探讨高层建筑结构设计应用及常见问题

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 探讨高层建筑结构设计应用及常见 问题 摘要：随着我国城市化建设进程 的加快，城市人口的高度集中，造成城 市的土地日趋紧张，促进了高层建筑物 的不断发展。本文对高层建筑结构设计 进行了论述。 中国论文网 /2/view-12908078.htm 关键词：结构体系高层建筑结构 设计 TU208.3 一 常见的高层结构体系介绍 在高层建筑中，抵抗水平力是设 计的主要矛盾，因此抗侧力结构体系的 确定和设计成为结构设计的关键问题。 常见的结构体系有下列五种，即框架结 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力 墙结构体系、筒体结构体系、巨型结构 体系。在此，笔者对这五种结构体系做 出了简单的介绍。 1.1 框架结构体系 框架结构体系一般用于钢结构和 钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点 构成承载结构，框架形成可灵活布置的 建筑空间，具有较大的室内空间，使用 较方便。由于框架梁柱截面较小，抗震 性能较差，刚度较低，建筑高度受到限 制；剪切型变形，即层间侧移随着层数 的增加而减小；框架结构主要用于不考 虑抗震设防、层数较少的高层建筑中。 在考虑抗震设防要求的建筑中，应用不 多；高度一般控制在 70m 以下。 1.2 剪力墙结构体系 利用建筑物墙体作为承受竖向荷 载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙 结构体系。剪力墙结构体系于钢筋混凝 土结构中，由墙体承受全部水平作用和 竖向荷载。根据施工方法的不同，可以 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 分为：全部现浇的剪力墙；全部用预制 墙板装配而成的剪力墙；内墙现浇、外 墙为预制装配的剪力墙。 1.3 框架- 剪力墙结构（框架 - 筒体结构）体系 在框架结构中设置部分剪力墙， 使框架和剪力墙两者结合起来；取长补 短；共同抵抗水平荷载，就组成了框架 - 剪力墙结构体系。如果把剪力墙布置 成筒体，又可称为框架-筒体结构体系。 框架- 剪力墙（筒体）结构比框架结构 的刚度和承载能力都大大提高了，在地 震作用下层间变形减小，因而也就减小 了非结构构件的损坏。 1.4 筒体结构体系 单个筒体可分为实腹筒、框筒和 桁筒。平面剪力墙组成空间薄壁筒体， 即为实腹筒；框架通过减小肢距，形成 空间密柱框筒，即框筒；筒壁若用空间 桁架组成，则形成桁筒。实际结构中除 烟囱等构筑物外不可能存在单筒结构， 而常常以框架- 筒体结构、筒中筒结构、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 多筒体结构和成束筒结构形式出现。 1.5 巨型结构体系 巨型结构一般由两级结构组成。 第一级结构超越楼层划分，形成跨若干 楼层的巨梁、巨柱（超级框架） 或巨 型衍架杆件（超级衍架） ，以这巨型结 构来承受水平力和竖向荷载，楼面作为 第二级结构，只承受竖向荷载并将荷载 所产生的内力传递到第一级结构上。常 见的巨型结构有巨型框架结构和巨型桁 架结构。 二 结构设计中应该注意的问题 2.1 合理的剪力墙布置和剪力墙 的合理数量 1）剪力墙合理数量确定 可以采用层结构截面面积（即剪 力墙截面面积 Aw 和柱截面面积 Ac 之 和）与楼面面积 Af 之比，剪力墙截面 面积 Aw 与楼面面积 Af 之比从一些设 计较合理的工程来看（Aw+Ac）/Af 值 和 Aw/Af 值大约在表 1 范围之内： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 对于层数多，高度大的框架剪 力墙结构，宜取表中的上限值。上表中 为剪力墙纵横两个方向的总量，两个方 向剪力墙的数量宜相近。 2）剪力墙的布置 一般情况下，剪力墙宜布置在以 下部位：竖向荷载较大处；平面形状变 化处；楼梯间和电梯间。当楼面有较长 的外伸端时，宜在外伸端的适当位置设 置剪力墙。纵横向剪力墙宜合并布置为 L 形、T 形和口字形，以提高其强度和 刚度。剪力墙的单个墙肢长度不宜大于 8m，以免因剪切而破坏；对于过长的单 片墙可以留出结构洞口，划分为联肢墙 的两个墙肢。如果建筑上不需要这个洞 口，可以在施工完毕后用轻质材料封闭。 另外，设剪力墙之后，框架柱应予以保 留，作为剪力墙的端部翼缘，剪力墙端 部钢筋配置在柱截面内，端柱能加强剪 力墙的承载力和稳定性。尽量设置明框 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 梁，如果建筑功能上确实无法设置明梁 时应设置暗梁，暗梁的高度与明梁的相 同，纵筋与箍筋也与明梁相同，配置在 墙身内。 2.2 有关系数的取值 1）主坐标系的旋转角 AG 对于比较复杂的平面，常在计算 完一个方向 XOY 以后，转动一个角度 AG（0）再计算一次。此时不再修 改数据，但应注意此情况下不应利用结 构的对称性，而且风荷载重新修改。 2）考虑藕连振动和选择振型数 量 在一般情况下，可以不考虑弯扭 藕连振动，此时较规则结构可用 3 个振 型，竖向体型复杂、顶部有高塔时，宜 用 6 个振型。当平面极不规则时，可采 用考虑弯扭藕连振动的振型组合方法。 采用 915 个振型。 3）连梁的刚度调整系数 BEC 一端或两端与剪力墙相连的连梁， 截面高，跨度小，刚度大，配筋比较困 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 难。为此，允许考虑连梁出现裂缝，刚 度降低以减少其弯矩和剪力。但为防止 裂缝过宽，BEC 不应小于 0.55。为了避 免把有些跨度较大的梁或跨度虽然不是 很大，但与剪力墙平面外相连的梁刚度 折减太大而偏于不安全，设计时要指明 非连梁，如果配筋还是很困难时，还可 以在刚度足够满足水平位移限值的条件 下，降低连梁的高度，通过减小刚度而 降低内力。 4）梁端弯矩调幅系数 BEK 梁在竖向荷载作用下的负弯矩可 予以降低，以免配筋困难，调幅系数 BEK 可取 0.80.9，不调时为 1.0，梁 端负弯矩调幅后，梁跨中正弯距相应增 大。水平力作用下的弯矩不能调幅。 2.3 梁的扭矩问题 梁在空间受力状态下承受扭矩。 虽然梁出现扭转裂缝后抗扭刚度大大降 低而使扭矩减小，但在正常使用下梁处 于弹性状态，所以抗扭刚度本身不予折 减。但由于在截面作受扭承载力验算时， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 梁只考虑了矩形部分，板的作用并没有 考虑，所以梁承受的扭矩只是总扭矩的 一部分。目前，大多数建筑的楼面为现 浇板，因此，现浇楼面梁在设计时，扭 矩设计值可以折减，折减系数为 0.41.0。在具体设计时应注意梁的周 边无板的梁的抗扭；装配式楼盖或独立 梁的扭矩不应折减。 2.4 框架剪力墙结构中，框架 剪力的调整 在三维空间程序 TBSA 计算中采 用了楼板平面内刚度无限大的假定，即 认为楼板在自身平面内是不变形的。但 是在框架- 剪力墙结构中。作为主要侧 向支承的剪力墙间距很大，实际上楼板 是会变形的，变形的结果将会使框架部 分的水平位移大于剪力墙的水平位移， 相应地，框架实际承受的水平力大于采 用刚性楼板假定的计算结果。更为重要 的是，剪力墙的刚度大，承受了大部分 的水平力。因而在地震作用下，剪力墙 会首先开裂，刚度降低，从而使一部分 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 地震力向框架转移，框架受到的地震作 用会显著增加。 另外，由内力分析可知，框架剪 力墙结构中的框架，受力情况不同于纯 框架结构中的框架，它下部楼层的计算 剪力很小，到底部接近于零。显然直接 按照计算的剪力进行配筋是不安全的， 必须予以适当的调整，使框架具有足够 的抗震能力，使框架成为框架剪力墙结 构的第二道防线。 具体设计时对于底层大底盘结构 应对裙房部分和上部主体部分分别进行 调整；还有结构沿竖向变化很大，平面 不规则的结构在调整时应加以分析，例 如作者在做某小区高层建筑结构设计时， 该工程地下 2 层，地上 25 层。第 25 层 为水箱间，该层为斜塔式，垂直高度为 11 米左右，地面以上至水箱间楼板的高 度为 96m。该小区设防烈度为 7 度，框 架和剪力墙的抗震等级均为 2 级， 2122 层山墙两端跨各缩进 3.90m，23 层平面又有缩进，而且该工程高宽比超 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 限，为此，剪力墙布置的比较多，建筑 面积不大，相对来说柱子显得不