关于高层建筑结构设计特点及体系分析
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高层建筑的常见结构形式及特点高层建筑的结构体系主要有:框架结构、框架―剪力墙结构、剪力墙结构、、框支剪力墙结构、筒体结构等。
框架结构,是由纵梁、横梁和柱组成的结构,这种结构是梁和柱刚性连接而成骨架的结构。
框架结构的优点:强度高,自重轻,整体性和抗震性好,柱网布置灵活,便于获得较大的使用空间;施工简便,较经济;框架结构的弱点:抗侧移刚度小,侧移大;对支座不均匀沉降较敏感等。
根据分析,框架房屋高度增加时,侧向力作用急剧地增长,当建筑物达到一定高度时,侧向位移将很大,水平荷载产生的内力远远超过竖向荷载产生的内力。
一般适用于10层以下、以及10层左右的房屋结构。
框架―剪力墙结构,又称框剪结构,框架-剪力墙结构体系是指由框架和剪力墙共同作为竖向承重结构的多(高)层房屋结构体系。
它是在框架纵、横方向的适当位置,在柱与柱之间设置几道钢筋混凝土墙体(剪力墙)。
在这种结构中,框架与剪力墙协同受力,剪力墙承担绝大部分水平荷载,框架则以承担竖向荷载为主,这样,可以减少柱子的截面。
剪力墙在一定程度上限制了建筑平面布置的灵活性。
框架-剪力墙结构体系则充分发挥框架和剪力墙各自的特点,既能获得大空间的灵活空间,又具有较强的侧向刚度。
所以这种结构形式在房屋设计中比较常用。
这种体系一般用于办公楼、旅馆、住宅以及某些工艺用房。
框架一剪力墙结构,一般用于25层以下房屋结构。
剪力墙结构,是由纵向、横向的钢筋混凝土墙所组成的结构,即结构采用剪力墙的结构体系。
墙体除抵抗水平荷载和竖向荷载外,还对房屋起围护和分割作用。
剪力墙结构优点是整体性好,侧向刚度大,适宜做较高的高层建筑,水平力作用下侧移小,并且由于没有梁、柱等外露构件,可以不影响房屋的使用功能。
缺点是由于剪力墙位置的约束,使得建筑内部空间的划分比较狭小,不能提供大空间房屋,结构延性较差。
因此较适宜用于宾馆与住宅。
全剪力墙结构常用于25~30层结构。
筒体结构,是用钢筋混凝土墙围成侧向刚度很大的筒体的结构形式。
高层建筑结构设计特点摘要:结构的科学合理性关系到结构的安全性及造价,况且目前的结构形式多元化,给结构设计提出了更高的要求。
本文主要对三种结构体系的设计特点进行论述。
关键词:高层建筑;结构体系;特点前言有些地区由于经济条件限制,小高层及高层建筑的结构设计比较偏向于该地区的特征,因此在进行结构设计时,应充分考虑该地区的特点,满足本地市场的需求。
现在普遍采用的结构形式有框架结构,剪力墙结构,框架-剪力墙结构,三种结构形式有利也有弊。
一、结构形式的特点(一)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。
框架结构的优点在于建筑平面布置灵活,可以用隔断墙分隔空间,住户装修时更改室内空间也容易。
最重要的是计算理论相对成熟,施工工艺也成熟,工程质量得到保证。
框架结构的设计要点:柱网布置要规整,尽可能对称;梁柱中心线宜重合,以避免偏心对节点核心区和柱子产生的不利影响;填充墙宜选用轻质墙体,宜减轻结构自重。
框架结构的合理层数一般是 6~15层,最经济的层数是 10层左右。
其缺陷在于结构抗侧力能力差,本身柔性较大等,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。
层数多了还需要截面尺寸大的梁柱,减小了使用空间,造成材料浪费。
(二)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,它空间整体性好,承载力和侧向刚度大。
合理设计的延性剪力墙具有良好的抗震性能。
在历次地震中,剪力墙结构震害较少发生,而且程度也较轻微。
在高层住宅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,但住户不能随便按照自己使用要求更改室内布局。
高层建筑结构设计特点简述0 前言随着我国经济的快速发展,高层建筑如雨后春笋,一栋栋拔地而起。
建筑的高层化和多样化发展,使得建筑结构设计方面的变化越来越多。
面对建筑类型、功能、数量的不断增加,高层建筑结构体系的多样化,高层建筑结构设计迎来了新新的机遇与挑战。
作者通过实践、总结,对高层建筑结构设计及结构体系,作出以下分析:1 高层建筑结构设计的特点1.1 决定因素是水平荷载对某一定高度楼房来说,其竖向荷载基本上是定值,但是其水平荷载随着结构动力特性的不同将有较大幅度变化,并不是定值。
由于楼房自重和建筑楼面的使用荷载在竖构件中所引起的弯矩和轴力的数值,与建筑高度成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力,却与楼房高度的平方成正比[1]。
1.2 重要设计指标是结构延性在地震作用下,高层建筑相比于低层建筑的结构变形会更大一些。
因此,为了使高层建筑结构具有较强的变形能力,避免高层建筑倒塌,一定要在其结构设计时采取相应的措施,确保高层建筑的结构具有足夠的延性。
1.3 控制指标为侧移在高层建筑结构设计中,结构侧移是关键的控制指标,这与低层建筑有很大的不同。
由于在水平荷载作用下,高层建筑结构的侧移变形与建筑高度的四次方成正比。
建筑高度越高,其结构的侧移变形将大大增加。
因此,必须在水平荷载作用下,将高层建筑结构的侧移控制在允许的限度范围内。
1.4 不能忽视轴向变形高层建筑的竖向荷载很大,其将会在柱中引起比较大的轴向变形,从而减小连续梁中间支座处的负弯矩值,增大跨中正弯矩和端支座负弯矩值。
此外,竖向荷载还会对预测构件的下料长度、构件剪力和侧移等产生影响。
2 高层建筑的结构体系现阶段高层建筑常采用的结构体系主要有剪力墙结构体系、框架一剪力墙体系以及简体体系三种,其优缺点见表1[2]。
表1 结构体系优缺点比较结构体系优缺点剪力墙结构体系侧向刚度比较优良,平面布置也很规整,对侧向风力和地震的抵抗能力较强,釆用此种结构可以建造高度远大于框架结构的建筑。
阐述高层建筑结构的特点及常见问题一、高层建筑结构的特点在高层建筑结构中,结构承受水平荷载和竖向荷载的共同作用,随着建筑物高宽比的增大、高度的增加,尽管竖向荷载对结构设计仍产生重要的影响,但水平荷载对结构产生的内力越来越大,成为结构设计时的主要控制因素,成为确定结构体系的关键性因素。
在水平荷载中,地震作用是动力作用,而风力作用则包含静力作用和动力作用,其静力部分称为稳定风,动力部分称为脉动风。
脉动风的作用会引起高层建筑的振动(简称风振),这在高层建筑结构抗风设计中必须加以考虑的。
在地震区,高层建筑基本上是受地震作用控制,所以计算地震对结构的作用是高层建筑设计的重要内容。
高层建筑结构的设计中,通常采用钢和钢筋混凝土两种材料。
二、高层建筑结构相关问题分析1、高层建筑结构设计中的消防结构设计高层建筑结构因其结构本身特点,决定了建筑结构在进行设计时具有一定的繁复性,而为了保证满足高层建筑结构复杂多样功能需求,需要在进行功能结构设计时,选用不同的建筑功能材料,其中所选用的材料多为可燃性材料,这一定程度上增加了火灾情况发生的可能性,且高层建筑之间空气流动性较强,风力大,一旦高层建筑发生火灾,极有可能在一定程度上造成火灾的扩张。
另外,高层建筑的层数越多,在进行建筑结构设计时,应将火灾线路设计成垂直形态,在这样的情况下,高层建筑人员在进行火灾疏散时可能会耗费更长时间。
在消防结构的设计中,对高层建筑进行排烟结构设计也是关于建筑结构相当重要的方面,在进行设计时,应注意将排烟结构进行合理设计,保证烟气正常排出,降低火灾发生时灾情的蔓延。
2、高层建筑结构设计中的抗风结构设计在高层建筑的设计中,其建筑的抗风性是相当重要的。
笔者认为实现抗风结构优化四个步骤:第一,进行基础设计,保证建筑结构的抗风结构,需要建筑结构具有一定的稳定性,在设计选材时,可选用级配高的砂石,保证建筑结构的填充材料密度,同时可有效防止水平方向上产生对结构倾覆性威胁;同时在结构底部进行设置时,使用抗拔锚杆,提高其应用功能,保证地基的稳固,对风力起到一定抵抗性;第二,设计耗能减振系统,在进行高层建筑结构设计时,可采用耗能减振系统,减少风荷载力对建筑物的作用力,系统的构成主要有楼板、梁柱、剪刀墙、耗能支撑等构成,减振系统的设置选材可使用具有较强粘弹性的阻尼材料,可有效提高减振系统的耗能减振作用;第三,高层建筑结构设计时,应对水平力、风荷载力以及可能发生的荷载力叠加问题进行有效解决。
高层建筑结构特点及结构选型分析潘俊发布时间:2023-05-14T02:33:58.133Z 来源:《中国科技人才》2023年5期作者:潘俊[导读] 建筑是人们生活中必不可少的部分,对建筑的结构进行设计是建筑功能发挥的重要前提,建筑的结构设计通常需要考虑很多方面、满足多种功能。
在高层建筑中,结构设计和结构选型是最主要的方式,能够充分体现出建筑的外形特征,还能够最大程度的发挥建筑各项功能。
本文从高层建筑结构特点进行介绍,分析影响建筑结构选型的主要因素,最后根据实际工程案例进行分析,从而推进高层建筑行业健康发展。
江苏文博建筑设计有限公司江苏常州 213000摘要:建筑是人们生活中必不可少的部分,对建筑的结构进行设计是建筑功能发挥的重要前提,建筑的结构设计通常需要考虑很多方面、满足多种功能。
在高层建筑中,结构设计和结构选型是最主要的方式,能够充分体现出建筑的外形特征,还能够最大程度的发挥建筑各项功能。
本文从高层建筑结构特点进行介绍,分析影响建筑结构选型的主要因素,最后根据实际工程案例进行分析,从而推进高层建筑行业健康发展。
关键词:高层建筑;结构设计;结构选型;荷载前言:现阶段,国民经济的高效增长,建筑行业获得了有效发展,由于土地资源日益紧张,各建筑单位开始建设高层建筑,并且随着城市的发展,高层建筑在城市建筑类型占比明显增加。
在对高层建筑进行结构设计时,要结合现场的实际情况,对设计施工的重点和难点进行分析,提出切合实际的、科学合理的结构设计方案,制定行之有效的措施,进而保障高层建筑的质量安全和结构稳定。
1、高层建筑结构特点建筑结构方案的选择对于建筑的施工有着至关重要的影响,关系着建筑工程的施工和质量。
在对高层混凝土建筑结构设计方案进行选择时,要根据建筑地点的实际情况以及建筑施工企业的实际情况,选择最为经济合理的结构设计方案。
相比一些底层建筑,高层建筑自身的柔性比较强,如果发生地震等灾害很容易造成建筑结构的变形。
高层建筑结构设计特点及相关应用分析1、高层建筑结构设计特点(1)轴向变形不容忽视高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大。
(2)侧移成为控制指标与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。
随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,影响结构安全,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
(3)水平荷载成为决定因素一方面,因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖构件中引起的轴力,是与楼房高度的平方成正比;另一方面,对某一定高度楼房来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
(4)结构延性是重要设计指标相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。
为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。
2、高层建筑结构设计的主要原则2.1选择合适的基础方案基础设计应根据工程地质条件,上部结构类型与载荷分布,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,必要时应进行地基变形验算。
通常情况下,同一结构单元不宜用两种不同的类型。
2.2合理选择构方案一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案,也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。
总之,工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况都要进行综合分析,并与建筑、电、水、暖等专业充分协商,在此基础上进行结构选型,确定结构方案。
2.3正确分析计算结果由于目前软件种类繁多,不同软件往往会导致不同的计算结果。
论高层建筑设计要素及结构体系【摘要】高层建筑结构设计是针对高层建筑特性的建筑结构设计,在满足安全、使用、经济与可行性的要求下,按照有关规定,对建筑结构进行总体的布置,技术经济的前提下,根据有关的设计标准,实现建筑结构的优化目标。
【关键词】高层建筑;设计要素;结构体系;适用范围前言随着城市化进程的加快,全国的高层建筑迅速增加,这在一定程度上增加了设计的难度,现代设计人员要充分认识到高层建筑的设计特点及结构体系,唯有这样才能实现设计的先进性,经济合理,安全使用,保证质量的原则。
与低层、多层建筑相比,结构体系的选择关系到建筑平面的布置、里面体形、楼高、机电管道设置及施工工期等等。
当前国内建筑的四大结构体系:框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构和筒体结构。
1、高层建筑的设计要素组成1.1 设计的主要素——水平力低层与多层的房屋结构中,以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。
高层建筑则不然,水平荷载起决定性作用。
由于建筑自重与楼面使用荷载在竖向构件中引起的轴力和弯矩的数值,与建筑高度的一次方成正比;但水平荷载对结构产生的倾覆力矩及由此在竖向构件引起的轴力是与建筑高度的二次方成正比的。
另外,对特定高度的建筑来说,竖向荷载一般是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
1.2 控制好侧移结构侧移是高层建筑设计的关键要素,随着高度的增加,水平荷载下结构的侧向变形会迅速增加,与建筑高度的4次方成正比。
另外,随着高层建筑高度的增加,轻质材料的使用,新的建筑形式与结构也随之出现,侧向位移增加,在设计中不仅要求结构具有足够的强度,还要具备足够的抗推刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在规定限度内,否则会导致以下问题的出现:首先,侧移会导致附加内力的出现,尤其是竖向构件,如果侧向位移增加,偏心增加,产生的附加内力值超过规定值,房屋侧塌就会出现。
其次,增加了居住者的恐慌心理。
最后是导致填充墙或者建筑装饰开裂,损坏设备的管道,严重的情况下可能导致电梯轨道无法运转,主体结构出现裂缝,甚至损坏。
高层建筑结构设计体系特点及问题分析摘要:随着经济的高速发展,高层建筑如春笋般拔地而起,高层建筑结构设计的是否合理,决定着高层建筑的性能,这就要求高层建筑结构设计人员不断提升自身的设计能力和水平。
本文就首先根据高层建筑结构设计的特点对其合理性进行分析,并对其设计各个阶段应注意的问题进行探讨。
关键词:高层建筑;结构设计;特点abstract: with the rapid economic development, such as the spring bamboo shoots after another high-rise buildings, high-rise building structure design is reasonable, determines the performance of high-rise building, which requires personnel structure design of high-rise building continuously improve the design ability and level. in this paper, firstly, according to the characteristics of structure design of high-rise building on its rationality is analyzed, and the design should pay attention to the various stages of the discussion.key words: high-rise building; structure design; characteristics中图分类号:[tu208.3] 文献标识码:a文章编号:1、高层建筑结构体系的特点我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定,10层或l0层以上或者房屋高度超过28m的建筑为高层建筑物随着层数和高度的增加.水平作用对高层建筑结构安全的控制作用更加显著.包括地震作用和风荷载高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗詹性能、材料用量和造价高低,与其所采用的结构体系密切相关。
高层建筑结构设计特点及常见问题分析【摘要】随着我国经济社会的飞速发展,以及城市人口的不断增加,高层建筑物越来越多的被民众所需要。
高层建筑物不仅有着多样的结构,还有丰富的功能。
因此,业主对于高层建筑物的设计和功能的要求也越来越高。
本文是对高层建筑结构的设计特点和问题做了简单的分析,也给了一点的解决措施,为以后高层建筑的设计留作参考。
【关键词】高层建筑;结构设计;设计特点;常见问题;解决措施高层建筑不仅缓解了城市土地紧张的问题,也填补了人们对现代高品质办公和住宅场所的需要。
由于轻质高强材料的研发和新的计算理论,施工技术的发展,特别是计算机结构分析手段的不断提高,更加促进了高层建筑的迅速发展。
建筑高度的增加,风格越来越多样化,给高层结构设计提出的新的课题和挑战。
高层结构设计不仅要满足大众品质的要求,还要跟上时尚的步伐。
1高层建筑结构设计特点1.1 侧移成为控制指标。
高层建筑的顶点位移限制不仅决定数值大小,还决定了其振动频率,如果层间相对位移过大,会造成结构变形,进而使建筑物受到损坏,所以位移的限制值很重要,需要严格要求。
而在高层建筑的设计过程中,建筑结构产生侧移问题是设计的关键要求,随着高度的产生,建筑的水平荷载能力也在变化,建筑物的侧移幅度也再迅速增加,为了确保高层建筑的的安全,必须把建筑结构水平荷载下的侧移幅度控制在一定限度内。
如果不加以控制,会因侧移产生加大的附加内力,尤其是属相构件。
如果侧向位移增大,偏心家具,当产生的附加内力超过控制数值时,房屋将会侧他。
其次会让居住的人感到不适和恐慌。
建筑的结构主体也会出现裂缝,设止损后。
严重的会是机电设备管道受损,电梯轨道变形无法运行,后果不堪设想。
1.2 高度预防轴向变形。
在采用框架结构的高层建筑中,框架的中柱轴压力要比边柱的轴压力大很多,因此中柱的轴受压变形也大于边柱。
当建筑物很高的时候,这种变形的差异会达到相当大的数值,其结果相当于连续梁中间呈现下沉下陷的状态,使跨中正弯矩值和两端支座弯矩值增大。
对高层建筑结构设计特点及体系的讨论摘要:高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程。
本文就高层建筑设计中的主要问题进行了讨论。
关键词:高层建筑;结构设计;结构体系abstract: the structural design of high-rise building is a long-term, complex or iterative process. this paper discussed the main issues in the design of high-rise buildings.key words: high-rise buildings; structural design; structural system中图分类号:tb482.2文献标识码:a 文章编号:2095-2104(2012)高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较,结构专业在各专业中占有更重要的位置,不同结构体系的选择,直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。
1.结构类型1.1结构的规则性新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且,新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。
”因此,结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
1.2结构的超高在抗震规范与高规中。
对结构的总高度都有严格的限制,尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为a级高度的建筑外,增加了b 级高度的建筑,因此。
必须对结构的该项控制因素严格注意,一旦结构为b级高度建筑甚或超过了b级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。
1.3嵌固端的设置由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此,在这个问题上,结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
高层建筑结构设计的特点及问题探讨摘要:随着社会经济的发展,城市化进程的加快,高层建筑逐渐成为城市建设的主体,但在建筑市场中,建筑结构设计发生着变化,尤其在高层建筑中建设结构设计成为了影响建筑物养护、建设的重要组成部分。
本文主要分析了高层建筑结构的特点,阐述了高层建设结构设计中出现的问题,提出了相应的解决措施。
关键词:高层建筑;结构设计;问题与对策高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大,而建筑结构设计方面的变化也越来越多,很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。
建筑类型与功能越来越复杂,高层建筑的数量口渐增多,高层建筑的结构体系也是越来越多样化,高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。
面对如此形势,应该把高层建筑的结构设计放在首位加以研究。
1、高层建筑的结构设计特点1.1 轴向变形不容忽视:高层建筑中,竖向载荷很大,能在柱中引起较大的轴向变形,对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大;此外还会对预测构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。
1.2 水平荷载成为决定因素:一方面,因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力,是与楼房高度的两次方成正比;另一方面,对某一定高度楼房来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。
1.3 建筑设计中的侧移幅度:在高层建筑的设计过程中,建筑结构产生侧移的问题是高层建筑结构设计的关键要素,随着高层建筑的高度不断增加,其水平荷载能力也在随之变化,建筑物结构侧移的幅度迅速增大,为了确保高层建筑的质量安全,必须把建筑结构水平载荷下的侧移幅度设计控制在一定限度之内。
关于高层建筑结构设计特点及体系分析摘要:本文围绕着高层建筑结构,总结了高层建筑结构设计的特点以及提出了高层建筑结构分析和各种体系相对应的方法,为实际高层建筑结构分析与设计提供一定参考。
关键词:高层建筑结构、结构体系、结构分析
abstract: this paper around high-rise building structure, summarizes the characteristics of high building structure design and puts forward the high-rise building structure analysis and various system corresponding methods for actual high-rise building structure analysis and design to provide certain reference.
keywords: high building structures, structural system, structure analysis
中图分类号:[tu208.3]文献标识码:a 文章编号:
前言
近年来,高层建筑越来越多,越来越多的人在设计中遇到高层建筑。
掌握高层设计的要点是我们每个结构设计人员所必须的。
经过笔者这些多年来的设计实践,发现在高层建筑结构设计过程中经常出现一些遗漏或错误。
为了避免在钢筋混凝土高层结构设计过程中少犯或不犯这些错误,现将这些常常出现的问题总结如下:
1高层建筑结构设计特点
1.1 水平荷载成为决定因素
因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与楼房高度的1次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖构件中引起的轴力,是与楼房高度的2次方成正比;所以对某一定高度楼房来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
1.2 轴向变形不容忽视
在高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整。
1.3 侧移成为控制指标
它与较低楼房不同的是,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。
随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
1.4 结构延性是重要设计指标
相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。
为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构
具有足够的延性。
2 根据不同类型高层建筑,选择合理的结构体系
2.1 结构的规则性问题
新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且,新规范采用强制性条文明确规定建筑不应采用严重不规则的设计方案。
因此,结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
2.2 结构的超高问题
在抗震规范与高规中,对结构的总高度都有严格的限制,尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为a 级高度的建筑外,增加了b级高度的建筑,因此,必须对结构的该项控制因素严格注意,一旦结构为b级高度建筑甚或超过了b级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。
在实际工程设计中,出现过由于结构类型的变更而忽略该问题,导致施工图审查时未予通过,必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况,对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
2.3 嵌固端的设置问题
由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此,在这个问题上,结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置
带来的一系列需要注意的方面,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
2.4 短肢剪力墙的设置问题
在新规范中,对墙肢截面高厚比为5~8的墙定义为短肢剪力墙,且根据实验数据和实际经验,对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制,因此,在高层建筑设计中,结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙,以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
3 高层建筑结构分析
3.1 高层建筑结构分析的基本假定
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件(框架、剪力墙、筒体等)通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。
要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。
各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。
下面是常见的一些基本假定。
3.11 弹性假定
目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。
在垂直荷载或一般风力作用下,结构通常处于弹性工作阶段,这一假定基本符合结构的实际工作状况。
但是在遭受地震或强台风作用时,高层建筑结构往往会产生较大的位移,出现裂缝,进入到弹塑性工作阶段。
3.12 小变形假定
小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。
但有不少人对几何非线性问题(pδ效应)进行了一些研究。
一般认为,当顶点水平位移△与建筑物高度h的比值△/h>1/500时,pδ效应的影响就不能忽视了。
3.13 刚性楼板假定
许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大,而平面外的刚度则忽略不计。
这一假定大大减少了结构位移的自由度,简化了计算方法。
并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。
一般来说,对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。
但是,对于竖向刚度有突变的结构,楼板刚度较小,主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况,楼板变形的影响较大。
特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。
可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。
3.14 计算图形的假定
高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形主要是三维空间分析。
二维协同分析并没有考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调(竖向位移和转角的协调),而且,忽略抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的简体结构也是不妥当的。
三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度,按符拉素夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲,有7个自由度。
3.2 高层建筑结构静力分析方法
3.21 框架一剪力墙结构
框架一剪力墙结构内力与位移计算的方法很多,大都采用连梁连续化假定。
由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件,可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。
由于采用的未知量和考虑因素的不同,各种方法解答的具体形式亦不相同。
3.22 剪力墙结构
剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。
单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。
不同类型的剪力墙,其截面应力分布也不同,计算内力与位移时需采用相应的计算方法。
剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法。
此法较为精确,而且对各类剪力墙都能适用。
3.23 筒体结构
筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类:等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析,这里主要讨论三维空间分析。
等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。
一种是只作几何分布上的连续化,以便用连续函数描述其内力;另一种是作几何和物理上的连续处理,将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板,以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。
4 结语
总之,随着高层建筑规模和型式的不断发展,追求结构形式新
颖、受力合理的目标将是结构设计工作者的目标和方向。
作为结构工程师,高层建筑结构设计中应根据实际情况做好结构分析,多做方案比较,加强优化设计的实施,高层建筑的结构设计不仅应保证高层建筑具有足够的安全性,还应保证结构的经济性、合理性。
参考文献:
1《混凝土结构设计规范》gb 50010-2008
2《建筑抗震设计规范》gb 50011-2009.
3《高层建筑混凝土结构技术规程》jgj3-2010
注:文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。