高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及問題探討

1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及問題探討</p><p>　　摘要：隨著我國經(jīng)濟技術(shù)及建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，城市建筑用地越來越緊張，高層和超高層建筑日漸增多，建筑結(jié)構(gòu)體系越來越復雜多樣。作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應努力提高技術(shù)水平，在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，使建筑更加安全可靠。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點、原則以及設(shè)計中出現(xiàn)的一些問題做了簡單的分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)

2、構(gòu)設(shè)計特點 結(jié)構(gòu)設(shè)計原則 </p><p>　　中圖分類號：TU208文獻標識碼： A </p><p>　　Abstract: With China’s rapid development of the economic technology and architecture industry, urban architecture land becomes more and more

3、nervous, high-rise and super high-rise buildings increase day by day, and architecture structural system becomes more and more complex and diverse. As designers of building structures ,we should make great efforts to imp

4、rove technological level ,to make the buildings more safe and reliable on the base of cost saving. This essay does some basic analyses on t</p><p>　　Key words: high-rise buildings, characteristics of archite

5、ctural design , principles of architectural design. </p><p>　　1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點 </p><p>　　1.1水平力即地震力和風荷載為決定因素。 </p><p>　　高層建筑的主要荷載分水平力及豎向力兩部分，水平力為影響高層建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力的主要因素。高層建筑中，在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)最大的頂點位移

6、與高度的四次方成正比關(guān)系即為：水平均布荷載△max=qH4/8EI，倒三角形水平荷載max=11qH4/120EI，EI為結(jié)構(gòu)的剛度，其中E為彈性模量是常量取決于材料，I為截面慣性矩。高層建筑中，豎向荷載所引起的軸力與建筑的高度的一次方成正比關(guān)系，豎向荷載主要引起結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件壓縮變形，傳至基礎(chǔ)對基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降或不均勻沉降。所以高度越高對建筑的影響越大，而水平荷載起更重要的主導作用。 </p><p>　　1.2結(jié)

7、構(gòu)的軸向變形影響 </p><p>　　高層建筑中，往往豎向荷載較大，對于框架、框-剪、框筒結(jié)構(gòu)中墻柱的軸力很大，一方面會引起比較大的軸向變形；另一方面會對結(jié)構(gòu)體系中的連續(xù)梁產(chǎn)生不利影響，將連續(xù)梁中間支座的負彎矩大大降低，使跨中的正彎矩和端支座的負彎矩大大增加。 </p><p>　　1.3側(cè)向位移成為控制指標 </p><p>　　產(chǎn)生側(cè)向位移對人們帶來很多不利之

8、處,如： </p><p>　　1）因側(cè)向位移產(chǎn)生很大的附加內(nèi)力，從而使豎向墻柱等構(gòu)件的偏心加大，最嚴重的后果可能會導致房屋側(cè)向坍塌[1]。 </p><p>　　2）側(cè)移會導致居住者感到晃動的恐慌心情。 </p><p>　　3）側(cè)移會使填充墻及建筑構(gòu)件開裂或損壞。 </p><p>　　4）側(cè)移嚴重也可能會導致電梯不能正常運行，各種水暖電

9、管道線路破裂等危害。 </p><p>　　控制側(cè)移是抗風荷載、抗地震力作用的基本任務之一。提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度來抵抗側(cè)向變形是設(shè)計過程的一大設(shè)計原則。提高側(cè)向剛度與材料的性質(zhì)、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的截面及形狀有關(guān)。選用合理的抗側(cè)力體系也是設(shè)計的重要工作。 </p><p>　　1.4提高結(jié)構(gòu)的延性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標 </p><p>　　延性的概念即為從屈服階段開始至到達

10、最大承載力或者到達以后而承載力并沒有顯著下降期間的變形能力。結(jié)構(gòu)的延性很好的反映了結(jié)構(gòu)后期變形能力。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，既要滿足承載力的要求，還要滿足結(jié)構(gòu)的延性要求。結(jié)構(gòu)延性的主要作用在于： </p><p>　　在抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)中，能有利的吸收和消耗地震能?？拐鹦阅苤饕Q于結(jié)構(gòu)的吸收地震力的能力，地震能量=承載力x變形能力，是由承載力與變形能力二者共同決定的。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應重視利用結(jié)構(gòu)的延性來提高結(jié)構(gòu)的抗震

11、能力。 </p><p>　　延性越高越不容易發(fā)生脆性破壞。 </p><p>　　3）在超靜定結(jié)構(gòu)中，較強的延性性能能很好的適應地基的不均勻沉降和溫度變化引起的裂縫等能力，還使結(jié)構(gòu)充分的進行內(nèi)力重分布，最大限度的進行優(yōu)化設(shè)計節(jié)約成本。 </p><p>　　2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則 </p><p>　　2.1選擇合理的結(jié)構(gòu)體系 </

12、p><p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)體系多種多樣，框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)。在工程設(shè)計中，首先要選擇合理的結(jié)構(gòu)體系方案，做到成本最小化，體系最優(yōu)化。 </p><p>　　1）框架結(jié)構(gòu)：由梁、板、柱、所組成的上部結(jié)構(gòu)。主要受力構(gòu)件為框架柱和框架梁，其優(yōu)點為結(jié)構(gòu)布置靈活，適用于大空間大開間的建筑物，但其缺點為剛度較小、抗震性能較低，層數(shù)較高的高層建筑不宜選用框架結(jié)構(gòu)體系。 </p&

13、gt;<p>　　2）剪力墻結(jié)構(gòu)：由墻肢、梁、連梁及板組成的上部結(jié)構(gòu)。利用墻體作為主要的承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點，與框架結(jié)構(gòu)相比剛度比較大，側(cè)向變形較小，抗側(cè)能力、抗承載能力較強。其缺點，平面布置不靈活，由于墻肢間距有嚴格要求，不能滿足大空間的要求，常用于住宅建筑不宜用于公共建筑物。 </p><p>　　3）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)：在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置了部分剪力墻結(jié)構(gòu)，使框架和剪力墻結(jié)構(gòu)兩者

14、結(jié)合在一起。如果把剪力墻布置成筒體又可稱為是框架—筒體結(jié)構(gòu)體系。這樣共同抵擋水平荷載及豎向承載力。其優(yōu)點是，綜合了框架及剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，剛度大大提升，側(cè)向變形呈現(xiàn)彎剪型，各層的層間變形趨于均勻，其頂點的側(cè)移也相應減小?？蛲步Y(jié)構(gòu)體系在我國被廣泛應用于高層建筑中。 </p><p>　　4）筒體結(jié)構(gòu)：將剪力墻或密柱框架集中到建筑物內(nèi)部和外圍而形成的空間封閉式的筒體。其優(yōu)點是，空間能夠靈活布置，抗側(cè)能力強，能夠承擔較

15、大的水平荷載及豎向荷載，適用于建筑布置比較繁雜、荷載較大的高層建筑。但其造價成本較高，施工難度大。 </p><p>　　2.2選擇合理的結(jié)構(gòu)布置 </p><p>　　宜選擇規(guī)則、簡單、對稱、減小偏心布置，理想狀態(tài)是使結(jié)構(gòu)的重心、剛心、質(zhì)心，三心重合于一點。墻柱平面布置盡量使結(jié)構(gòu)保持上下、左右對稱從而使剛度在平面方向上均勻。避免出現(xiàn)平面不規(guī)則，其中平面不規(guī)則包括：扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、

16、樓板局部不連續(xù)[2]。 </p><p>　　豎向上宜保持側(cè)向剛度均勻及豎向構(gòu)件連續(xù)。避免出現(xiàn)豎向不規(guī)則，其中豎向不規(guī)則包括：側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)、樓層承載力突變。 </p><p>　　建筑抗震設(shè)計規(guī)范有明確的條文規(guī)定要求建筑形體規(guī)則，且嚴重不規(guī)則的建筑不應采用。建筑體系的規(guī)則性也能提高其抗側(cè)性能和整個項目經(jīng)濟合理性。 </p><p>　　2.3

17、選擇合理的基礎(chǔ)形式 </p><p>　　地基與基礎(chǔ)設(shè)計在高層建筑設(shè)計中視為極其重要的一部分，它影響著整個工程的造價，對結(jié)構(gòu)的沉降及安全性起著尤為重要的作用。我國幅員遼闊，地質(zhì)條件差異較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計著手之前首要任務是熟悉地勘條件，查看各層土質(zhì)的承載能力、地下水條件、周邊環(huán)境等多種因素。基礎(chǔ)形式多種多樣，最基本的原則是在保證承載力能力達到要求的條件下，同一個單體不宜選用不同的基礎(chǔ)形式，保證均勻沉降，減小裂

18、縫等。 </p><p>　　3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題 </p><p>　　3.1嵌固端的設(shè)置問題 </p><p>　　高層建筑一般都帶有兩層及兩層以上的地下室和人防，嵌固端的位置有可能設(shè)置在地下室頂板上，也可能設(shè)置在人防的頂板上等位置。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程5.3.7條明確規(guī)定：當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時，地下一層與首層側(cè)向剛度比不宜小于2[

19、3]。 </p><p>　　3.2連梁超筋問題 </p><p>　　高層建筑中經(jīng)常會出現(xiàn)連梁超筋的問題，尤其是剪力墻結(jié)構(gòu)中經(jīng)常會遇到連梁超筋。常見的解決連梁超筋問題的方法有：1）增大洞口：避免在方案階段將整面墻上開一個小洞的情況出現(xiàn)。這樣降低了此處的剛度，減小了連梁的彎矩。2）減小連梁截面高度：減小截面高度的原理也是降低連梁的剛度，這樣就會吸收較小的水平力。3)設(shè)置雙連梁。4）對連梁進

20、行適當?shù)恼蹨p。5）增加連梁的截面寬度。 </p><p>　　3.3結(jié)構(gòu)的超高問題 </p><p>　　高規(guī)中對不同的抗震設(shè)防烈度和不同結(jié)構(gòu)體系的建筑物總高度有嚴格的限制，高寬比也有嚴格的限值。在施工過程中,設(shè)計人員與施工單位的配合、變更等也會造成延長工期、增加造價等不利影響。 </p><p><b>　　4.結(jié)語 </b></p&g

21、t;<p>　　高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速，設(shè)計水平有待提高。結(jié)構(gòu)工程師要從概念設(shè)計的原理出發(fā)優(yōu)化設(shè)計方案，設(shè)計出安全、可靠、經(jīng)濟的建筑成果。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]蘇英高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題 </p><p>　　[2]建筑抗震設(shè)計規(guī)范 GB 5011-2010 </p