高层建筑结构设计的重点分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 高层建筑结构设计的重点分析 摘要:高层建筑是建筑行业一个发 展方向,它的意义也非同一般。从高层建 筑的结构设计特点、布置原则、基础等 方面介绍高层建筑从设计到建造的一般 过程。最后简要阐述高层建筑的发展趋 势。 中国论文网 /2/view-12895933.htm 关键词: 高层建筑结构设计 发展 趋势 Abstract：The high-rise building is the construction industry is a development direction, its meaning is unique. From the structure of the high-rise building design characteristics, principles of the layout, foundation of the introduction of the high- -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 rise building from design to construction of the general process. Finally, the article briefly expounds the development trend of the high-rise building. Keywords: high building structural design development trend 中图分类号：TU318 文献标识码： A 文章编号： 前言 随着科学的发展和时代的进步, 高层建筑如雨后春笋般的出现。从纽约 帝国大厦到世贸大楼,从上海金茂大厦到 上海环球金融中心,无一不透出高层建筑 的勃勃生命力。高层建筑的高度在一定 程度上反映了一个国家的综合国力和科 技水平,世界著名的建筑更是建筑史上的 纪念碑。但是如果高层建筑因结构设计 不清,而造成结构布置不合理,不仅会造 成大量的浪费,更重要的是给高层建筑留 下了结构质量的安全隐患。因此高层建 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 筑的结构设计就显得尤为重要了。 1 高层建筑结构发展趋势 随着城市人口的不断增加建设 可用地的减少,高层建筑继续向着更高发 展,结构所需承担的荷载和倾覆力矩将越 来越大。在确保高层建筑物具有足够可 靠度的前提下,为了进一步节约材料和降 低造价,高层建筑结构够构件正在不断更 新,设计理念也在不断发展。高层建筑结 构也正朝着结构立体化,布置周边化,体 型多样化,结构支撑化,体型多样化,材料 高强化,建筑轻量化,组合结构化,结构耗 能减震化等方向发展。 2 高层建筑的基础 高层建筑的上层结构载荷很大, 基础底面压力也很大,应采用整体性好、 能满足地基的承载力和建筑物容许变形 要求并能调节不均匀沉降的基础形式。 根据上部结构类型、层数、载荷及地基 承载力,可以用单独柱基、交叉梁基础、 筏型基础或箱型基础;当地基承载力或变 形不能满足设计要求时,可以采用桩基或 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 复合地基。 2.1 筏型基础 筏型基础也称为板式基础,多用 在上部结构荷载较大、地基承载力较低 的情况。一般有两种做法:倒肋形楼盖式 和倒无梁楼盖式。倒肋形楼盖的筏基,板 的折算厚度较小,用料较省,刚度较好,但 施工比较麻烦,模板较费。如果采用板底 架梁的方案有利于地下室空间的利用,但 地基开凿施工麻烦,而且破坏了地基的连 续性,扰动了地基土,会降低地基承载力; 采用倒无梁楼盖式的筏基,板厚较大,用 料较多,刚度也较差,但施工较为方便,且 有利于地下空间的利用。采用此种形式 的筏板,应在柱下板底或板面加墩,板底 加墩有利于地下空间的利用,板面加墩则 施工较为方便。因此选择施工方案的时 候应考虑综合因素。 2.2 箱型基础 当地基极软切沉降不均匀十分 严重时,采用筏形基础,其刚度会显得不 足,在上部结构对基础不均匀沉降敏感时 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 尤其如此,在这种情况下采用箱型基础就 较为合理。 箱型基础是由底板、顶板、外 围挡土墙以及一定的内隔墙组成的单层 或多层混凝土结构。箱型基础刚度大、 整体性好、传力均匀;能适应局部不均匀 沉降较大的地基,有效地调整基地反力。 由于地基面积较大,且埋置深度也较大, 挖去了大量土方,卸除了原有的地基自重 应力,地基承载力有所提高,建筑物沉降 减小。由于埋深较大,箱型基础外壁与土 的摩擦力增大,增大了基础周围土体对结 构的阻尼,有利于抗震。但是箱形基础的 内隔墙较多,支模等施工时间较费,工期 较长;在使用上也受到隔墙太多的限制。 2.3 桩箱和桩筏基础 在浅层地基承载力比较软弱,而 坚实土层距离地面又较深的时候,采用其 他类型的基础就不能满足承载力或变形 控制的要求。这是应当考虑采用桩基础。 桩基础由两部分组成:一是桩基 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 承台,二是桩基本身。桩承台的作用是将 上部荷载传给桩,并使桩群连成整体,而 桩又将荷载传至较深的土层中区。桩基 承台一般可利用筏形基础的底板或箱形 基础的底板。这时称这种形式的基础为 桩筏基础或桩箱基础。 桩的类型应根据工程地质资料、 结构类型、荷载性质、施工条件以及经 济指标等因素确定。桩按受力性能来区 分,有摩擦桩和支承桩两种。按施工方法 区分,有预制桩和灌注桩两种。在桩基平 台面积确定的情况下,不同桩径、不同的 桩基持力层会有不同的单桩承载力,桩的 平面随之也可以确定。当箱形或筏形基 础下桩的数量较少时,桩基布置在墙下、 梁板式筏形基础的梁下或平板式筏形基 础的柱下。桩距应尽可能的大,在充分发 挥单桩承载力的同时,还能发挥承台土反 力作用,以取得最佳效果。 3 高层建筑结构的布置原则与体 系 3.1 结构平面布置 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 平面形状简单、规则、对称尽 量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭 转效应大,会加大端部构件的位移,导致 应力集中。平面突出部分不宜过长。扭 转是否过大,可用概念设计方法近似计算 钢心、质心及偏心距后进行判断,还可以 比较结构最远边缘处的最大层间变形和 质心处的层间变形,其比值超过 1.1 者,可 以认为扭转太大而结构不规则。 高层建筑不应采用严重不规则 的结构布置,当由于使用功能与建筑的要 求,结构平面布置严重不规则时,应将其 分割成若干比较简单、规则的独立结构 单元。对于地震区的抗震建筑,简单、规 则、对称的原则尤为重要。 3.2 剪力墙结构体系 剪力 墙是高层住宅最常用的结构体系, 采用 剪力墙结构可以减少非承重隔墙数量, 一般用钢量比框剪结构少, 而且室内无 外露梁柱, 用户比较喜欢。剪力墙结构 体系是以一系列剪力墙纵横相交, 既作 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 为承重结构又作为分间隔断墙。由于墙 体纵横交错, 比框架结构中的刚度大得 多。这是抵抗高层建筑风荷载及地震力 水平荷载的有利条件, 这种体系的缺点 是由于剪力墙组成许多小开间, 虽然结 构的整体性较强, 但平面布局受到了严 格的约束。 3.3 框 架轻体墙结构和框架剪力墙混合结构体 系 这种 体系能使高层住宅大幅度降低自重, 又 能使内部空间分隔有更大的灵活性, 因 而在国内被广泛使用。但由于框架体系 刚度不大, 建筑越高, 这一弱点就越明 显, 抗高空风荷载和抗地震的能力也较 低。因而往往在框架结构体系中的适当 部位增加剪力墙, 以辅助框架结构之不 足, 此外, 框架柱常常要在室内外露, 影 响了用户的使用效果, 而采用异形框架 柱, 结构计算又比较复杂。 3.4 筒 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 形结构体系 超过 30 层以上的高层建筑受到较大的侧力, 为一般结构体系所不能承受, 而筒形结 构的刚度较大, 中央设有井筒, 外围设 置的柱子形成筒状柱网, 核心井筒与周 围框架共同工作, 形成抗侧力极强的结 构体系。核心井筒作为电梯间、楼梯间、 设备管道间使用。井筒与四周钢筋混凝 土柱网之间有横梁或板联系。全部的内 隔墙为轻质墙, 外墙为保温的围护墙。 内外筒之间可以自由分隔, 十分灵活。 3.5 其他结构体系 高层建筑的新结构体系大部分 是探索性的, 如筒中筒结构的发展, 或 者束状筒的组合, 外筒桁架交错, 以中 心井筒悬挂式结构以及很高的桁架梁的 体系等。 4 结构设计特点 4.1 水平载荷是设计的主要因素 高层结构总是要同时承受竖向 载荷和水平载荷作用。载荷对结构产生 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 的内力是随着建筑物的高度增加而变化 的,随着建筑物高度的增加,水平载荷产 生的内力和位移迅速增大。 4.2 侧向位移是结构设计控制因 素 随着楼房高度的增加,水平载荷作 用下结构的侧向变形迅速增大,结构顶点 侧移与建筑高度的四次方成正比,设计高 层建筑结构时要求结构不仅要具有足够 的强度,还要具有足够的抗推强度,使结 构在水平载荷下产生的侧移被控制在范 围之内。 4.3 结构延性是重要的设计指标 高层建筑还必须有良好的抗震 性能,做到“小震不坏 ,大震能修。 ”为此,要 求结构具有较好的延性,也就是说,结构 在强烈地震作用下,当结构构件进入屈服 阶段后具有较强的变形能力,能吸收地震 作用下产生能量,结构能维持一定的承载 力。 4.4 轴向变形不容忽视 高层结构竖向构件的变位是由弯 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 曲变形、轴向变形及剪切变形三