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摘 要：高层建筑随着社会经济的不断发展在今后的建筑设计中将承担主要角色，因此掌握高层建筑结构设计的基本原则显得至关重要。
关键词：结构体系及应用范围；总体布置原则
随着社会经济的不断发展，工业化、城市化进程的不断加快，以及土木工程和相关领域科学技术水平的提高，使得高层建筑发展的速度越来越快。许多高层建筑已成为了城市的标志性建筑。其中，上海金茂大厦高度为420.5m，是我国目前最高的建筑，世界排名第三位。
高层建筑的出现，不仅改变了城市的建筑布局，而且为当地的经济发展起到了巨大的带动作用。高层建筑的发展，得益于新材料的不断出现、力学分析方法和分析手段的发展、结构设计和施工技术的进步以及现代化机械和电子技术的飞跃。随着高性能材料的不断研制和开发，结构形式合理性的进一步研究，可以预见，在今后的土木工程领域，高层建筑仍将是世界各国在城市建设中的主要形式，扮演重要的角色。因此，掌握高层建筑的设计知识，是对土木工程领域技术人员的基本要求。
一、高层建筑的特点
高层建筑具有占地面积少、建筑面积大、造型特殊、集中化程度高的特点。正是这一特点，使得高层建筑在现代化大都市中得到了迅速的发展。
从受力角度来看，随着高层建筑高度的增加，水平荷载（风载及地震作用）对结构起的作用将越来越大。除了结构的内力将明显加大外，结构的侧向位移增加更快。高层建筑不仅需要较大的承载能力，而且需要较大的刚度，从而使水平荷载产生的侧向变形限制在一定的范围内，满足有关规范的要求。
二、高层建筑的结构材料
现代高层建筑所采用的材料，主要是钢材和混凝土两种。不同国家、不同地区、不同结构形式所采用的结构材料不同，大致有以下几种形式：1.钢结构。钢材强度高、韧性大、易于加工。钢结构构件可以在工厂加工，缩短了现场施工工期，施工方便。高层钢结构具有结构断面小、自重轻、抗震性能好等优点。但是，高层钢结构用钢量大，造价高，而且钢材的防火、防腐性能不好，需要大量的防火涂料和防腐处理，增加了工程工期和造价。2.钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构造价低，材料来源丰富，可以浇注成各种复杂的断面形式，节省钢材，承载能力也不低。经过合理的设计，现浇钢筋混凝土结构具有较好的整体性和抗震性能。尤其是在防火和耐久性能方面，更是有着钢结构无法比的优势。其缺点是自重较大，抗震性能不如钢结构，建造高度也不如钢结构。3.钢—混凝土组合结构。将型钢布置在构件内部，外部由钢筋混凝土做成，或者是在钢管内部填充混凝土，做成钢—混凝土组合结构。此种形式使上述两种结构材料优势互补，结构具有很好的抗震性能，建造高度可与钢结构相当。经济合理、技术性能优良的钢—混凝土组合结构，是目前的发展趋势。目前世界最高建筑——吉隆坡的石油大厦，就是这种结构形式。
三、高层建筑的结构体系
所谓高层建筑的结构体系，是指结构抵抗外部作用的构件类型和组成方式。在高层建筑中，随高度增加，抵抗水平力作用下的侧向变形是主要问题。因此，抗侧力结构体系的合理选择和布置，就成为高层建筑结构设计的关键。高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、实腹筒、框筒等，由此组成的结构体系有以下几种。
四、框架结构体系
框架是由梁和柱刚结而成的平面结构体系。如果整幢结构都由框架作为抗侧向力单元，就称为框架结构体系。其优点是：①建筑平面布置灵活，分隔方便；②整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力；③外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。其缺点是：侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差。正是这一点，限制了框架结构的建造高度。
五、剪力墙结构体系
一般是在钢筋混凝土结构中，用实心的钢筋混凝土墙片作为抗侧力单元，同时由墙片承担竖向荷载。
其优点是：①整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强；②抗震性能较好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力。因而剪力墙结构适宜的建造高度比框架结构要高。其缺点是：受楼板跨度的限制（一般为3～8m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活。
六、框架-剪力墙（框架-筒体）结构体系
将框架、剪力墙两种抗侧力结构结合在一起使用，或者将剪力墙围成封闭的筒体，再与框架结合起来使用，就形成了框架-剪力墙（框架-筒体）结构体系。这种结构形式具备了纯框架结构和纯剪力墙结构的优点，同时克服了纯框架结构抗侧移刚度小和纯剪力墙结构平面布置不够灵活的缺点。
七、筒中筒结构体系
筒中筒结构体系是由内筒和外筒两个筒体组成的结构体系。内筒通常是由剪力墙围成的实腹筒，而外筒一般采用框筒或桁架筒。其中框筒是指由密柱深梁框架围成的筒体，桁架筒则是筒体的四壁采用桁架做成。与框筒相比，桁架筒具有更大的抗侧移刚度。
筒体最主要的特点是它的空间受力性能。无论那一种筒体，在水平力的作用下都可以看成是固定于基础上的悬臂结构，比单片平面结构具有更大的抗侧移刚度和承载能力，因而适宜建造高度更高的超高层建筑。同时，由于筒体的对称性，筒体结构具有很好的抗扭刚度。
八、多筒体系——成束筒和巨型框架
当采用多个筒体共同抵抗侧向力时，就成为多筒体系。有以下两种形式：1.成束筒：两个以上的筒体排列在一起成束状，成为成束筒。成束筒的抗侧移刚度比筒中筒结构还要高，适宜的建造高度也更高。2.巨型框架：利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型大梁相连，由筒体和巨型梁形成巨型框架。虽然仍是框架形式，由于梁和柱子的断面尺寸很大，巨型框架的抗侧移刚度比一般框架要大的多，因而适宜建造的建筑物高度比框架结构要大的多。
由此可见，不同的结构体系结构形式不同，抗侧移刚度差别也较大，适宜的建筑物高度也不相同。
高层建筑在向人们展示它的美丽和优势的同时，也逐渐暴露出了一些急需解决的问题，如防火、防灾、热岛效应、交通、污染等。特别是911事件造成了巨大的生命和财产损失，使上述问题受到社会各界的普遍关注。相信随着科学技术的进步，人们会找到解决办法，使高层建筑、尤其是超高层建筑更好地为人类服务。
关键词：结构体系及应用范围；总体布置原则
随着社会经济的不断发展，工业化、城市化进程的不断加快，以及土木工程和相关领域科学技术水平的提高，使得高层建筑发展的速度越来越快。许多高层建筑已成为了城市的标志性建筑。其中，上海金茂大厦高度为420.5m，是我国目前最高的建筑，世界排名第三位。
高层建筑的出现，不仅改变了城市的建筑布局，而且为当地的经济发展起到了巨大的带动作用。高层建筑的发展，得益于新材料的不断出现、力学分析方法和分析手段的发展、结构设计和施工技术的进步以及现代化机械和电子技术的飞跃。随着高性能材料的不断研制和开发，结构形式合理性的进一步研究，可以预见，在今后的土木工程领域，高层建筑仍将是世界各国在城市建设中的主要形式，扮演重要的角色。因此，掌握高层建筑的设计知识，是对土木工程领域技术人员的基本要求。
一、高层建筑的特点
高层建筑具有占地面积少、建筑面积大、造型特殊、集中化程度高的特点。正是这一特点，使得高层建筑在现代化大都市中得到了迅速的发展。
从受力角度来看，随着高层建筑高度的增加，水平荷载（风载及地震作用）对结构起的作用将越来越大。除了结构的内力将明显加大外，结构的侧向位移增加更快。高层建筑不仅需要较大的承载能力，而且需要较大的刚度，从而使水平荷载产生的侧向变形限制在一定的范围内，满足有关规范的要求。
二、高层建筑的结构材料
现代高层建筑所采用的材料，主要是钢材和混凝土两种。不同国家、不同地区、不同结构形式所采用的结构材料不同，大致有以下几种形式：1.钢结构。钢材强度高、韧性大、易于加工。钢结构构件可以在工厂加工，缩短了现场施工工期，施工方便。高层钢结构具有结构断面小、自重轻、抗震性能好等优点。但是，高层钢结构用钢量大，造价高，而且钢材的防火、防腐性能不好，需要大量的防火涂料和防腐处理，增加了工程工期和造价。2.钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构造价低，材料来源丰富，可以浇注成各种复杂的断面形式，节省钢材，承载能力也不低。经过合理的设计，现浇钢筋混凝土结构具有较好的整体性和抗震性能。尤其是在防火和耐久性能方面，更是有着钢结构无法比的优势。其缺点是自重较大，抗震性能不如钢结构，建造高度也不如钢结构。3.钢—混凝土组合结构。将型钢布置在构件内部，外部由钢筋混凝土做成，或者是在钢管内部填充混凝土，做成钢—混凝土组合结构。此种形式使上述两种结构材料优势互补，结构具有很好的抗震性能，建造高度可与钢结构相当。经济合理、技术性能优良的钢—混凝土组合结构，是目前的发展趋势。目前世界最高建筑——吉隆坡的石油大厦，就是这种结构形式。
三、高层建筑的结构体系
所谓高层建筑的结构体系，是指结构抵抗外部作用的构件类型和组成方式。在高层建筑中，随高度增加，抵抗水平力作用下的侧向变形是主要问题。因此，抗侧力结构体系的合理选择和布置，就成为高层建筑结构设计的关键。高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、实腹筒、框筒等，由此组成的结构体系有以下几种。
四、框架结构体系
框架是由梁和柱刚结而成的平面结构体系。如果整幢结构都由框架作为抗侧向力单元，就称为框架结构体系。其优点是：①建筑平面布置灵活，分隔方便；②整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力；③外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。其缺点是：侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差。正是这一点，限制了框架结构的建造高度。
五、剪力墙结构体系
一般是在钢筋混凝土结构中，用实心的钢筋混凝土墙片作为抗侧力单元，同时由墙片承担竖向荷载。
其优点是：①整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强；②抗震性能较好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力。因而剪力墙结构适宜的建造高度比框架结构要高。其缺点是：受楼板跨度的限制（一般为3～8m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活。
六、框架-剪力墙（框架-筒体）结构体系
将框架、剪力墙两种抗侧力结构结合在一起使用，或者将剪力墙围成封闭的筒体，再与框架结合起来使用，就形成了框架-剪力墙（框架-筒体）结构体系。这种结构形式具备了纯框架结构和纯剪力墙结构的优点，同时克服了纯框架结构抗侧移刚度小和纯剪力墙结构平面布置不够灵活的缺点。
七、筒中筒结构体系
筒中筒结构体系是由内筒和外筒两个筒体组成的结构体系。内筒通常是由剪力墙围成的实腹筒，而外筒一般采用框筒或桁架筒。其中框筒是指由密柱深梁框架围成的筒体，桁架筒则是筒体的四壁采用桁架做成。与框筒相比，桁架筒具有更大的抗侧移刚度。
筒体最主要的特点是它的空间受力性能。无论那一种筒体，在水平力的作用下都可以看成是固定于基础上的悬臂结构，比单片平面结构具有更大的抗侧移刚度和承载能力，因而适宜建造高度更高的超高层建筑。同时，由于筒体的对称性，筒体结构具有很好的抗扭刚度。
八、多筒体系——成束筒和巨型框架
当采用多个筒体共同抵抗侧向力时，就成为多筒体系。有以下两种形式：1.成束筒：两个以上的筒体排列在一起成束状，成为成束筒。成束筒的抗侧移刚度比筒中筒结构还要高，适宜的建造高度也更高。2.巨型框架：利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型大梁相连，由筒体和巨型梁形成巨型框架。虽然仍是框架形式，由于梁和柱子的断面尺寸很大，巨型框架的抗侧移刚度比一般框架要大的多，因而适宜建造的建筑物高度比框架结构要大的多。
由此可见，不同的结构体系结构形式不同，抗侧移刚度差别也较大，适宜的建筑物高度也不相同。
高层建筑在向人们展示它的美丽和优势的同时，也逐渐暴露出了一些急需解决的问题，如防火、防灾、热岛效应、交通、污染等。特别是911事件造成了巨大的生命和财产损失，使上述问题受到社会各界的普遍关注。相信随着科学技术的进步，人们会找到解决办法，使高层建筑、尤其是超高层建筑更好地为人类服务。