超高层建筑结构型式的组合创新与编码

超高层建筑结构型式的组合创新与编码

杜静芳

洛阳建材建筑设计研究院有限公司河南洛阳471003

摘要：本文主要介绍一下超高层建筑结构的基本组成构件以及其形式组合创新的方法。

关键词：超高层建筑结构；超高层建筑结构的组合形式；排列组合

0引言

超高层建筑，在建筑发展史中还是很年轻的，在发展到21世纪的今天也仅仅只有100多年的历史；在这短短的一个世纪里，超高层建筑在其结构形式、垂直交通、功能布局以及建筑形态等等各方面都发展出了一些大而又丰富的科学与技术体系。

这种建筑最早诞生于欧美国家，之后在那经历了早期发展之后便慢慢的发展到了发展中国家，甚至引起了各国对其的狂热追求，也正因如此，对超高层建筑研究的发展也是相当迅速，它的理论技术体系也在不断地完善丰富，但是尽管如此，当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时，它的功能适用性、技术合理性和经济可行性都将发生质的变化。与多层建筑相比，在设计上、技术上都有许多新的问题需要加以考虑和解决。尤其在结构方面：①考虑高层建筑遇到巨大风力和地震力时所产生的水平侧向力。②严格控制高层建筑体型的高宽比例，以保证其稳定性。③使建筑平面、体型、立面的质量和刚度尽量保持对称和匀称，使整体结构不出现薄弱环节。④妥善处理因风力、地震、温度变化和基础沉降带来的变形节点构造。⑤考虑在重量大、基础深的地质条件下如何保证安全可靠的设计技术和施工条件问题[1]。

1超高层建筑结构创新的目的与意义

世界各城市的生产和消费在发展达到一定程度后，莫不积极致力于提高城市建筑的层数。实践证明，高层建筑可以带来明显的社会经济效益：首先，使人口集中，可利用建筑内部的竖向和横向交通缩短部门之间的联系距离，从而提高效率；其次能使大面积建筑的用地大幅度缩小，有可能在城市中心地段选址；第三，可以减少市政建设投资和缩短建筑工期。因此随着当今社会科技的迅猛发展，城市的规模与人口也在不断扩张，以及各地区的城市化与水平方向上无限制的拓展建设用地相比，超高层住宅的发展策略更适合我国土地资源紧张的现实[2]。

超高层建筑指40层以上，高度100米以上的建筑物。但由于超高层建筑安全性差，所以较少见。这是因为超高层建筑具有明显优点的同时，也带来了突出的缺陷。

2超高层建筑结构构件的分类与编码

2.1梁的分类与编码

（1）定义

由支座支承，承受的外力以横向力和剪力为主，以弯曲为主要变形的构件称为梁。

（2）分类

在新型的超高层建筑中梁的分类有：型钢梁、钢筋混凝土梁、钢骨混凝土梁、钢桁架钢骨混凝土梁以及其他形式的组合梁。

（3）编码

{梁}={Ai}n={A1，A2，A3，A4}={型钢梁；钢筋混凝土梁；钢骨混凝土梁；钢桁架钢骨混凝土梁}

其中A4钢桁架钢骨混凝土梁，其钢桁架钢骨它是由竖杆、缘杆、斜杆构成。其中，竖杆和缘杆组成矩形结构，斜杆斜向焊接在上缘杆、下缘杆和竖杆之间。采用本实用新型所述的钢桁架钢骨混凝土梁，可以根据梁截面高度调整钢桁架高度。可以将Ｔ形型钢或槽形型钢配置在梁的上下缘，充分发挥型钢强度。有效改善钢桁架钢骨混凝土梁与混凝土粘结力性能。利用钢桁架承受施工阶段的荷载，将模板悬挂在钢桁架上，省去支撑，节省施工成本。

2.2柱的分类与编码

（1）定义

工程结构中主要承受压力，有时也同时承受弯矩的竖向杆件，用以支承梁、桁架、楼板等。

（2）分类

在新型的超高层建筑中柱的分类有：钢柱、钢筋混凝土柱、钢筋骨架混凝土柱、钢管混凝土柱、钢桁架钢骨混凝土柱和组合桁架柱。

（3）编码

{柱}={Bi}n={B1，B2，B3，B4，B5，B6}={钢柱；钢筋混凝土柱；钢筋骨架混凝土柱；钢管混凝土柱；钢桁架钢骨混凝土柱；组合桁架柱}

2.3板的分类与编码

（1）定义

楼板是分隔建筑竖向空间的水平承重构件，一般由梁板组成。

（2）分类

在新型的超高层建筑中板的分类有：钢筋混凝土平板、厚混凝土平板、混凝土肋梁楼板、混凝土井式梁板、混凝土密肋楼板、混凝土扁梁楼板、钢混凝土组合板。

（3）编码

{板}={Ci}n={C1，C2，C3，，C4，C5，C6，C7}={钢筋混凝土平板；厚混凝土平板；混凝土肋梁楼板；混凝土井式梁板；混凝土密肋楼板；混凝土扁梁楼板；钢混凝土组合板}

2.4墙的分类与编码

（1）定义

墙是建筑的竖向承重构件，而墙既是承重构件又是围护构件。作为承重构件，墙承受着建筑物屋顶、楼板、楼梯等构件传来的荷载，并将这些荷载连同自重传给基础。作为围护构件，外墙抵御自然界风、雨、雪以及寒暑对建筑物的侵袭，使建筑物的室内具有良好的生活与工作环境。内墙主要作为分隔构件，将建筑物的空间进行大小的划分，以免互相干扰。另外，墙面也是建筑物的重要部分，墙的装修具有保护房间、装饰建筑物室内外空间环境的功能。

（2）分类

在新型的超高层建筑中墙的分类有：钢筋混凝土墙、钢骨混凝土墙、钢板墙。

（3）编码

{墙}={Di}n={D1，D2，D3}={钢筋混凝土墙；钢骨混凝土墙；钢板墙}

2.5筒的分类与编码

（1）定义

在高层建筑中常采用薄壁构件作为竖向的受力构件。这些薄壁构件有的用连梁联系在一起，形成就形成了筒体结构。

（2）分类

在新型的超高层建筑中筒的分类有：钢筋混凝土筒、密柱深梁筒、桁架筒、组合筒。

（3）编码

{筒}={Ei}n={E1，E2，E3，E4}={钢筋混凝土筒；密柱深梁筒；桁架筒；

组合筒}

2.6支撑的分类与编码

（1）定义

表3-1结构形式创新组

为提高框架结构的承载能力和侧向刚度，避免过多地加大梁柱截面而增加相应的用钢量，常在框架中布置竖向支撑，使结构在承受水平风荷载、地震荷载时，框架有两道受力防线，即：第一道防线是竖向支撑，第二道防线是框架。

（2）分类

在新型的超高层建筑中支撑的分类有：钢筋混凝土支撑、钢桁架支撑、钢骨架混凝土支撑。

（3）编码

{支撑}={Fi}n={F1，F2，F3}={钢筋混凝土支撑；钢桁架支撑；钢骨架混凝土支撑}

2.7其他新型构件

在现今超高层建筑结构多用于综合性能性的商务大厦，在其结构设计中，也要多加考虑不同楼层的不同需求，所以一些结构转换构件，以及结构加强构件的出现也会带来新的结构创新。

3超高层建筑结构的组合创新方法

在此节，依据各构件的材料组成进行分类，再利用数学的排列组合的方法进行逐一的组合创新；由于一个建筑它的构成是有很多构件相互组合而成的，这样即便有一个构件改变了其形式，便会衍生出一种新的结构形式，这样我们进行分类组合之后就可以得到很多的组合形式。（具体方法如表3-1所示）

这些组合后的结构也并非完全的符合实际，如今科技迅猛发展，各种新型的结构构件也在不断的改进和发展。一个高层结构的支撑系统就会有：多边形网状结构，交叉形成的网格形式，竖向的垂直支撑。再配备各种的抗侧移、抗震智能调控系统，结构形式又演变出很多类型，所以在今后的结构形式创新中，我们要把各种新型的基本结构进行分析后便会，创建出更多符合实际的超高层建筑结构形式。

4小结

从基本的结构构件入手，分别对梁，柱，板，墙，筒，支撑等做了结构构件的分类与编码，利用科学的组合方法，得到了很多不同的结构新类型。虽然有的还不具备理论支持，还需要进行各种的模型验算。但是以上的组合还是为今后模型数据库的建立提供了参考，还是具有一定的意义的。

参考文献：

［１］豁达.高层建筑结构设计[M].北京：高等教育出版社，2004：25-134

［２］赵西安.现代高层建筑结构设计[M].北京：科学出版社，2000