混凝土与砌体结构：多层高层房屋的结构体系

多层房屋和高层房屋之间没有明确的界限。对于高层房屋的起始高度和层数，世界各国的规定都不一致。由于高层房屋的建设标准比多层房屋高，因此，对于高层房屋的起始高度和层数的规定，与各国的建筑技术、消防设施和经济条件等因素有关。

按照我国现行《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》（JGJ3-2002）的规定，10层及10层以上或高度超过28m 的建筑物为高层建筑。对于《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》（JGJ 3-2002），以下简称为《规程》。

由上述可见，就结构设计而言，对于9层及9层以下的建筑物，应按多层房屋进行设计，对于10层及10层以上的建筑物，应按高层建筑进行设计。

此外，目前国际上一般将层数在30层以上或高度在100m 以上的高层建筑称为超高层建筑。

1）结构体系的类型

对于钢筋混凝土多层和高层建筑，常用的结构体系有：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系和筒体结构体系。此外，还有巨型框架结构体系和悬挂结构体系等。

顺便指出，在多层建筑中，还常采用混合结构体系（由砖墙或砌块墙与钢筋混凝土楼盖组成，见第三篇）。

（1）框架结构体系

框架结构体系是由横梁和柱子连结而成。梁、柱连接处（称为节点）一般为刚性连接（图15-2a、b），有时为便于施工或由于其他构造要求，也可将部分节点做成铰接或半铰接（图15-2c）。柱支座一般为固定支座，必要时也可设计成铰支座。

图15-2 框架结构简图

框架结构的布置灵活，容易满足建筑功能和生产工艺的多种要求。同时，经过合理设计，框架结构可以具有较好的延性和抗震性能。但是，框架结构承受水平力（如风荷载和水平地震作用）的能力较小。当层数较多或水平力较大时，水平位移较大，在强烈地震作用下往往由于变形过大而引起非结构构件（如填充墙）的破坏。因此，为了满足承载力和侧向刚度的要求，柱子的截面往往较大，既耗费建筑材料，又减小使用面积。这就使框架结构的建造高度受到一定的限制。目前，框架结构一般用于多层建筑和不考虑抗震设防、层数较少的高层建筑（譬如，层数为10层或高度为30m 以下）。

（2）剪力墙结构体系

剪力墙结构体系是由一系列钢筋混凝土墙（建筑物的承重内墙和外墙）组成（图15-3）。剪力墙既承受竖向荷载，又承受水平力。剪力墙水平截面的厚度很小，而高度很大。因此，剪力墙的出平面刚度很小，而墙身平面内的侧向刚度很大。由于剪力墙结构的侧向刚度很大，整体性好，能承受较大的水平力，并且侧移很小，因而可建造较高的建筑物。但是，剪力墙的布置受到楼板跨度的制约，间距较小，使建筑布置受到一定限制，难以满足大空间的使用要求。因此，剪力墙结构体系常用于高层住宅、公寓和旅馆等居住建筑中，因为这类建筑需要划分居室和客房，隔墙数量较多且位置较为固定，可将隔墙与作为结构主体的剪力墙结合为一体。这类建筑的高度一般在15层以上，最高可达40层左右。

当建筑物的底层或底部几层需要大空间时（例如，在沿街建造的高层住宅中，往往要求在底层或底部几层布置商店），这就需要在建筑物的底部取消部分剪力墙，以形成大空间。为此，在结构布置时，可将部分剪力墙的底部改为框架。这种底部为框架的剪力墙称为框支剪力墙（图15-4）。

图15-3 剪力墙结构体系

图15-4 框支剪力墙

（3）框架-剪力墙结构体系

框架-剪力墙结构体系（简称框剪结构体系）是由框架和剪力墙组成，二者共同作为承重结构。如上所述，框架结构的建筑布置比较灵活，可以形成较大空间，但侧向刚度较差，抵抗水平力的能力较小；剪力墙结构的侧向刚度较大，抵抗水平力的能力较大，但建筑布置不灵活，难以形成大空间。框架-剪力墙结构把两者结合起来，既弥补了剪力墙结构建筑布置不灵活的缺陷，又克服了框架结构侧向刚度小的缺点，对于常见的30层以下的高层建筑，可提供足够的侧向刚度。图15-5为框架-剪力墙结构平面布置的一个实例。

图15-5 框架-剪力墙结构体系

框架-剪力墙结构常用于高层公寓、旅馆、办公楼以及底部为商店的高层住宅。

（4）筒体结构体系

筒体结构体系是由核心筒和框筒等结构单元组成（图15-6）。核心筒一般由电梯间、楼梯间和设备管线井道周围的钢筋混凝土墙组成。框筒是由布置在建筑物四周的密集的立柱和高跨比很大的窗裙梁所组成的多孔筒体，它如同四榀框架在角部连接而成。

筒体结构如同一个固定于基础顶面的筒形悬臂梁。它不仅可以抵抗弯矩和剪力，而且可以抵抗扭矩，是一种整体刚度很大的空间结构体系。同时，它能够提供很大的建筑空间和建筑高度，因此，建筑内部空间的布置比较灵活。筒体结构广泛应用于多功能、多用途的超高层建筑中。

（5）巨型框架结构体系(www.xing528.com)

巨型框架结构体系是由巨型框架和次级框架（楼层框架）组成（图15-7）。巨型框架是以电梯间、楼梯间和设备管线井道等形成的井筒作为巨型框架柱，以每隔若干楼层设置的大梁（由整个层高的墙板和上、下层楼板形成的I形梁）作为巨型框架梁而形成的具有强大侧移刚度和承载力的结构。次级框架为支承于巨型框架上的多层框架结构。次级框架上的竖向荷载和水平荷载（包括水平地震作用）全部传给巨型框架。

图15-6 筒体结构体系

图15-7 巨型框架结构体系

巨型框架结构体系具有宽阔的使用空间，建筑布置灵活，能够满足建筑多功能的要求，适用于高层住宅、旅馆以及高层和超高层办公楼，有着广阔的应用前景。

除上述的结构体系外，还有其他多种结构体系，如悬挂式结构体系（图15-8a）、竖向桁架结构体系（图15-8b）和伸臂承托结构体系（图15-8c）。

图15-8 悬挂式结构体系、竖向桁架结构体系和伸臂承托结构体系

由上述可见，随着建筑物由多层向高层发展，结构抵抗侧力的问题逐渐成为结构设计的关键问题，结构体系也就由框架结构体系发展为框架-剪力墙结构体系、剪力墙结构体系；由平面结构体系发展为空间结构体系（如筒体结构体系）。

2）结构体系的选择

（1）抗侧力结构体系的选择

建筑物的高度是选择结构体系需要考虑的重要因素之一。如上所述，不同的结构体系所具有的刚度和承载力是不同的。因此，它们适用的高度也不同。一般说来，框架结构适用于多层建筑和高度较低、层数较少、设防烈度较低的高层建筑。框架-剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数高层建筑的高度要求。当建筑物高度很高、层数很多或设防烈度很高时，可采用筒体结构和巨型框架结构。

按照《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的规定，现浇钢筋混凝土房屋的结构类型和最大高度应符合表15-1的规定。

表15-1 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度 单位：m

注：1.房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）。
2.框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构。
3.部分框支抗震墙结构指首层或底部两层为框支层的结构，不包括仅个别框支墙的情况。
4.表中框架，不包括异型柱框架。
5.板柱-抗震墙结构指板柱、框架和抗震墙组成抗侧力体系的结构。
6.乙类建筑可按本地区抗震设防烈度确定其适用的最大高度。
7.超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。

建筑物的用途也是选择结构体系时需要考虑的另一个重要因素。

目前，我国的高层建筑按用途大体可分为三类：住宅、旅馆及公共建筑（办公、商业、医院、教学等建筑）。对于住宅建筑，一般采用剪力墙结构。剪力墙结构体系可减少非承重隔墙，用钢量也少于框架-剪力墙结构，同时，室内无外露梁柱，便于室内布置。旅馆建筑可采用剪力墙结构或框架-剪力墙结构，两者各有优缺点。当建筑物高度在50m 以上时，也常采用筒体结构，以形成较大的使用空间。

对于多层厂房，由于工艺使用要求，需要大空间，且层数又不多，宜采用框架结构。

此外，在实际工程中，还必须考虑施工、材料和经济指标等多种因素。

（2）楼盖结构体系的选择

我国在多层和高层建筑中常用的楼盖结构有现浇肋梁楼盖、现浇密肋楼盖、现浇无梁楼盖（钢筋混凝土或预应力混凝土）以及装配整体式楼盖和预制装配式楼盖等。

在选用楼盖结构体系时，除考虑建筑物的使用要求和施工条件外，还应考虑建筑物的高度、层高和结构跨度等。

在多层和高层建筑结构中，楼盖、屋盖不仅承受竖向荷载，而且是建筑物的刚性水平隔板，起着传递水平力的作用。因此，为了保证楼盖、屋盖具有良好的整体性和足够的刚度，可靠地传递水平力和增强建筑物的空间整体性，楼盖、屋盖应符合下列规定。

当房屋高度超过50m 时，框架-剪力墙结构和筒体结构等应采用现浇楼盖结构，剪力墙结构和框架结构宜采用现浇楼盖结构；现浇楼盖的混凝土强度等级不宜低于C20，不宜高于C40。当房屋高度不超过50m 时，8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构，6、7度抗震设计的框架-剪力墙结构采用装配整体式楼盖。也可采用与框架梁或剪力墙有可靠连接的预制大楼板楼盖。对于框架-剪力墙结构，在采用装配整体式楼盖时，每层宜设现浇层。现浇层厚度不应小于50mm，混凝土强度等级不应低于C20，不宜高于C40，并应双向配置6～8、间距为150～250mm 的钢筋网，钢筋应锚固在剪力墙内；楼盖预制板板缝宽度不宜小于40mm，板缝大于40mm 时，应在板缝内配置钢筋，并宜贯通整个结构单元。预制板板缝、板缝梁的混凝土强度等级应高于预制板的混凝土强度等级，且不应低于C20。对于房屋的顶层、结构的转换层、平面复杂或开洞过人的楼层，应采用现浇楼盖结构。