建筑结构论文范文

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第1篇

［论文关键词］高层建筑；结构特点；结构体系

我国改革开放以来，建筑业有了突飞猛进的发展，近十几年我国已建成高层建筑万栋，建筑面积达到2亿平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层，高325米；广州中天广场80层，高322米；上海金茂大厦88层，高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼：地王国际商会中心即地王大厦共54层，高206.3米。随着城市化进程加速发展，全国各地的高层建筑不断涌现，作为土建工作设计人员，必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。

一、高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有：

（一）水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

（二）侧移成为控指标

与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（＝qH4/8EI）。

另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：

1.因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。

2.使居住人员感到不适或惊慌。

3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。

4.使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。

（三）抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

（四）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要

高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。

地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。

（五）轴向变形不容忽视

采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

（六）概念设计与理论计算同样重要

抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的，尽管分析手段不断提高，分析的原则不断完善，但由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。

二、高层建筑的结构体系

（一）高层建筑结构设计原则

1.钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，做到安全适用、技术先进、经济合理，并积极采用新技术、新工艺和新材料。

2.高层建筑结构设计应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。

（二）高层建筑结构体系及适用范围

目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。

1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。

框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。

框架结构的缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。

框架结构的适用范围：框架结构的合理层数一般是6到15层，最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间，平面布置灵活，可适合多种工艺与使用的要求，已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。

2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。

剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量省。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。

剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成框支剪力墙结构。

在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。

3.框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架—剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。

4.筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有：

（1）框架—筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒，由它受大部分水平力，周边布置大柱距的普通框架，这种结构受力特点类似框架—剪力墙结构，目前南宁市的地王大厦也用这种结构。

（2）筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒为密柱（通常柱距不大于3米）组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门密洞口面积小（一般不大于墙体面积50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空间整体作用，类似一个多孔的竖向箱形梁，有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦（88层、420.5米）、广州中天广场大厦（80层、320米）都是采用筒中筒结构。

（3）成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体，每个筒体都比较小，这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。

（4）巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱（通常由电梯井或大面积实体柱组成）以及巨梁（每隔几层或十几个楼层设一道，梁截面一般占一至二层楼高度）组成一级巨型框架，承受主要水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成二级结构，它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。

除以上介绍的几种结构体系外，还有其他一些结构形式，也可应用，如薄壳、悬索、膜结构、网架等，不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架—剪力墙和筒体等四种结构。

［参考文献］

［1］GB50011－2001建筑抗震设计规范.

［2］GB50010－2002混凝土结构设计规范.

第2篇

索张拉结构基本受力构件有三类：受压构件、受弯构件和受拉构件。

对于受压构件，当构件长细比较大时，由于构件会发生整体失稳，构件的作用不能充分发挥。对于受弯构件，由于构件截面应力不均匀，截面边缘的最大应力往往控制构件的设计，使得构件材料不能充分发挥作用。只有受拉构件，截面的应力均匀，不会发生整体失稳，如利用高强钢索做成受拉构件，能最大限度地发挥受拉构件的作用，提高结构的经济性。

在结构体系中巧妙利用张拉构件，结合少数刚性受压构件，可构成受力合理的高效张拉结构体系，不仅承载力高、刚度大，且能使各种材料的强度均得到很好的发挥。

2、索穹顶结构

索穹顶结构实际上是一处特殊的索－膜结构，是近几年才发展起来的一种结构效率极高的张力集成体系。其外形类似于穹顶，而主要的构件是钢索，由始终处于张力状态的索段构成穹顶，利用膜材作为屋面，因此被命名为索穹顶。由于整个结构除少数几根压杆外都处于张力状态，所以充分发挥了钢索的强度，只要能避免柔性结构可能发生的结构松弛，索穹顶结构便无弹性失稳之虞，所以，这种结构重量极轻，安装方便，可具有新颖的造型，经济合理，被成功地应用于一些大跨度和超大跨度的结构。

3、膜结构

膜结构是张力结构体系的一种，它以具有优良性能的柔软织物为膜材，由膜内的空气压力支承膜面（充气式膜结构或所承式膜结构），或利用钢索或风性支承结构向膜内预施加张力（张力膜结构），从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。膜结构采用的薄膜的材料，大多采用涂层织物薄膜，分为两部分，内部为基材织物，主要决定膜材的力学性质，提供材料的抗拉强度、抗撕裂强度等；外层为涂层，主要解决膜材的物理性质，提供材料的耐火、耐久性及防水、自洁性等，常用膜材一般为聚酯织物涂敷氯乙烯涂层膜材、玻璃纤维织物涂敷聚四氟乙烯涂层或有机硅树酯涂层膜材。膜材并接的结构接缝多采用热焊，非结构接缝采用缝合。

膜结构具有如下特点：造型活泼优美，富有时代气息；自重轻，适合大跨度的建筑，充分利用自然光，减少能源消耗；价格相对低廉，施工速度快；结构抗震性能好。

充气膜结构有单层、双层、气肋式三种形式，充气膜结构一般需要长期不间断地能源供应，在低拱度大跨度建筑中的单层膜结构必须是封闭的空间，以保持一定气压差。在气候恶劣的地方，空气膜结构的维护有一定的困难，不少建筑曾遭意外的漏气而下瘪。

4、高效预应力结构体系

高效预应力结构是指用高强度材料、现代设计方法和先进的施工工艺建筑起来的预应力结构，是当今技术最先进、用途最广、最有发展前途的一种建筑结构型式之一。目前，世界上几乎所有的高大精尖的土木建筑结构都采用了高效预应力技术，如，大型公共建筑、大跨重载工业建筑、高层建筑、大中跨度桥梁、大型特种结构、电视塔、核电站安全壳、海洋平台等几乎全部采用了这一技术。

近年来，高效预应力技术在我国发展迅速，已制定专门的预应力结构设计、施工规程、工程中应用的预应力结构体系也很丰富。典型工程实例有：面积最大的单体预应力工程是首都国际机场新航站楼工程，每层建筑面积约8.8万平方米，总建筑面积约35平方米，在混凝土板、墙、框架、柱以及钢屋架、钢梁和钢管网架中大量采用了预应力技术；柱网最大的预应力工程是深圳车港工程，标准层平面尺寸159×103.5米，标准柱网16×25米，总建筑面积9.5万平方米；最在的预应力钢桁架工程是北京西站主站房工程，该预应力钢桁架跨度45米，桁架上承40米高的中式门楼，门楼总重5400余吨；层数最多的预应力工程是广东国际大夏主楼，总计63层；高度最高的预应力工程是青岛中银大厦，总高度241米，58层，等等因篇幅所限，文章重点介绍首都国际机场新航站楼工程和北京西客站主站房工程。

首都国际机场新航站楼工程全面采用了高效预应力技术，仅无粘结预应力筋量就达4000余吨堪称本世纪国内最大的预应力工程之一。新航站楼的基础为整体预应力平板片筏基础，上部结构采用了预应力框架、剪力墙体系和预应力板柱、剪力墙体系，部分屋面采用了预应力空间焊接钢管屋架。

可以预计，随着高性能预应力材料（高强混凝土、高强预应力筋、新型纤维塑料筋等）的推广应用以及结构设计理论和设计的不断发展，新型、高效应力结构体系将在我国二十一世纪大规模基本建设中发挥越来越大的作用。

综合全文可知，建筑工程是一个整体，但是对建设工程中每个细节等要具体分析，根据实际情况施工。

第3篇

【论文摘要】:文章通过对比钢结构和混凝土结构介绍，阐述了新型、高效应力结构体系将在我国二十一世纪大规模基本建设中发挥越来越大的作用。

一、前言

钢结构和混凝土结构是建筑工程中最常用的2种结构形式。钢结构和混凝土结构各有所长，前者具有重量轻、强度高、延性好、施工速度快、建筑物内部净空气大等优点，而后者刚度大、耗钢量少、材料费省、防火性能好。综合利用这两种结构的优点为高层以建筑的发展开辟了一条新途径。统计分析表明，高层建筑采用钢——混凝土混合结构和用钢量约为钢结构的70%，而施工速度与全钢结构相当于，在综合考虑施工周期、结构占用使用面积等因素后，混合结构的综合经济指标优于全钢结构和混凝土结构的综合经济指标。

最近建设部和国家冶金工业局在颁布的《建筑用钢技术政策》中，将钢——混凝土混合结构列为要大力推广的建筑新技术，可以预见，混合结构在高层办公楼、学校、医院及住宅等建筑中将有较广泛的应用。

二、索张拉结构

索张拉结构基本受力构件有三类：受压构件、受弯构件和受拉构件。

对于受压构件，当构件长细比较大时，由于构件会发生整体失稳，构件的作用不能充分发挥。对于受弯构件，由于构件截面应力不均匀，截面边缘的最大应力往往控制构件的设计，使得构件材料不能充分发挥作用。只有受拉构件，截面的应力均匀，不会发生整体失稳，如利用高强钢索做成受拉构件，能最大限度地发挥受拉构件的作用，提高结构的经济性。

在结构体系中巧妙利用张拉构件，结合少数刚性受压构件，可构成受力合理的高效张拉结构体系，不仅承载力高、刚度大，且能使各种材料的强度均得到很好的发挥。

三、索穹顶结构

索穹顶结构实际上是一处特殊的索－膜结构，是近几年才发展起来的一种结构效率极高的张力集成体系。其外形类似于穹顶，而主要的构件是钢索，由始终处于张力状态的索段构成穹顶，利用膜材作为屋面，因此被命名为索穹顶。由于整个结构除少数几根压杆外都处于张力状态，所以充分发挥了钢索的强度，只要能避免柔性结构可能发生的结构松弛，索穹顶结构便无弹性失稳之虞，所以，这种结构重量极轻，安装方便，可具有新颖的造型，经济合理，被成功地应用于一些大跨度和超大跨度的结构。

四、膜结构

膜结构是张力结构体系的一种，它以具有优良性能的柔软织物为膜材，由膜内的空气压力支承膜面（充气式膜结构或所承式膜结构），或利用钢索或风性支承结构向膜内预施加张力（张力膜结构），从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。膜结构采用的薄膜的材料，大多采用涂层织物薄膜，分为两部分，内部为基材织物，主要决定膜材的力学性质，提供材料的抗拉强度、抗撕裂强度等；外层为涂层，主要解决膜材的物理性质，提供材料的耐火、耐久性及防水、自洁性等，常用膜材一般为聚酯织物涂敷氯乙烯涂层膜材、玻璃纤维织物涂敷聚四氟乙烯涂层或有机硅树酯涂层膜材。膜材并接的结构接缝多采用热焊，非结构接缝采用缝合。

膜结构具有如下特点：造型活泼优美，富有时代气息；自重轻，适合大跨度的建筑，充分利用自然光，减少能源消耗；价格相对低廉，施工速度快；结构抗震性能好。

充气膜结构有单层、双层、气肋式三种形式，充气膜结构一般需要长期不间断地能源供应，在低拱度大跨度建筑中的单层膜结构必须是封闭的空间，以保持一定气压差。在气候恶劣的地方，空气膜结构的维护有一定的困难，不少建筑曾遭意外的漏气而下瘪。五、高效预应力结构体系

高效预应力结构是指用高强度材料、现代设计方法和先进的施工工艺建筑起来的预应力结构，是当今技术最先进、用途最广、最有发展前途的一种建筑结构型式之一。目前，世界上几乎所有的高大精尖的土木建筑结构都采用了高效预应力技术，如，大型公共建筑、大跨重载工业建筑、高层建筑、大中跨度桥梁、大型特种结构、电视塔、核电站安全壳、海洋平台等几乎全部采用了这一技术。

近年来，高效预应力技术在我国发展迅速，已制定专门的预应力结构设计、施工规程、工程中应用的预应力结构体系也很丰富。典型工程实例有：面积最大的单体预应力工程是首都国际机场新航站楼工程，每层建筑面积约8.8万平方米，总建筑面积约35平方米，在混凝土板、墙、框架、柱以及钢屋架、钢梁和钢管网架中大量采用了预应力技术；柱网最大的预应力工程是深圳车港工程，标准层平面尺寸159×103.5米，标准柱网16×25米，总建筑面积9.5万平方米；最在的预应力钢桁架工程是北京西站主站房工程，该预应力钢桁架跨度45米，桁架上承40米高的中式门楼，门楼总重5400余吨；层数最多的预应力工程是广东国际大夏主楼，总计63层；高度最高的预应力工程是青岛中银大厦，总高度241米，58层，等等因篇幅所限，文章重点介绍首都国际机场新航站楼工程和北京西客站主站房工程。

首都国际机场新航站楼工程全面采用了高效预应力技术，仅无粘结预应力筋量就达4000余吨堪称本世纪国内最大的预应力工程之一。新航站楼的基础为整体预应力平板片筏基础，上部结构采用了预应力框架、剪力墙体系和预应力板柱、剪力墙体系，部分屋面采用了预应力空间焊接钢管屋架。