6.高层建筑混凝土结构的结构类型和体系有哪些?

目前实际工程中，高层和超高层钢筋混凝土结构体系主要有：

①框架结构 框架结构包括:传统框架结构、异形柱框架结构、错列桁架结构、错列墙梁结构及巨型框架结构等。

②剪力墙结构 剪力墙结构包括：普通剪力墙结构、脊骨结构、全部落地剪力墙结构、部分框支剪力墙结构、短肢剪力墙结构及错列剪力墙结构等。

③框架—剪力墙结构

④筒体结构 筒体结构包括：框架—核心筒结构、框筒和桁架筒、筒中筒结构及多束筒结构等。

⑤复杂高层建筑结构 复杂高层建筑结构包括：带转换层结构、带加强层结构、连体结构、错层结构、多塔结构、悬挑结构、竖向收进结构及平面不规则结构等。

⑥其他结构 多、高层建筑结构还可以采用板柱结构、板柱—剪力墙结构及框架—壁式框架结构等。

（1）框架结构

1）传统框架结构（Frame Structure）由梁、柱组成的结构称为框架结构（图1-3a），框架结构的柱距为4～10m，具有建筑平面布置灵活的特点，可以取得较大的使用空间。按照抗震设计要求的钢筋混凝土框架结构都可以成为延性大，耗能能力强的延性框架结构，具有较好的抗震性能。但框架结构的抗侧刚度较小，用于比较高的建筑时，需要截面较大的钢筋混凝土梁、柱才能满足变形限值的要求，减小了有效空间，经济指标也不好，非结构的填充墙和装饰材料容易损坏，修复费用高。在水平荷载作用下框架结构的侧向变形特征为剪切型。

2）巨型框架结构（Mega-Frame Structure）巨型框架结构是一种与传统框架不同的结构体系。该结构体系是把结构体系中的框架部分设计成主框架和次框架。主框架是一种大型的跨层框架，每隔6～10层设置一根巨型框架梁，每隔3～4个开间设置一根巨型框架柱（图1-3b）。巨型框架梁之间的几个楼层，则另设置柱网尺寸较小的次框架。次框架的主要作用是将各楼层的竖向荷载可靠地传递给主框架的巨型梁和巨型柱（当次框架采用有柱方案时），或将竖向荷载直接传递给巨型柱（当次框架采用无柱方案时）。因为次框架的柱距小、荷载小，又不承担水平荷载，因而梁、柱截面可以做得很小，有利于楼面的合理使用。巨型框架梁之间的各个次框架是相互独立的，因而柱网的形式和尺寸均可互不相同，某些楼层也可以按照使用空间的需要抽去一些柱子，扩大柱网。当次框架采用有柱方案时，直接位于巨型梁下面的一层可以不设柱，形成完全无柱的楼盖，用作大会议室或展览厅。

巨型柱可采用由电梯井和楼梯间井筒构成，也可采用矩形截面巨型柱。而巨型梁可采用一般矩形截面或箱形截面梁，有时则可采用桁架。巨型框架梁本身就构成了结构转换层，因此，巨型框架结构是一种复杂的转换层结构。

3）脊骨结构（Spine Structure）脊骨结构是在巨型框架的基础上进一步发展起来的，适用于一些建筑外形复杂，沿高度平面变化比较多的复杂建筑，取其形状规则部分做成刚度和承载力都很强大的结构骨架抵抗侧向力，称为脊骨结构。脊骨结构一般由巨型柱和柱之间的剪力膜组成，巨型柱可以做成箱形柱、组合柱、桁架柱等，剪力膜可做成图1-4所示的一些形式：跨越若干层的斜支撑组成的桁架、空腹桁架、伸臂桁架等，或由几种形式结合，主要承受弯矩和剪力，巨型柱则主要承受倾覆力矩产生的轴力。

脊骨结构应上下贯通，直到基础，是抗侧力的主要结构；巨型柱之间相距尽量远，以便抵抗较大的倾覆力矩和扭矩；应使楼板上的竖向荷载最大限度地传到大柱上，以抵消倾覆力矩产生的拉力；如果脊骨结构的抗扭刚度尚嫌不足，可以利用周边的小框架参与抗扭。一个剪力膜的高度往往为若干层，上、下剪力膜之间不传递竖向荷载，但可以传递剪力。

这种结构体系在国外有应用，国内尚没有采用。

4）错列结构体系（Staggered Structures System）错列结构体系是由一系列与楼层等高的墙梁（或桁架）组成，墙梁（或桁架）横跨在两排外柱之间（图1-5）。采用这种结构体系能为建筑平面布置提供宽大的无柱面积，使楼层的使用更加灵活。在建筑平面上只有横向上的外柱而没有内柱；具有与楼层等高的墙梁（或桁架）的跨度按合理的跨高比确定可达20m以上（楼层高一般约为3m），参考钢结构工程实例，纵向开间可做到6～9m。在同一楼层上墙梁（或桁架）可以间隔一个空间布置，其纵剖面（图1-6）看来似砖的顺砌筑形式，所以无分隔空间的面积可达（12～18）m×20m之大。错列结构体系是一种新型的框架结构体系，也是一种复杂的转换层结构。采用这种结构体系能为建筑平面布置提供宽大的无柱面积，使楼层的使用更加灵活，适用于高层住宅和办公楼等要求大空间的建筑物。

这种结构体系的主要承重构件为楼板、墙梁（或桁架）和柱。楼板系统在每一开间上一边支承在一个墙梁（或桁架）的上端，另一边则悬吊在其相邻墙梁（或桁架）的下端（图1-6），这样便自然地出现了两个柱距的无间隔空间，而楼板的跨度仅为一个柱距，从而使楼板厚度减至最小。每片墙梁（或桁架）的上端和下端同时承受楼板的竖向荷载，其承受竖向荷载的有效性如同大跨度屋架一样。

错列桁架结构体系（Staggered Truss Structures System）（图1-7）是由一系列与楼层等高的桁架组成，桁架横跨在两排外柱之间。若采用空腹桁架，内部门窗等的设置更加灵活，桁架节间若不设填充墙时，内部空间会进一步增大。

错列墙梁结构体系（Staggered Wall-Beam Structures System）是由一系列与楼层等高的大梁（墙梁）隔层交错布置组成的结构体系。墙梁的排列可以有规则地布置，例如图1-8中A型-B型-A型-B型，或A型-B型-B型-A型等，以获得某一方面所需要的更大空间。这里，A型相应墙梁在框架的顶层，B型相应墙梁不在框架顶部，即相邻墙梁框架。在同一楼层上墙梁可以间隔一个空间布置，其纵剖面类似砖的顺砌筑形式（图1-6）。墙梁可根据其建筑功能的要求开设门洞。

5）异形柱框架结构（Frame Structure with Irregular Column）异形柱框架结构与常规矩形柱框架的区别就在于柱截面形式。柱采用的截面形式有“T”、“L”,“一”、“十”等形式，取柱厚及梁宽同墙厚，柱肢长一般小于4倍墙厚，即各肢的肢长与肢宽之比不大于4.0，柱的净高与截面长边之比不宜小于4.0且不宜大于8.0。梁采用与墙同宽的框架梁，可采用新型墙体材料以减轻自重。异形柱框架的结构设计应重视结构布置中异形柱的设置，宜使结构的平面和刚度对称，避免产生局部材料应力集中，避免扭转对结构受力的不利影响，保证结构的整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。

（2）剪力墙结构

1）一般剪力墙结构（Shear Wall Structure）用钢筋混凝土剪力墙抵抗竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构的整体性好，抗侧刚度大，在水平力作用下侧向变形较小，有利于避免设备管道及非结构构件的破坏。但剪力墙结构中剪力墙的间距较小（一般为3～8m），平面布置不灵活、建筑空间受到限制。水平荷载下剪力墙结构的侧移变形特征为弯曲型。

全部落地剪力墙结构适用于住宅、旅馆等建筑，由于自重大，刚度大，使剪力墙结构的基本周期短，地震作用较大。

2）部分框支剪力墙结构（Shear Wall Structure with Supporting Frame）部分框支剪力墙结构是由落地剪力墙或剪力墙筒体和框支剪力墙组成的协同工作结构体系。这种结构类型由于底部几层有较大的空间，能适用于各种建筑的使用功能要求，因此，广泛应用于底部为商店、餐厅、车库、机房，上部为住宅、公寓、饭店、综合楼等高层建筑。这种结构体系的上部楼层部分竖向构件不能直接连续贯通落地时，在高层建筑的底部应设置结构转换层，在结构转换层布置转换结构构件。

3）短肢剪力墙结构（Shear Wall Structure with Short-Piers）短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙肢，一般情况下，当剪力墙结构中短肢剪力墙所承担的第一振型底部地震倾覆力矩达到结构总底部地震倾覆力矩的50%时，可以认为是短肢剪力墙结构。短肢剪力墙结构可减轻结构的自重，平面布置灵活，住宅建筑应用较多。缺点是短肢剪力墙的墙肢抗震性能较差，目前在地震区应用经验尚不足。

4）错列剪力墙结构（Staggered Shear Panels Structures System）在传统的框架—剪力墙结构中，沿建筑物高度方向剪力墙是连续布置的，这种剪力墙的布置方式，即使在中等高度（20层）的结构中，结构的侧向变形和剪力墙底部的弯矩都很大。与传统框架—剪力墙结构体系不同，错列剪力墙结构体系是将一系列与楼层等高和开间等宽的墙板沿框架高度隔层错跨布置（图1-9），这种布置方式可使整个结构体系成为几乎对称均质，具有优异的抵抗水平荷载的能力。只要墙板合理布置，错列剪力墙结构可提高结构的横向抗侧刚度，同时可大大地降低剪力墙的底部弯矩，这对剪力墙的基础设计是有益的。

错列剪力墙结构也是一种复杂的转换层结构，能为建筑设计提供大的空间，在提高结构横向抗侧刚度及抵抗水平地震作用方面要比传统框架—剪力墙结构有独特的优势，不过它在纵向结构布置及刚度上显得相对薄弱，应采取相应的措施。

（3）框架—剪力墙结构（Frame-Shear Wall Structure）

在结构中同时布置框架和剪力墙，就形成框架—剪力墙结构。框架—剪力墙结构兼有框架结构布置灵活，延性好的优点和剪力墙结构刚度大，承载力大的优点。缺点是由于建筑使用功能要求，剪力墙的平面布置往往受到限制，可能会造成结构的偏心过大，结构的平面不规则等。

由于框架、剪力墙的协同受力，在结构的底部框架侧移减小，在结构的上部剪力墙的侧移减小，侧移曲线兼有这两种结构的特点，属于弯剪型。

框架—剪力墙结构是由延性框架和剪力墙两个分体系组成，具有多道抗震防线和良好的抗震性能，应用范围较为广泛。

（4）筒体结构

筒体系空间整截面工作的结构，如同一根竖立在地面上的悬臂箱形梁，具有造型美观、使用灵活、受力合理、刚度大、有良好的抗侧力性能等优点，适用于30层或100m以上的高层和超高层建筑。

筒体结构可根据其平面墙、柱构件的布置情况分为：

1）框架筒体结构（Frame Tube Structure）（图1-10a）利用建筑物的外轮廓布置密柱、窗裙梁组成的框筒为其抗侧力构件，内部布置梁、柱框架主要承受楼盖传来的竖向荷载，其主要特点是可提供很大的内部空间，但对钢筋混凝土结构来说，在建筑物内部总会布置实体墙体、筒体，因此框架筒体结构实际应用很少。

2）框架—核心筒结构（Frame Core Wall Structure）（图1-10b）利用建筑功能的需要在内部组成实体筒体作为主要抗侧力构件，在内筒外布置梁柱框架，可以认为是一种剪力墙集中布置的框架—剪力墙结构，因此其受力特征与框架—剪力墙结构相同。这种结构体系由于其平面布置的规则性和内部核心筒的稳定性以及抗侧力作用的空间有效性，其力学性能与抗震性能优于一般框架—剪力墙结构，是目前我国高层建筑中一种常见的结构体系之一。

3）筒中筒结构（Tube in Tube Structure）（图1-10c）由外部的框筒与内部的核心筒组成。利用楼电梯间的剪力墙形成的薄壁筒；外筒由外周边间距为3～4m的密柱和跨高比较小的裙梁所组成，具有很大的抗侧力刚度和承载力。

在侧向荷载作用下，外框筒以承受轴向力为主，并提供相应的抗倾覆弯矩；内筒承受较大的侧向力产生的剪力，同时也提供一定比例的抗倾覆弯矩。

4）多重筒、成束筒、多筒体结构（Bundled Tubes Structure）在外框筒与内筒之间另加一组框架筒体或实体筒体形成多重筒结构（图1-11a）；将多组框筒拼组成平面尺寸更大的框筒形成成束筒结构（图1-11b）。这两种结构体系在国外的超高层建筑中均有应用。在国内的高层建筑中，常在筒中筒结构的基础上，根据需要在合适的部位（例如角部）另布置若干实体筒体来组成多筒体结构，其抗侧性能与抗扭性能均有较大的提高。

5）复杂筒体结构（Complicated Tube Structure）外围为密柱框架的筒中筒结构的外框筒柱距（一般柱距为3～4m）较小，无法为建筑物提供较大的入口，为了布置大的入口，要求在底部布置水平转换构件以扩大柱距，形成底部带转换层的筒体结构。此时，转换构件沿建筑平面周边柱列或角筒布置。

筒中筒结构的外框筒底部抽柱的转换构件可采用大梁（或墙梁）、空腹桁架、斜杆桁架、拱等，见图1-12所示。

框架—核心筒结构的外围框架都采用稀柱框架，当房屋高宽比较大、核心筒高宽比较大、外框架较弱时，结构的侧向刚度较弱，有时不能满足设计要求，为更有效地发挥周边外框架柱的抗侧力作用，提高结构整体抗侧刚度以满足规范要求，可以沿建筑物竖向利用建筑设备层、避难层空间，在核心筒与外围框架之间设置适宜刚度的伸臂构件来加强核心筒与框架柱间的联系，必要时可设置刚度较大的周边环带构件，加强外周框架角柱与翼缘柱间的联系，构成带加强层的高层建筑结构，也即框架—核心筒—伸臂结构。

（5）复杂高层建筑结构（Complicated Tall Building Structures）

复杂高层建筑结构包括：带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构和多塔楼结构等。这些结构竖向布置不规则，传力途径复杂，有的工程平面布置也不规则。

1）带转换层结构（Transfer Story Structure）在同一座建筑中，沿房屋高度方向建筑功能要发生变化，上部楼层布置旅馆、住宅；中部楼层作为办公用房；下部楼层作为商店、餐馆和文化娱乐设施，这种不同用途的楼层需要采用不同的结构形式。

从建筑功能上看，上部需要小开间的轴线布置和需要较多的墙体以满足旅馆和住宅的功能要求；中部则需要小的或中等大小的室内空间，可以在柱网中布置一定数量的墙体以满足办公用房的功能要求；下部需要尽可能大的自由灵活的室内空间，要求柱网大、墙体尽量少，以满足商店、餐馆等公用设施的功能要求。

从结构受力上看，由于高层建筑结构下部楼层受力很大，上部楼层受力较小，正常的结构布置应是下部刚度大，墙体多、柱网密，到上部渐渐减少墙、柱的数量，以扩大柱网。这样，结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反（图1-13）。因此，为满足建筑功能的要求，结构必须进行“反常规设计”，即将上部布置成小空间，下部布置成大空间；上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼层设置结构转换层（Structure Transfer Story），在结构转换层布置转换结构构件（Transfer Member）。

一般而言，当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上部结构与下部结构轴线错位时，就必须在结构改变的楼层布置结构转换层，在结构转换层布置转换结构构件。

2）带加强层结构（Strengthening Story Structure）框架—核心筒结构的外围框架都采用稀柱框架，当房屋高宽比较大、核心筒高宽比较大、外框架较弱时，结构的侧向刚度较弱，有时不能满足设计要求，为更有效地发挥周边外框架柱的抗侧力作用，提高结构整体抗侧刚度以满足规范要求，沿建筑物竖向利用建筑设备层、避难层空间，在核心筒与外围框架之间设置适宜刚度的伸臂构件来加强核心筒与框架柱间的联系，必要时可设置刚度较大的周边环带构件，加强外周框架角柱与翼缘柱间的连系，构成带加强层的高层建筑结构。常用规则典型带加强层高层建筑结构的平面、剖面如图1-14所示。

3）连体结构（Spatial Corridors Structure）为满足建筑艺术和城市规划对高层建筑体型的新要求，在建筑物的立面上开大洞或几座建筑物用若干楼层连为一个整体，就构成了连体建筑。连体结构的特点是将两幢或几幢建筑连在一起，由塔楼及连接体组成。根据连接体结构与塔楼的连接方式，可将连体结构分为两类：

①强连接方式。当连接体结构包含多层楼盖，且连接体结构刚度足够，能将主体结构连接为整体协调受力、变形时，可做成强连接结构（图1-15a、b、c），两端刚接、两端铰接的连体结构属于强连接结构。当建筑立面开洞时，也可归为强连接方式。

两个主体结构一般采用对称的平面形式，在两个主体结构的顶部若干层连接成整体楼层，连接体的宽度与主体结构的宽度相等或接近。当连接体与两端塔楼刚接或铰接时，连接体可与塔楼结构整体协调，共同受力。此时，连接体除承受重力荷载外，主要是协调连接体两端的变形及振动所产生的作用效应。

②弱连接方式。当在两个建筑之间设置一个或多个架空连廊时，连接体结构较弱，无法协调连体两侧的结构共同工作时，可做成弱连接（图1-15d、e），即连接体一端与结构铰接，一端做成滑动支座；或两端均做成滑动支座。架空连廊的跨度有的约几米，有的长到几十米。其宽度一般都在10m之内。

当连接体低位跨度小时，可采用一端与主体结构铰接，一端与主体结构滑动连接；或可采用两端滑动连接，此时两塔楼结构独立工作，连接体受力较小。两端滑动连接的连接体在地震作用下，当两塔楼相对振动时，要注意避免连接体滑落及连接体同塔楼碰撞对主体结构造成的破坏。实际工程中可采用橡胶垫或聚四氟乙烯板支承，塔楼与连接体之间设置限位装置。

当采用阻尼器作为限位装置时，也可归为弱连接方式。这种连接方式可以较好地处理连接体与塔楼的连接，既能减轻连接体及其支座受力，又能控制连接体的振动在允许的范围内，当然此种连接仍要进行详细的整体结构分析计算，橡胶垫支座等支承及阻尼器的选择要根据计算分析确定。

4）错层结构（Staggered Floor Structure）错层结构最早在住宅结构中采用，以满足不同消费者的需求。错层住宅每套住宅房型的平面，其不同使用功能不在同一平面上，形成多个不同标高平面的使用空间和变化的视野，住宅室内环境错落有致，极富韵律感。错层高度低于一人，人站立在第一层面平视可看到第二层面，一般错层上、下以300～600mm为宜。当错层上、下高差较大，可采用其他错层形式（如L、П形等）。

错层结构属于竖向布置不规则结构，因此，高层建筑宜避免错层。当房屋两部分因功能不同而使楼层错开时，宜首先采用防震缝或伸缩缝将其分为两个独立的结构单元。

错层而又未设置伸缩缝、防震缝分开，结构各部分楼层柱（墙）高度不同，形成错层结构，应视为对抗震不利的复杂高层建筑，在计算和构造上必须采取相应的加强措施。

5）多塔结构（Multi-tower Structure）多塔楼结构的主要特点是，在多个高层建筑的底部有一个连成整体的大裙房，形成大底盘。对于多个塔楼仅通过地下室连为一体，地上无裙房或有局部小裙房但不连为一体的情况，一般不属于《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）所指的大底盘多塔楼结构。

大底盘多塔楼结构根据底盘和塔楼平面布置、刚度和质量分布可以分为以下几种类型：

①双轴对称多塔结构。当底盘和塔楼的平面布置、质量和刚度分布关于x、y轴（x为横轴、y为纵轴）完全对称，且上部各塔楼各自对称，则称为双轴对称多塔结构（图1-16a）。

②单轴对称多塔结构。当底盘和塔楼的平面布置、质量和刚度分布仅对x轴或y轴方向对称，且上部各塔楼也是如此对称关系时，则称为单轴对称多塔结构（图1-16b）。

③非对称多塔结构。当结构体系关于x、y轴两个方向均不对称时，则称此结构体系为非对称结构。非对称结构包括：塔部对称、底部不对称结构（图1-16c），塔部不对称、底部对称结构（图1-16d），塔部及底部均不对称结构（图1-16e）。

6）悬挑结构（Suspended Structure）采用核心筒平面布置方案的高层建筑，有条件在结构上采用竖筒加挑托体系，将楼层平面核心部位做成圆形、矩形或多边形的钢筋混凝土竖筒，沿高度每隔6～10层由竖筒上伸出一道水平承托构件，来承托其间若干楼层的重力荷载（图1-17）。这样，整个建筑的外围就可以做成稀柱式框架，且梁、柱的截面尺寸均可以做得很小，创造出一个比较开敞的视野和一个明亮的立面效果。

从建筑功能看，悬挑结构体型独特，外观新颖，在建筑艺术上有特色，加之外柱截面很小，四周开敞，受到建筑师的欢迎。在多数场合下，为求得最佳建筑效果，底部还可以取消几层楼面，仅保留中心竖筒落地，以创造出一个“金鸡独立”的奇特外观。

悬挑结构体系的主体结构是竖向内筒和水平承托构件，整个结构的抗侧刚度全部由竖向内筒提供，水平承托构件并无任何贡献。因此，在风荷载或地震作用下，整个结构体系的侧移曲线等于竖向内筒的侧移曲线，属于弯剪型，并偏向于弯曲型。

7）竖向收进结构（Irregular Structure along Vertical Indirection）立面收进（图1-18a）或悬挑（图1-18b）是一种常见的高层建筑竖向不规则情况,此外还有其他立面不规则的情况，如连体建筑（图1-18c），立面开洞（图1-18d）、大底盘多塔楼（图1-18e）等。

立面收进和悬挑的结构沿竖向刚度发生突变，属于竖向不规则的结构。历次地震震害表明：立面收进或悬挑都会使楼层的变形过分集中，出现严重的震害甚至倒塌。

8）平面不规则结构（Irregular Structure in Plane）建筑结构的平、立面规则性对建筑结构抗震性能具有重要的影响，国内外大量的震害表明：结构平面不对称、不规则、不连续易使结构发生扭转破坏，严重者可导致整个结构破坏倒塌。因此平面布置力求简单、规则、对称，避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼电梯间；避免楼电梯间偏置，以避免产生扭转的影响（图1-19）。