高层建筑结构中常见的问题及其对策

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 高层建筑结构中常见的问题及其对 策 摘要：高层建筑的竖向结构体系 从上到下一层层地传递累积的重力荷载， 因此要求较大的柱或墙截面来承受这些 荷载。从分析高层建筑结构的设计特点 出发，以高层建筑结构设计理论为基础， 对影响高层建筑结构主要因素进行了深 入的分析研究。 中国论文网 /2/view-12911474.htm 关键词：高层建筑，结构设计， 结构体系 引言 在发达国家，大多数高层建筑采 用钢结构，在我国，随着建筑物高度的 增加，也有采用钢结构的高层建筑，由 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 于钢筋混凝土和钢结构均各有所长，又 各有所短，所以更为合理的结构是同时 采用钢和钢筋混凝土材料的组合结构， 这种结构可以使两种材料互相取长补短， 取得经济合理，技术性能优良的效果， 本文分析了高层建筑结构设计过程中常 见的几个问题及其对策。 在高层建筑的设计中，通常采用 钢和钢筋混凝土两种材料。钢筋混凝土 结构造价低，材料来源丰富，可浇注成 各种复杂断面形状，可组成多种结构体 系，可节省钢材，承载能力也不低，经 过合理设计，可获得较好的抗震性能。 它主要缺点是构件断面大，占据面积大， 自重大。而钢材强度高，韧性大，易于 加工；高层钢结构具有结构断面小，自 重轻，抗震性能好，钢结构构件可在工 厂加工，能缩短现场施工工期，施工方 便。但是高层钢结构用钢量大，造价很 高，而且耐火性能不好，需要用大量防 火涂料，增加了工期和造价。 1 高度问题及其对策 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 按我国现行高层建筑混凝土结 构技术规程(JGJ3-2002)规定综合考虑 经济与适用的原则，给出了各种常见结 构体系的最大适用高度，详见下表。 这个高度是在我国目前建筑科研 水平、经济发展水平和施工技术水平下， 较为稳妥的，也是与目前整个土木工程 规范体系相协调的。可实际上，已有许 多混凝土结构高层建筑的高度超过了这 个限制，如:采用组合结构体系的金茂大 厦，高达 420.15m(建筑高度)；采用混 凝土结构体系的中信广场，也高达 322m(建筑高度) 。对于超高限建筑物， 应当采取科学谨慎的态度。因为在地震 力作用下，超高限建筑物的变形破坏性 态会发生很大的变化，随着建筑物高度 的增加，许多影响因素将发生质变，即 有些参数本身超出了现有规范的适宜范 围，如安全指标、延性要求、材料性能、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 荷载取值、力学模型选取等。 2 材料的选用和结构体系问题及 其对策 在地震多发区，采用何种建筑材 料或结构体系较为合理应该得到人们的 重视。我国 150m 以上的建筑，采用的 三种主要结构体系：框一筒、筒中筒和 框架一支撑，这些也是其他国家高层建 筑采用的主要体系。但国外特别在地震 区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混 凝土结构及混合结构占了 90%。如此高 的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外 都还没有经受较大地震作用的考验。混 合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受 80%以 上的地震作用剪力，有的高达 90%以上。 由于结构以钢筋混凝土核心筒为主，变 形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值 为基准。但因其弯曲变形的侧移较大， 靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移， 不仅增大了钢结构的负担，而且效果不 大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或 设置伸臂结构，形成加强层才能满足规 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 范侧移限值。此外，在结构体系或柱距 变化时，需要设置结构转换层。加强层 和转换层都在本层形成大刚度而导致结 构刚度突变，常常会使与加强层或转换 层相邻的柱构件剪力突然加大，且加强 层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连 接处很难实现强柱弱梁。因此在需要设 置加强层及转换层时，要慎重选择其结 构模式，尽量减小其本身刚度，减小其 不利影响。 在高层建筑中，根据现在我国建 筑钢材的类型、品种和钢结构的加工制 造能力，建议尽可能采用钢骨混凝土结 构、钢管混凝土(柱) 结构或钢结构，以 减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性 能。在超过一定高度后，为减小风振， 钢骨(钢管 )混凝土通常作为首选。采用 格构式的型钢时，震害严重，采用实腹 式的热轧型钢或焊接工字钢的，则震害 要减小许多。 3 轴压比与短柱问题及其对策 在钢筋混凝土高层建筑结构中， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面 很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。 即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不 能明显减小。限制柱的轴压比是为了使 柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未 达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形 能力小，则结构的延性就差，当遭遇地 震时，耗散和吸收地震能量少，结构容 易被破坏。但是在结构中若能保证强柱 弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子 进入屈服的可能性就大大减少，此时可 放松轴压比限值。另外，许多高层建筑 底部几层柱的长细比虽然小于 4，但并 不一定是短柱。因为确定是不是短柱的 参数是柱的剪跨比，只有剪跨比小于 2 的柱才是短柱。有专家学者提出现行抗 震规范应采用较高轴压比。但是即使能 调整轴压比限值，柱断面并不能由于略 微增大轴压比限值而显著减小。因此在 抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是 否合理值得商榷。 4 抗震问题与构造设计措施 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 现在许多专家学者提出，现行的 建筑结构设计安全度己不能适应国情的 需要，认为我国“ 取用了可能是世界上 最低的结构设计安全度” 并主张 “建筑结 构设计的安全度水平应该大幅度提高”。 此外，对于“ 小震不坏，中震可修，大 震不倒”这个抗震设计原则，在新形势 下也有重新审核的必要。我国现行抗震 设防标准是比较低的，当取 50 年为分 析年限时，小震烈度对应的被超越概率 为 63.2%，重现期为 50 年，中震烈度 对应的被超越的概率为 10%，重现期为 475 年，大震对应的被超越的概率为 2%左 右，重现期为 2000 年左右，同时规定 抗震设防烈度与设计基本地震加速度的 对应关系。 设防标准低的根本原因在于国家 财力物力有限。我国建筑结构抗震设计 除了设防烈度较低外，具体抗震计算方 法和构造规定的安全度也不如国外，在 配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一 系列保证抗震延性的要求上，与外国相 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 比，也有异同，其中的 8 度区，我国就 明显不如外国严格。随着社会财富的增 长，结构失效带来的损失愈来愈大，加 之结构造价在整个投资中的比例下降， 因而结构在设防烈度下应该采用弹性设 计，特别是高烈度区要有严格的抗震措 施与抗震构造措施来保证结构的安全。 5 结语 高层建筑设计有如下一些特点:水 平荷载起控制作用，侧面位移必须加以 限制，轴向变形在侧移中占有很大的份 额。所以在结构体系选型时应充分考虑 这几个特点。对于低层、多层或高