高層住宅的結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、    高層住宅的結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)    胡裕堂摘要：本文在簡(jiǎn)要介紹高層住宅結(jié)構(gòu)選型的基礎(chǔ)上，就如何針對(duì)高層住宅選型中的關(guān)鍵因素進(jìn)行優(yōu)化給出了幾點(diǎn)建議，并對(duì)進(jìn)行優(yōu)化的必要性進(jìn)行了討論。關(guān)鍵字：高層住宅；結(jié)構(gòu)選型；優(yōu)化設(shè)計(jì)abstract: this paper briefly introduces the selection of high-rise residential structure based on how to for high-rise residence of the key factors are optimized selecti

2、on of some suggestions are given, and the necessity of optimization is discussed.key word: high-rise residential; the structural type; optimization design：tu318 ：a ：1 引言在順應(yīng)人們急劇增長(zhǎng)的住房需求下，高層住宅的結(jié)構(gòu)形式從簡(jiǎn)單的層數(shù)和高度增長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展到對(duì)平面形狀和空間體型的復(fù)雜化要求。這不僅要求建筑滿足功能多樣，建筑風(fēng)格提高，還要滿足城市發(fā)展的景觀需求。高層住宅在延續(xù)最初的結(jié)構(gòu)形式和框架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)對(duì)建筑中的相關(guān)

3、因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得住宅不僅滿足基本的功能需求外，還能在設(shè)計(jì)水平上有進(jìn)一步的提升。2 控制高層住宅結(jié)構(gòu)選型的關(guān)鍵因素2.1 高層住宅結(jié)構(gòu)中新型材料的選型高層建筑結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展從最初選用鑄鐵和鋼材作為框架主體材料，演變到使用混凝土材料作為主體框架承重材料，最終結(jié)合發(fā)展成為采用鋼筋混凝土材料并在巴黎的弗蘭克林公寓大樓中得到首次應(yīng)用。在這幾十年的時(shí)間里，混凝土鋼結(jié)構(gòu)形式并沒有得到較快的發(fā)展，只是在高層建筑中零散的使用，在看到鋼結(jié)構(gòu)的眾多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，因其造價(jià)較高和由于建筑物高度增加結(jié)構(gòu)所受內(nèi)力變換等原因，對(duì)性價(jià)比高材料的需求不斷增加，所以加快對(duì)優(yōu)質(zhì)建筑材料的研究、開發(fā)和選型也成了建筑業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向

4、。2.2 高層住宅中結(jié)構(gòu)體系的選型2.2.1 高層住宅結(jié)構(gòu)合理選型的重要性高層建筑的發(fā)展不僅節(jié)約及充分利用城市土地資源，還能節(jié)省市政開銷，增加城市吸納能力，緩解群眾住房緊張心理。所以在高層住宅帶來種種利好效益的同時(shí)，因其規(guī)模、高度和復(fù)雜性的增加，也顯示出合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型的重要性。在進(jìn)行合理選型時(shí)不僅要考慮工程造價(jià)和投資能力等商業(yè)因素，還應(yīng)考慮施工條件、技術(shù)能力以及材料和能源供應(yīng)等技術(shù)問題，使得建筑在不僅滿足功能和工期需求外，也能做到經(jīng)濟(jì)、合理。2.2.2 高層住宅的常見結(jié)構(gòu)形式1）在一般高層建筑結(jié)構(gòu)體系中主要采用框架、剪力墻、筒體及框架剪力墻、框架筒體、筒中筒等結(jié)構(gòu)體系2）復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)一般

5、指帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)體系，懸挑、帶加強(qiáng)層或連體結(jié)構(gòu)體系，平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系也屬于復(fù)雜高層建筑，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)要進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。3）近些年還出現(xiàn)了一些新穎的高層建筑體系，如巨型框架、脊骨和束筒體等結(jié)構(gòu)形式。2.2.3 如何進(jìn)行高層住宅的結(jié)構(gòu)選型在進(jìn)行高層住宅的結(jié)構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)該遵循以下原則：首先，應(yīng)進(jìn)行明確合理的簡(jiǎn)圖計(jì)算和地震傳遞路線分析。其次，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)立多道抗震防線，避免出現(xiàn)因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失效導(dǎo)致整體抗震能力下降或喪失的現(xiàn)象。最后，要確保剛度和承載力的均勻分布，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中或塑性變形等現(xiàn)象，保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震、抗變形和承載能力。下面列舉出幾種結(jié)構(gòu)體系：1)框架體系。純框架結(jié)構(gòu)宜用于20

6、層以下的高層住宅建筑，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是制作安裝簡(jiǎn)單，整體剛度和承載力分布均勻, 但也存在側(cè)向剛度較小的缺點(diǎn)。2) 鋼框架支撐結(jié)構(gòu)其特點(diǎn)是能夠雙重抗側(cè)力，在遇到地震時(shí)支撐系統(tǒng)能夠避免破壞且內(nèi)力能夠重新分布到框架，這就是所謂的雙重抗震防線。該結(jié)構(gòu)的抗震原理為水平力由框架和支撐系統(tǒng)共同承擔(dān)。在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)水平力作用的情況及建筑物的高度來調(diào)整支撐數(shù)量、形式及剛度。3）鋼框架鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是其抗震性能取決于混凝土核心筒。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮核心筒的高寬比小于10，因?yàn)楦邔挶却蟮慕Y(jié)構(gòu)容易超過設(shè)計(jì)規(guī)范中要求的水平位移的極限值。該結(jié)構(gòu)在我國(guó)7度地區(qū)有廣泛的應(yīng)用，在8度地區(qū)的應(yīng)用較少。4） 筒體結(jié)構(gòu)因

7、其內(nèi)外筒均可形成較強(qiáng)抗彎剛度，也能達(dá)到鋼框架支撐結(jié)構(gòu)的雙重抗震效果，能夠較好的承受水平力，所以該結(jié)構(gòu)是高層住宅結(jié)構(gòu)中較好的受力結(jié)構(gòu)。5）巨型體系隨著城市建設(shè)的發(fā)展出現(xiàn)的新高層建筑結(jié)構(gòu)體系，它是由常規(guī)結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成的次結(jié)構(gòu)與巨型梁和巨型柱組成的主結(jié)構(gòu)共同作用不同于常規(guī)梁柱概念的新型結(jié)構(gòu)體系。2.3 高層住宅結(jié)構(gòu)中建筑基礎(chǔ)的選型關(guān)于高層住宅結(jié)構(gòu)中建筑基礎(chǔ)的選型是高層建筑下部結(jié)構(gòu)選型的重要組成部分。地基作為承受來自高層巨大載荷在受體，其結(jié)構(gòu)形式的選擇不僅關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的安全性，同時(shí)也是影響工期和造價(jià)的重要因素。高層基礎(chǔ)的選型設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足以下幾方面的要求：首先，在地震區(qū)進(jìn)行高層住宅的建設(shè)時(shí)應(yīng)選擇抗震有利

8、地段，如果條件不允許應(yīng)在進(jìn)行建設(shè)時(shí)采取可靠措施，避免地震時(shí)導(dǎo)致過量下沉或地基失穩(wěn)。其次，在進(jìn)行基礎(chǔ)的選型時(shí)應(yīng)進(jìn)行測(cè)算保證天然地基或復(fù)合地基滿足承樁要求，差異沉降量和總體沉降量在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。高層住宅的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型應(yīng)充分考慮以下因素的影響：1）對(duì)建筑用地的地質(zhì)條件進(jìn)行準(zhǔn)確合理的勘察，根據(jù)所提供的地質(zhì)資料進(jìn)行分析和判斷，掌握地質(zhì)條件的復(fù)雜和多變性，地質(zhì)條件是影響高層住宅基礎(chǔ)選型的重要因素。因?yàn)榻ㄖ玫氐牡刭|(zhì)條件還具有隱蔽性，所以在施工過程中應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)條件的變化靈活修改設(shè)計(jì)。2）因不同的上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)形式的要求也各不相同，在進(jìn)行基礎(chǔ)選型還應(yīng)充分考慮不同上層結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的要求，對(duì)于因地基不均勻沉降

9、敏感度不同的上部結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇加固或剛度較大的地基形式以保證基礎(chǔ)選型的合理性。3）因地震對(duì)高層建筑的安全性影響較大，所以抗震性能也是影響基礎(chǔ)選型的重要因素，在地震敏感區(qū)域，應(yīng)考慮基礎(chǔ)可能出現(xiàn)變形、沉降不均或傾覆等現(xiàn)象保證基礎(chǔ)選型的安全性。4）高層住宅的基礎(chǔ)選型還應(yīng)充分考慮構(gòu)造要求和使用要求，如滿足埋深、人防和地下車庫(kù)等各種建筑具體要求。5）在根據(jù)建筑的層數(shù)、高度及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、載荷大小選擇最佳基礎(chǔ)形式的同時(shí)，還應(yīng)充分考慮造價(jià)和施工條件等經(jīng)濟(jì)因素。高層住宅基礎(chǔ)形式通常有以下幾種：首先是適合土質(zhì)較好、層數(shù)不多的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)鼗鶠閹r石時(shí),可采用地錨將基礎(chǔ)錨固在巖石上,錨入長(zhǎng)度40d。其次是適合于土質(zhì)一般、層數(shù)不多的交叉梁基礎(chǔ)。再次是剛度較弱，適合層數(shù)不多土質(zhì)較弱或?qū)訑?shù)較多土質(zhì)較好的片筏基礎(chǔ)，該結(jié)構(gòu)在基巖埋置很深，地下水位較高但地表有一定承載力和一定厚度的情況下，表現(xiàn)出較樁基工期短和節(jié)省資金的優(yōu)點(diǎn)。3 關(guān)于如何優(yōu)化高層住宅結(jié)構(gòu)選型的設(shè)計(jì)3.1 對(duì)于高層住宅結(jié)構(gòu)選擇優(yōu)化的必要性通過對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)方案選擇、機(jī)構(gòu)體系及地基基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是減低工程造價(jià)成本實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益最大化的有效手段，還能使技術(shù)和方案得到進(jìn)一步的提高，緩解技術(shù)控制資本