间布置的灵活性差，故多用于宿舍、住宅等居住建筑。

2．纵墙承重方案其受力特点是：板荷载传给梁，再由梁传给纵墙。

总结收获和心得体会高层建筑的结构体系是指巫担由恒载和活载产生的紧向荷载、抵抗由风产生的水平荷载及由地震产生的水平作用及竖向作用的骨架。

结构体系由水平构件和紧向构件组成，有的结构体系中还有斜向构件，即支撑。

水平构件包括梁、连梁和楼板，梁和楼板组成楼(屋)盖;竖向构件包括柱和墙肢。

作用在楼板上的竖向荷载传至梁，再传至柱、墙、支撑，或由楼板直接传至柱、墙、支撑，最后传至基础和地基。

作用在房屋建筑上的水平荷载也是通过水平构件传至竖向构件，最后传至基础和地基。

高层建筑的结构体系包括框架结构、框架剪力墙结构、框架支撑(延性墙板) 结构、剪力墙结构、简体结构、口型结>构等。

不同结构体系的受力性能各有特点，其最大的适用高度各不相同。

随着建筑高度的不断发展，高层建筑结构体系也在不断发展、创新，在积累工程经验和科研成果的基础上，逐渐形成更加高效的抗侧力结构体系。

框架结构（例如老区工科实训中心）在2020年10月7日马超老师带着我们考察工科实训中心，正如书上所说，由梁、柱组成的结构单元称为框架;竖向荷载和水平荷载(或水平作用)全部由若干榀框架承担的结构体系，称为框架结构。

框架梁、柱可以分别采用钢、钢筋混凝土和型钢_混凝土，框架柱还可以采用圆钢管混凝土、方钢管混凝土、矩形钢管混凝土。

框架结构可以是4~6m的小柱距，也可以是7~ 10m的大柱距，采用钢梁混凝土组合楼盖时，柱距可以大一些框架结构的建筑平面布置灵活，可以用非承重墙分隔空间，以适应不同使用功能的需求。

框架结构适用于办公楼、教室、商场等房屋建筑。

己框架结构构件类型少，设计、计算、施工相对其他结构类型比较简单，我国很多早期的高层建筑采用框架结构，例如，北京的民族饭店、民航大楼、清华大学主楼等，这些建筑的高度都不大，不超过15层。

总结收获：1，墙角处钢筋钢筋是深入墙体内起拉结作用的，顶上地上是构造柱锚固钢筋。

2，防潮砖防潮地砖可分为两种,一种是表面上釉的釉面砖,另一种是表面不上釉的通体砖,前者虽然在吸水率方面有高有低,但都是吸水的,而后者是正面和反面的材质和色泽一致的、不吸水的。

第11讲多（高）层房屋钢结构——结构体系类型及其特点（一）1、多层房屋钢结构的结构体系类型有哪些?阐述各自的抗侧力单元。

答：多层房屋钢结构常见结构类型有纯框架体系、柱-支撑体系和框-支撑体系。

如果抗侧刚度不满足，还可采用双重抗侧力体系,主要采用钢框架-支撑体系、钢框架-剪力墙体系以及钢框架-核心筒体系。

纯框架体系的抗侧力单元为平面框架，柱-支撑体系的抗侧力单元为支撑，框-支撑体系的抗侧力单元为无支撑的平面框架和支撑；钢框架-支撑体系、钢框架-剪力墙体系以及钢框架-核心筒体系的抗侧力单元除了钢框架外，还分别由支撑、剪力墙以及核心筒作为抗侧力单元。

2、试述纯框架体系在水平荷载作用下的受力和变形特征?答：水平荷载作用下梁柱刚接的框架结构如同空腹桁架结构，结构一侧的部分柱脚产生轴向拉力，另一侧的部分柱脚则产生轴向压力，这些轴向力将形成力偶，平衡外部水平荷载产生的倾覆力矩；另外，楼层剪力使该层框架柱产生弯矩和剪力，而柱端弯矩又使框架梁两端产生反对称的梁端弯矩和剪力。

平面框架结构在水平荷载作用下的变形包括两部分，一部分是由于水平荷载作用下的倾覆力矩使竖向构件(柱)承受轴向拉力或压力，进而使结构整体产生弯曲变形；另一部分为各层梁、柱在剪力作用下引起的框架整体剪切变形。

因此，框架整体侧移曲线呈剪切型。

3、框架结构有哪些优点？适于多少层的钢结构房屋？答：优点：无承重墙，使建筑设计具有一定的自由度；外墙采用非承重构件，可使建筑立面设计灵活多变；轻质墙体的使用还可以大大降低房屋自重，减小地震作用，降低结构和基础造价；构件易于标准化生产，施工速度快，而且结构各部分的刚度比较均匀，自振周期长，对地震作用不敏感。

适用层数：因框架结构的抗侧刚度较小，适于30层以下的房屋建筑。

在地震区，一般不超过15层。

4、试述框架-支撑体系在水平荷载下的变形特点？答：在框架-支撑体系中，框架属于剪切型构件，支撑近似于弯曲型构件。

当楼板可视为刚性体且结构不发生整体扭转时，在刚性楼盖的协调下，使各榀框架与各个支撑的变形相互协调—致，因此，框架-支撑体系可以简化成用刚性连杆将框架与支撑并联，其侧移属于弯剪型变形。

建筑设计中多高层轻钢结构体系分析王字平(恩宜珐玛(天津)工程有限公司，天津市300100)工程技术喃要]多层钢结构多应用于住宅体系，但其发展在我国仍处于起步阶段。

国家为加快住宅产业现代化的步伐。

采取了一系列的政策措施，不但明确提出要积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用，同时，还明确规定了被淘汰建材品种及时间表等等。

[关键词]建筑设计；轻钢结构体系；现状1我国多高层钢结构体系发展现状目前，我国内地建成和在建的高层钢结构建筑有近40幢，总面积约320万平方米，用钢量约30万吨，投资约600亿人民币。

与此相适应，我国在高层钢结构的科学研究、设计软件的编制、设计能力及各项配套的工艺方面均取得较大的进展，在钢结构的制作及安装方面的国产化已具有相当水平。

多层钢结构多应用于住宅体系，但其发展在我国仍处于起步阶段。

国家为加快住宅产业现代化的步伐，采取了一系列的政策措施，不但明确提出要积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用，同时，还明确规定了被淘汰建材品种及时间表等等。

2多高层钢结构体系的优点虽然制约钢结构推广的因素很多，但是其中最重要的是其造价问题。

要酬医成本，势必从减少结构用钢量、减轻结构自重着手，除采用合理的设计方法之外，还需要研究开发经济合理的结构体系以及轻质高强的楼板和墙板。

减轻结构白重，不仅可以节约大量建材，降低工程造价，还有利于抗震，从而获得良好的经济效益和社会效益。

多层钢结构的优点可以归结如下，1)设计制造周期短，设计生产一体化。

2)大跨度、大开问，有利于功能、空间的灵活布置。

3)钢结构体系具有良好的抗震性能。

4)自重轻，刚氐基础造价。

5)工期短，施工效率高，采用钢结构体系可为施工提供较大的空间和较宽敞的施工作业面。

6)钢结构的质量容易保证。

7)管线布置方便。

8)节能环保，钢材可以重复使用，遗留的废料垃圾少，其生产和使用中对自然环境的破坏小。

3多高层钢结构体系简介玉1框架体系框架体系是指沿房屋的纵向和横向均采用框架作为承重和抵抗侧力的主要构件所形成的结构体系。