高层建筑脊骨结构设计解析

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图2-5是一个典型的脊骨结构实例——美国费城53层的Bell Atlantic Tower[29]。图2-5 脊骨结构实例——Bell Atlantic Towera）建筑平面轮廓 b）周边框筒或框架方案 c）脊骨结构方案图2-5 脊骨结构实例——Bell Atlantic Tower（续）d）脊骨结构图2-6 脊骨结构的剪力膜a）多层对角支撑 b）外伸空腹桁架 c）单跨空腹桁架 d）滑动铰

脊骨结构是在矩形框架的基础上进一步发展起来的，适合于一些建筑外形复杂，沿高度平面变化较多的复杂建筑，取其形状规则部分做成刚度和承载力都十分强大的结构骨架抵抗侧向力，称为脊骨结构。图2-5是一个典型的脊骨结构实例——美国费城53层的Bell Atlantic Tower^[29]。该建筑的外立面变化层次很多（图2-5a），如果在外周边设置抗侧力的框架，则框架柱将多次转换，结构性能不好，如采用柱直通到底的方案（图2-5b）则不能满足建筑立面要求，现取建筑中间部分的矩形面积做一个脊骨结构（图2-5c、d），四角采用截面很大的箱形柱，柱之间用空腹桁架和支撑相连，使脊骨的刚度和承载力都很大。周边再设置仅承受竖向荷载的小框架。

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，剪力膜可做成如图2-6a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，大柱则主要承受倾覆力矩产生的轴力。

脊骨结构应当上下贯通，直到基础，是抗侧力的主要结构；大柱之间相距尽量远，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，图2-6d是一种竖向可以滑动的铰接构造。

这种结构体系在国外有应用，但国内尚没有采用。

上述各种体系适合于钢结构，也适合于钢筋混凝土结构和混合结构。混合结构种类很多，例如采用钢框架和钢筋混凝土墙板（墙板填充在钢框架中）组成的框架—剪力墙结构，钢框架、钢骨混凝土或钢管混凝土柱与钢筋混凝土现浇核心筒（或钢骨混凝土核心筒）组成的框架—核心筒结构等。组成方式很多，不能一一列举，未来还会有新的组合方式出现，但必须注意，无论怎样，都要以充分发挥各种材料的优势以及安全为原则，要取长补短，而不能盲目组合，不能只顾经济效益而忽视结构的合理性和安全性。