高层建筑结构设计.doc

高层建筑结构设计我高层建筑结构设计的认识高层建筑是具有一定层数和高度的建筑。高层建筑的起点高度和层数，各国规定不一。1927年，国际高层建筑会议将高层建筑分为4类：第一类高层建筑为9-16层（50m）第二类高层建筑为17-25层（75m）第三类高层建筑为26-40层（100m）第四类高层建筑为40层以上（高于100m）高层建筑有几种不同的分类方式，第一：根据高层建筑的使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度等，高层民用建筑防火设计规范（GB500451995）（2001年版）将高层分为两类。一类 建筑为19层以及19以上那个的普通住宅和达到高层标准的高级住宅或建筑高度超过50m，每层建筑面积超过1500平米的商业住宅和比较重要的公共建筑；第二类为10层至18层的普通住宅和建筑高度不超过50m，每层建筑面积较小的其他公共建筑。第二根据高层功能，高层建筑可分为高层住宅、高层旅馆、共性建筑。第三按建筑结构的使用材料不同高层建筑又可分为刚筋凝土结构、钢结构和钢-混凝土混合结构三种类型。高层建筑设计概念是指理论实验研究结果和工经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程。高层建筑各构件具有不同的设计特点，梁一般指承受垂直于纵向荷载的线性构件，柱承受垂直荷载的线性构件，墙主要承受平行于墙面方向荷载和垂直于墙面荷载的竖向构件，板具有较大平面尺寸，但厚度相对较小的平面型结构构件等等。另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：1.因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。2.使居住人员感到不适或惊慌。3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。4.使主体结构构件出现大裂缝，甚至破坏。抗震设计要求更高，有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要，高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力。概念设计与理论计算同样重要 。震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的，尽管分析手段不断提高，分析的原则不断完善，由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。在设计中把握好高层建筑的概念设计是很重要的。概念设计的意义能做到结构功能与外部条件一致充分展现先进的设计发挥结构的功能，并取得与经济性的协调更好地解决构造判断计算设计的合理性。选择合适的基础方案基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型及荷载分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案。设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时还应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺地质报告的小型建筑也应进行现场查看和参考邻近建筑资料。一般情况下，同一结构单元不宜采用两种不同的类型。合理选择结构方案一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案。结构体系应受力明确，传力简捷，同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。高层建筑的结构体系，高层建筑结构设计原则可分为两种，一种钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，做到安全适用、技术先进、经济合理，并积极采用新技术、新工艺和新材料。另一种高层建筑结构设计应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。 高层建筑结构体系及适用范围，目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等。1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。框架结构的缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。框架结构的适用范围：框架结构的合理层数一般是6到15层，最经济的层数是10层左右。2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为剪力墙，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量省。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，故，在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。 3.框架剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力。 4.筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有：框架筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒，由它受大部分水平力，周边布置大柱距的普通框架，这种结构受力特点类似框架剪力墙结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒为密柱组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门密洞口面积小，因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空间整体作用，类似一个多孔的竖向箱形梁，有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦（88层、420.5米）、广州中天广场大厦（80层、320米）都是采用筒中筒结构。巨型结构是由若干个巨柱以及巨梁组成一级巨型框架，承受主要水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成二级结构，它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。除以上介绍的几种结构体系外，还有其他一些结构形式，也可应用，不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架剪力墙和筒体等四种结构。总之，必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，在此基础上进行结构选型，确定方案，还应进行多方案比较。选用恰当的计算简图结构计算是在计算简图的基础上进行的，因此选择恰当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是理想的刚结或铰结点，但