關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的研究

1、關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的研究    摘要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的高層建筑出現(xiàn)在了我國各地。并且隨著建筑功能和類型的多樣化、建筑高度的增加以及建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，如何解決好城市高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計就變成了一個擺在全國建筑設(shè)計師眼前的重要問題。本文旨在對我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中所面臨的主要問題進行全面探討，并提出作者自己的想法和建議。 關(guān)鍵詞：高層建筑建議 結(jié)構(gòu)設(shè)計 Abstract: With the development of our national economy, more and more high-rise buildings appea

2、r in our country. And along with the construction function and type diversification, the height increasing and building structure complicated, how to solve the city high-rise building structure design become the important problems that the national building designers present. This paper is to conduc

3、t a comprehensive study on the main problems of Chinese high-rise building structure design, and it puts forward the author his own ideas and suggestions. Key words: high-rise building; proposal; structure design 中圖分類號: TU3 文獻標(biāo)識碼:A文章編號：2095-2104（2012） 1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的特征1 與其它一般建筑相比，結(jié)構(gòu)設(shè)計在高層建筑設(shè)計中占有很重要地位，這

4、是由于高層建筑的許多技術(shù)參數(shù)，諸如：建筑物的平面、立體、高度、外形、工程成本以及施工條件等都與結(jié)構(gòu)形式的選擇密切相關(guān)，錯誤的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計不僅會降低建筑的使用功能和使用壽命，甚至影響建筑物的穩(wěn)定性和抗震能力，嚴(yán)重影響建筑物安全。其主要特征有以下幾個方面： 11水平荷載的影響明顯 對于普通房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計的選擇在很大程度上由結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生的重力決定。而對于高層建筑，起決定性作用的則是建筑所受到的水平荷載情況。這是因為在豎構(gòu)件中，樓面的工作荷載和建筑所受重力所引起的軸向力和彎矩的數(shù)值與建筑高度成一次方的正比例關(guān)系；而由于水平荷載對豎構(gòu)件引起的軸向力，則與建筑的高度成兩次方的正比例關(guān)系。一般情況

5、下風(fēng)荷載和地震是最重要的水平荷載影響因素，它的大小與建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性有關(guān)，是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮的重要內(nèi)容。 12結(jié)構(gòu)側(cè)移 隨著樓房高度的增加，在高層建筑中，由水平荷載造成的結(jié)構(gòu)側(cè)向位移會隨著樓層的增加而急劇上升，其與建筑物的高度成4次方的正比例關(guān)系。而且側(cè)向位移的增大情況還會受到新的建筑材料或者技術(shù)應(yīng)用的影響。側(cè)向位移的控制，直接影響著居住人員舒適感和建筑裝飾材料的使用壽命，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)建筑物倒塌等重大安全問題，對人員的生命和財產(chǎn)安全造成重大損害。因此結(jié)構(gòu)的水平荷載情況是高層建筑安全的重要指標(biāo)，其數(shù)值應(yīng)該被嚴(yán)格限制在國家規(guī)定的安全范圍之內(nèi)。 13結(jié)構(gòu)的抗震性能2 具有良好的抗震性

6、能是對高層建筑設(shè)計的基本要求，具體來說就是小震不壞，大震不倒。在抗震設(shè)計中，建筑設(shè)計師必須綜合考慮常規(guī)設(shè)計中的基本元素，諸如：風(fēng)載荷，環(huán)境載荷以及豎向載荷等。還要考慮有可能會出現(xiàn)的地震載荷的影響，使得建筑物具有良好的抗震安全性。尤其是在我國處于地震帶地區(qū)的高層建筑，其抗震性能必須達(dá)到或高于國家強制標(biāo)準(zhǔn)。 2、當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題 21設(shè)計高度 我國對各種常見的建筑結(jié)構(gòu)體系有著一系列的高度使用標(biāo)準(zhǔn)，具體規(guī)范可查詢我國現(xiàn)行的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ32002)。它的制定主要是綜合考慮了建筑的經(jīng)濟性與適用性，另外我國的現(xiàn)實國情和建筑技術(shù)情況也對高層建筑的設(shè)計高度有著重要制約作用。由于我

7、國許多高層建筑物的修建早于這一標(biāo)準(zhǔn)的頒布，再加上規(guī)范并沒有獲得嚴(yán)格的執(zhí)行，因此實際上我國有許多高層建筑的高度超過了這個限制。 22抗?fàn)幮阅?由于我國的具體國情，對建筑物的財力投入相對國外來說較少，這直接導(dǎo)致了我國建筑的抗震標(biāo)準(zhǔn)較低。不僅如此，由于我國關(guān)于建筑物抗震能力的計算方法和國外不同，實際上導(dǎo)致了我國建筑物的抗震能力與同類型的國外建筑相比較差；在一系列保證抗震延性的要求上，比如：使用配筋的比率、軸壓比、梁柱承載力匹配等參數(shù)上，也與外國不同。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，過去較低的建筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)帶來了越來越大的經(jīng)濟損失。 23選材及結(jié)構(gòu)問題 在地震多發(fā)區(qū)，工程師首先要考慮的一個問題就是采用何種建筑材料或

8、結(jié)構(gòu)體系。據(jù)統(tǒng)計高達(dá)85以上的地震作用力由結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒承受。因此做好對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值控制是保證高層建筑抗震性能的重要要求。 3、如何改善高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計 31選擇適合的材料和結(jié)構(gòu)形式3 根據(jù)結(jié)構(gòu)采用的材料不同，高層建筑的可分為以下四種結(jié)構(gòu)體系：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)體系，鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)體系鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)系。而根據(jù)所采用的結(jié)構(gòu)形式不同，可以將高層建筑結(jié)構(gòu)分為框架式結(jié)構(gòu)體系，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系，剪切力墻式結(jié)構(gòu)體系。高度低于60m的建筑可以利用柱或梁等附加結(jié)構(gòu)作為承受豎向和水平荷載的結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)體系適應(yīng)于高層建筑，它是利用建筑的墻體來承受側(cè)向力和豎向載荷。它具有強

9、度大，良好的整體性以及受水平力作用的變形小等特點，但是由于其具有建筑內(nèi)部死板的平面布置要求，故不適合應(yīng)用在公共建筑中；架一剪力墻結(jié)構(gòu)體是利用框架和剪力墻的組合，它廣泛使用于高層建筑中，具有良好的實用性，靈活的布局以及出色的抗震力學(xué)性能。 32對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行優(yōu)化設(shè)計45 (1)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度可以通過增加抗彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度來獲得提高。在高層建筑結(jié)構(gòu)中增加有效寬度可以增大結(jié)構(gòu)的抵抗力臂，從而將傾覆力減小。從材料力學(xué)的原理可以了解到，同樣面積、抗傾覆力與結(jié)構(gòu)的寬度的關(guān)系不同，可以獲得互不相同的幾何特征。比如：在同等面積下，矩形截面的截面慣性矩要小于工字形截面，圓形截面則小于前面兩種截面。這就是為什

10、么增加結(jié)構(gòu)有效寬度后，整個結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度得到很大提高。 (2)剪力墻的超筋。一般在分析軟件中設(shè)定的剪力墻的暗柱最大配筋率是5，而現(xiàn)行的各規(guī)范給出剪力墻主筋的配筋面積時，是以邊緣構(gòu)件方式說明的，沒有給出最大配筋率。所以可以結(jié)合實際情況考慮程序給出的剪力墻超筋的警告信息；如果結(jié)構(gòu)在水平地震力作用下抗剪承載力不夠，就會表現(xiàn)出剪力墻連梁超筋。 33變形縫的設(shè)置678 (1) 設(shè)置沉降縫。沉降縫應(yīng)當(dāng)設(shè)置在建筑物的下列位置：地基土具有明顯的壓縮性變化的地方；建筑物具有復(fù)雜平面結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)折部位；地下室的邊界處；建筑結(jié)構(gòu)變化處；大尺度的磚石承重結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的某些位置；高度和荷載均有變化處；地基基礎(chǔ)處

11、理方法不同處。 (2) 設(shè)置伸縮縫。當(dāng)建筑的排架結(jié)構(gòu)柱高(從建筑物的基礎(chǔ)頂面算起)低于5m時，應(yīng)當(dāng)適度減小縮縫間距。 4、結(jié)語 對于建筑設(shè)計師來說，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項涉及到許多考慮因素和設(shè)計技術(shù)的綜合性工作。它有著巨大的應(yīng)用前景和意義。隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，建筑業(yè)勢必向著高層建筑逐漸普及的方向發(fā)展，因此國家對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求將會越來越高。在設(shè)計高層建筑的具體結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)工程師必須從結(jié)構(gòu)的安全性能、使用功能、建筑的美觀等方面進行綜合考慮，合理運用建筑學(xué)理論知識來處理實際設(shè)計中遇到的各種問題，才能設(shè)計出安全合理的高層建筑結(jié)構(gòu)。 參考文獻 1 黃輝亮. 淺析當(dāng)前我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與選型J. 知識經(jīng)濟. 2011(10) 2 房國府. 高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計J. 中國高新技術(shù)企業(yè). 2010(33) 3 吳曉琳.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與特點J. 中國高新技術(shù)企業(yè). 2009(11) 4 張卓. 淺談高層建筑