浅谈高层建筑结构设计
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浅谈高层建筑的结构设计的研究摘要:随着国民经济的快速发展,人民生活水平的不断提高,功能齐全的高层建筑越来越多。
高层建筑的结构的稳定、美观越来越受到人们的关注,同时也给了建筑结构设计师更高的要求。
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。
文章通过阐述述高层建筑结构设计的四个特点即水平荷载成为决定因素、轴向变形不容忽视、侧移成为控制指标、结构延性是重要设计指标。
以及结构设计的结构选型、地基与基础设计、结构计算与分析等不同方面来介绍高层建筑的结构设计。
关键词高层建筑就;结构设计;结构选型abstract: with the rapid development of national economy, of people living standard rise ceaselessly, complete functions of more and more high-rise buildings. the high-rise building structure stability, appearance has attracted more and more attention, but also to the building structure designer higher requirements. high rise building at present in our city construction proportion is larger and larger, and the structural design changes are more and more, a lot of new structure design to the rapid pace of present in our city construction in. this paper describes the structure designof high-rise building ‘s four characteristics namely horizontal load become the determinant, the axial deformation can not be ignored, lateral displacement becomes the control index, the ductility of the structure is the important design index. and the structure design of the structure selection, foundation design, calculation and analysis of different aspects to introduce the high-rise building structure design. key words: high-rise building; structure design; structure type中图分类号:tu208.3]文献标识码:a 文章编号:2095-2104(2012)前言随着高层建筑在我国的迅速发展,建筑高度的不断增加,建筑类型与功能的愈来愈复杂,结构体系的更加多样化,同时高层建筑由于高度、规模、投资与复杂性等逐步增大,结构设计所面临的对象及其所处环境、需考虑解决的问题及所用的知识日趋复杂,高层建筑结构设计的难度与重要性也在不断增大、建筑耗费的人力、财力、物力也同等增加。
浅谈高层建筑结构的概念设计摘要:随着我国经济的发展,城市的发展有横向发展转化为立体发展,高层建筑越来越受到人们的重视,怎样使高层建筑更好的满足社会的需求。
通过分析高层建筑结构的受力性能,阐述了结构概念设计方法,可对建筑师和结构工程师在建筑方案设计时的结构选型起指导作用,而建造出适用、安全、经济、美观的现在高层经济。
关键词:概念设计;高层建筑;抗震设计近年来我国的建筑设计水平有了很大的提高。
大量的工程实践表明:对高层建筑而言,在设计前期通过建筑师与结构工程师的密切配合,正确运用结构概念,对主要结构体系有比较地选择,就能创作出一个性能良好、造价经济、令人满意的建筑方案,为后续工作打好坚实的基础。
本文试图对高层建筑的结构设计概念及设计方案中的结构抗震设计作一论述。
一、概念设计的重要性概念设计是展现先进设计思想的关键,一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计,并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。
大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天,对计算机结果明显不合理、甚至错误而不能及时发现。
随着年龄的增长,导致他们在大学所的那些孤立的概念都被逐渐忘却,更谈不上设计成果的不断创新。
强调概念设计的重要,主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性,比如对混凝土结构设计,内力计算是基于弹性理论的计算方法,而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法,这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远,为了弥补这类计算理论的缺陷,或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计,都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。
二、高层建筑结构一般概念设计高层建筑的结构性能与一般中、低层建筑有所不同,必须引起设计人员的重视。
在混凝土和钢结构设计中,在不增加更多成本的前提下,只要我们遵守下列基本原则,按照高层建筑的结构概念进行结构布置,就能够增加高层建筑抵抗侧向力和变形的能力:一是增加抗弯结构体系的有效宽度,因为增加宽度可以直接减小倾覆力矩,并且当其它条件不变时,变形按宽度增加的三次方比例减小。
浅谈高层建筑结构设计作者:徐展来源:《城市建设理论研究》2014年第11期摘要:随着建筑技术不断前进以及土地供给的紧俏,目前高层建筑在我们的城市建筑中越来越多,高层建筑结构设计成为这些建筑设计的关键,而且加之建筑的类型和功能越来越多元化,所以针对高层建筑需要认真研究其结构设计方面的问题,以便更加合理的设计高层建筑结构。
关键词:高层建筑;结构;设计中图分类号:TU208文献标识码: A引言随着社会的不断进步和科技的不断发展,高层建筑越来越广泛的出现在城市建设中。
高层建筑的结构设计已经成为了高层建筑设计的重点内容,因此,研究高层建筑结构设计的问题是非常重要和有意义的。
在对高层建筑进行结构设计时,必须以高层建筑结构设计理论为基础,对影响高层建筑结构的主要因素进行深入的分析研究,做到精心设计,确保质量、安全。
一、有关高层建筑结构设计的原则在进行高层建筑结构设计的时候,要遵循有关原则,包括选择高层建筑结构计算简图、结构基础设计、建筑结构方案、准确的分析计算结果、采用相应构造措施。
选择高层建筑结构计算简图。
合理对计算简图进行选择是高层建筑结构设计安全保证的前提。
同时,采用构造方法要保证安全。
保证误差在规定的范围之内。
结构基础设计。
综合考虑高层建筑上部的结构、荷载、施工条件和相邻的建筑物等各个因素影响选择方案。
要尽量的使得地基最大程度的发挥的潜力,要对地基是否变形进行检验。
详细的记录地质勘查结果。
建筑结构方案要合理。
必须满足经济性、结构形式和体系要求,受力明确,传力简单。
相同的结构单元选择相同体系。
在对工程设计、地理和施工条件、材料因素等综合分析的情况下,协调建筑包括水电等,确定结构方案。
准确的分析计算结果。
前提是要选择合适的软件。
因为建筑结构的计算机程序与实际情况不一定相符、人工输入误差、软件缺陷都会造成结果不准确,所以结果要进行合理判断、校核、才能递交。
采用相应构造措施。
主要是要加强薄弱部位,重视钢筋的执行段锚固长度,重点考虑构件延性的性能,重视温度应力对构件的影响。
浅谈高层建筑结构选型及设计摘要:随着国民经济的快速发展。
人民生活水平的不断提高。
功能俱全的高层建筑越来越多,而建筑师为了建筑立面美观和艺术上创新,常常使得建筑平面形状和立体的空间形状复杂不规则,建筑体型日趋多样化。
本文针对日益复杂的高层建筑结构设计和选型问题进行了分析。
关键词:高层建筑;结构选型;结构设计abstract: with the rapid development of national economy. the improvement of people’s life. functioning of thehigh-rise building is more and more, and the architect for the building elevation beautiful and artistic innovation, often made of building plane shapes and stereo space complex shape irregular, building size becoming more diverse. this article in view of the increasingly complex high-rise building structural design and selection problems are analyzed.keywords: high building; the structural type; structure design中图分类号:[tu208.3]文献标识码:a 文章编号:随着高层建筑高度、规模、投资与复杂性等逐步增大,结构选型所面临的对象及其所处环境、需考虑解决的问题及所用的知识日趋复杂,结构选型的难度与重要性增大、时间增长,耗费的人力、财力、物力增加。
高层建筑结构体系的选型通常要遵循一定的原则,它不仅要考虑到建筑设计、结构设计、建筑施工的要求,而且要从建筑设备安装、结构选材方面进行考虑。
浅谈高层建筑结构设计作者:杨万来源:《建筑与文化》2013年第11期【摘要】改革开放之后的中国随着综合国力的提高,新建了大批的高层建筑。
但设计质量不理想。
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。
该文主要研究高层建筑的结构设计。
【关键词】高层建筑结构设计改革开放之后的中国随着综合国力的提高,新建了大批的高层建筑。
由于我国钢产量居世界前列,混凝土使用量亦居世界第一,这都为后来高层建筑的发展创造了良好的物质条件。
但是目前我国内地高层建筑中,仍以高层住宅(12~30层)占主体,约占全部高层建筑的80%,所以钢筋混凝土高层建筑仍是具有很强的优势。
但从设计质量方面来看,并不理想。
在高层建筑结构设计中,结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况,应作出合理的结构方案选择。
高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。
一、高层建筑结构设计的特点轴向变形是不容忽视的。
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。
侧移成为控制指标与低层建筑不同,结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素,随着楼层的增加,水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。
设计高层结构时,不仅要求结构具有足够的强度,能够可靠地承受风荷载作用产生的内力;还要求具有足够的抗侧刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内,保证良好的居住和工作条件。
结构延性是重要设计指标。
相对于底层建筑而言,高层建筑的结构更柔和一些,在地震作用下的变形更大一些。
浅析高层建筑结构设计摘要:随着社会与经济的蓬勃发展,特别是20世纪90年代以来城市建设的发展,高层建筑在城市中应运而生,城市中的高层建筑成为反映城市经济繁荣和社会进步的重要标志。
文章从高层建筑的特点出发,对高层建筑结构体系设计的基本要求等方面进行了阐述分析关键词:高层建筑结构设计规则结构1高层建筑结构体系的特点(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。
(2)巨型结构: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、巨柱或巨型衍架杆件,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,不同的结构体系所具有的强度和刚度是不一样的,因而它们适合应用的高度也不同。
一般说来,框架结构适用于高度低,层数少,设防烈度低的情况;框架—剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求;在层数很多或设防烈度要求很高时,可用筒体结构。
(3)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现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好,刚度大,在水平荷载作用下侧向变形小,承载力要求也容易满足;剪力墙结构体系主要缺点:剪力墙间距不能太大,平面布置不灵活,不能满足公共建筑的使用要求。
此外,结构自重往往也较大。
剪力墙结构在住宅及旅馆建筑中得到广泛应用,因此这种剪力墙结构适合于建造较高的高层建筑。
根据施工方法的不同可以全部现浇的剪力墙;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。
对高层建筑结构设计浅谈(浙江高专建筑设计研究院有限公司,浙江,宁波,315016)【摘要】高层建筑已成为我国楼房建筑中的主流,随着人们生活水平的提高,人们对楼房的要求也越来越高,高层建筑不仅要舒适,还要具有安全性、经济性等,本文就针对高层建筑结构设计进行简单的探讨。
【关键词】高层建筑;结构设计随着社会的发展,我国城市的用地面积越来越少,城市的建筑也越来越趋于向高层建筑发展,现在大部分楼层都在十几层以上,三四十层高的楼也已经不少见。
建筑的体型和功能越来越复杂,结构体系及结构材料也更为多样化,这样的高层建筑,其结构设计也就成为结构工程师的难点和重点。
1 高层建筑结构设计的概念及内容高层建筑结构设计是指根据高层建筑特性的建筑结构设计,在满足适用、安全、经济、耐久和施工可行的前提下,按有关的设计标准规定,对建筑结构进行技术经济分析、总体布置、计算、构造及制图工作,并寻求优化的过程。
简单来说,就是用结构语言表达出工程师们想表达的东西。
在建筑结构设计中,就是把建筑物或者建筑结构体系中的墙、柱子、楼梯、梁等用图纸中的结构元素来表示出来,同时还要计算出它的抗力及承重等能力。
在结构设计中主要包括结构方案、结构计算及施工图设计三个阶段,每个阶段对于结构设计来说都是很重要的。
2 高层建筑结构设计的特点2.1 水平力成为结构设计的主要因素当建筑物高度增加时,水平荷载(风荷载及地震作用)对结构起的作用将愈来愈大。
除了结构内力将明显加大外,结构侧向位移增加更快。
我们知道:建筑物楼面的使用荷载和自重在竖向构件产生的弯矩和轴力与其高度的一次方成正比,水平荷载产生的弯矩及轴力与建筑物高度的二次方成正比,水平荷载产生的结构侧向位移与建筑高度的四次方成正比。
因此,在高层建筑中,结构要使用更多材料来抵抗水平力,另一方面,对一定高度建筑来说,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,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化,所以结构的抗侧力设计成为高层建筑结构设计的主要因素。
浅谈高层建筑结构设计摘要:本文作者结合实际工程经验,从高层住宅结构设计时剪力墙布置、结构计算、风荷载的体型系数及干扰系数取值、连梁设计等几方面展开分析,提出了剪力墙结构设计的几点意见。
关键词: 高层建筑;结构设计abstract: combined the author’s practical engineering experience, this paper analyzes high residence structural design from the shear walls distribution, structure calculation, wind load shape coefficient and interference coefficient, coupling beam design aspects, and puts forward several opinions of the shear wall structure design.key words: high-rise building; structure design中图分类号:tu355文献标识码:a 文章编号:2095-2104(2012)人们对高层建筑的空间要求越来越高。
普通剪力墙的设计出现居多弊端,故结构设计问题受到众多工程设计人员的重视。
1 对结构扭转影响的处理《高规》4.3.5 条规定:“结构平面布置应减少扭转的影响。
在考虑偶然偏心影响的地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,a 级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2 倍,不应大于该楼层平均值的 1.5 倍;b 级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第 10 章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的 1.2 倍,不应大于该楼层平均值的 1.4倍。
结构扭转为主的第一自振周期 t1 与平动为主的第一自振周期 t1 之比,a 级高度高层建筑不应大于 0.9,b 级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第 10 章所指的复杂高层建筑不应大于 0.85。
浅谈高层建筑结构设计分析 摘要:本文分析了高层建筑结构设计特点,并简要阐述了高层建筑结构分析以及几种体系相对应的方法,仅供参考。 关键词:高层建筑 结构设计特点 结构体系 结构分析 随着我国经济和科学技术的不断发展,高层建筑数量也随之增加。所以,对高层建筑的结构设计分析显得极为重要。 1.高层建筑结构设计特点 1.1 水平荷载是决定因素 楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引发的轴力及弯矩的数值,仅仅和楼房高度的一次方成正比,但是水平荷载对结构产生的倾覆力矩和在竖向构件中由此引起的轴力,与楼房高度的两次方成正比;另外,对一些一定高度楼房来说,竖向荷载基本上是固定值,但作为水平荷载的地震作用和风荷载,它们的数值是随着结构动力特性的变化而大幅度变化的。 1.2 侧移是控制指标 和低层楼房不同,高层楼房结构设计中的结构侧移是关键因素。随着楼房高度的不断增长,水平荷载下结构的侧移变形也随之迅速增加,结构顶点侧移与建筑高度的四次方成正比。所以结构在水平荷载作用下的侧移必须要控制在一定限度之内。 1.3 结构延性成为重要设计指标 延性是指构件和结构屈服后,在承载能力不降低或基本不降低的情况下,具有足够塑性变形能力的一种性能,一般用延性比来表 示。受弯构件会随着荷载的增加,首先受拉位置混凝土出现裂缝,表现出非弹性变形。然后受拉钢筋屈服,受压位置高度降低,受压位置混凝土被压碎,最后导致构件被破坏。从受拉钢筋屈服到受压位置混凝土被压碎,是构件的破坏的全过程。在被破坏过程中,构件的承载能力并没有发生多大的改变,但是,变形的大小程度却决定了被破坏的性质。所以,提高延性可以增加结构的抗震潜力,并且能增强结构抗倒塌的能力。高层建筑对于低层结构来说,结构设计的要求会更柔一些,一旦碰到地震,在震动作用下的建筑结构变形程度会更大。为防止倒塌,建筑在进入塑性变形阶段后依然具有很强的变形能力,就应重点在构造上做好防震设计,保证建筑设计具有优良的延性。 1.4 轴向变形也不容轻视 在高层建筑理,竖向荷载数值会较大,会使柱中引起很大的轴向变形,从而会导致对连续梁弯矩产生一系列的影响,使连续梁中间支座处的负弯矩值变小,跨中正弯矩之和端支座负弯矩值变大;对预制构件的下料长度也会产生影响,这就要求依据轴向变形计算值,对下料的长短做出相应调整;另外对构件剪力和侧移也会产生影响,和考虑构件竖向变形相比较,结果会偏于不安全。 2.高层建筑的结构体系 2.1 剪力墙体系 在受力主体结构全部都由平面剪力墙的构件组和成时,就形成了剪力墙体系。它能够承担水平构件传递过来的竖向荷载,同时也 能承担风力或地震作用传递的水平地震作用。单片的剪力墙能经受住所有的水平力和垂直荷载。剪力墙体系是刚性结构,其位移曲线呈现出弯曲形态。剪力墙体系的强度和刚度都很高,具有一定的延性,传力直接并均匀,整体性能较好,抗倒塌能力较强,这是一种优良的结构体系。 2.2 框架-剪力墙体系 在框架体系的强度和刚度不能符合要求时,常需要在建筑平面的合适位置上设置比较大的剪力墙来替代部分框架,这个体系就是框架-剪力墙体系。当经受水平力时,框架和剪力墙就会有足够刚度的楼板及连梁构成协同工作的结构体系。在体系结构中,框架体系主要承受垂直荷载的力量,而剪力墙主要承受水平剪力。框架-剪力墙体系的位移曲线是弯剪型的。剪力墙的设置,增强了结构的侧向刚度,会使建筑物的水平位移变小,此时框架承受的水平剪力将明显降低,且内力沿竖向的分布逐渐趋于均匀,因而,框架-剪力墙体系的能建高度要比框架体系大。 2.3 筒体体系 只要使用筒体为抗侧力构件的结构体系均统称为筒体体系。筒体是空间受力构件,有实腹筒和空腹筒两种类型。筒体体系拥有较大的刚度和强度,各构件受力较合理,抗风和抗震能力较强,常使用于大跨度、大空间和超高层建筑。 3.高层建筑的结构分析 3.1 高层建筑结构分析的基本假定 小变形假定。小变形假定也是一种普遍使用的基本假定。但有许多人对几何非线性相关问题(p-δ效应)进行了系列的研究。普遍认为,在顶点水平位移δ与建筑物高度h的比值δ/h > 1/500时, p-δ效应所产生的影响就不容忽视了。 弹性假定。现在,工程上实用的高层建筑结构分析方法全使用弹性的计算方法。在垂直荷载和一般风力的影响下,结构通常会处于弹性工作阶段,这中假定是基本符合结构的现实工作状况。但是在遭受地震和强台风作用时,常会产生较大的位移,进入到弹塑性的工作阶段。此时如果按照弹性方法计算内力和位移时,就不能真实的反映结构的工作状态,就要按弹塑性动力的分析方法。 计算图形的假定。高层建筑结构体系的整体分析使用的计算图形有以下几种:一维协同分析、二维协同分析和三维空间分析。三维空间分析的普通杆单元每一节点就有6个自由度,如依照符拉索夫薄壁杆理论去分析的杆端节点,则必须考虑截面翘曲,有7个自由度。 刚性楼板假定。很多高层建筑结构的分析方法都假设楼板在自身平面内的刚度无限大,而平面外的刚度则被忽略。可以说,对框架体系和剪力墙体系使用这个假定是可以的。对于竖向刚度发生突变的结构,楼板刚度很小,主要抗侧力构件间距过大和层数较少等状况,楼板变形的影响很大。尤其是对结构底部和顶部各层内力及位移的影响尤其突出。应将这些楼层的剪力作合适的调整来思考这些影响。 3.2 高层建筑结构静力分析方法 剪力墙结构。剪力墙的开洞情况会影响到剪力墙的受力特性与变形状态。不同种类的剪力墙,其截面应力分布也不一样,计算内力和位移时应该使用相应的计算方法。剪力墙结构的计算方法是平面有限单元法。此方法比较精准,并对各种剪力墙都能适用。但因为有一些弊端,目前一般只在特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况下使用。 框架-剪力墙结构。框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法有很多种,根据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也不同。框架-剪力墙的计算方法,通常是将结构转化为等效壁式框架,应用杆系结构矩阵位移法解决。 筒体结构。按照对计算模型处理手法的不同,筒体结构的分析方法可以分成三类:等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。 参考文献: [1]晏育松.高层建筑结构设计中的若干问题研究[d].南昌大学,2010年 [2]刘东波,刘辉平.预应力技术在建筑工程中的应用[a].土木建筑学术文库(第14卷)[c].2010年 [3]王全凤,张波,罗漪.框-剪结构剪力墙中断和楼层刚度比[j].建筑结构,2003年05期 [4]高洪俊.高层建筑结构二阶分析与动力特性分析[d].河北工 程大学,2007年
浅谈高层建筑结构设计作者:欧阳鸿飞来源:《城市建设理论研究》2012年第30期摘要:高层建筑结构设计是一项复杂的工作,本文就房屋建筑结构设计进行论述,为推进设计工作提供实践与研究的方向。
关键词:高层建筑结构设计中图分类号:[TU208.3] 文献标识码:A 文章编号:1.注意构件的混凝土等级对构件的混凝土等级,要注意:抗震设计时,一级抗震等级框架梁、柱及其节点的混凝土强度等级不应低于C30;筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30;作为上部结构嵌固部位的地下室楼盖的混凝土强度等级不宜低于C30;转换层楼板、转换梁、转换柱、箱形转换结构及转换厚板的混凝土强度等级均不应低于C30;预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40、不应低于C30型钢混凝土,梁、柱的混凝土强度等级不宜低于C30;现浇非预应力混凝土楼盖结构的混凝土强度等级不宜高于C40,抗震设计时,框架柱的混凝土强度等级,9度时不宜高于C60, 8度时不宜高于C70;剪力墙的混凝土强度等级不宜高于C60。
2.高层建筑设计需注意的问题2.1结构平面布置应减少扭转的影响在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下,楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移,A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍;B 级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)(以下简称规程)第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.4倍。
结构扭转为主的第一自振周期T1与平动为主的第一自振周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9, B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85(注:当楼层的最大层间位移角不大于规程第3.7.3条规定的限值的40%时)。
该楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值可适当放松,但不应大于1.6。
浅谈高层建筑结构设计
摘要:本文围绕高层建筑结构,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,阐述了高层建筑结构的分析研究以及存在的问题,为实际高层建筑结构分析与设计提了一些建议。
关键词:高层建筑结构结构体系问题
随着社会和经济的蓬勃发展,特别是城市建设的发展,城市中的高层建筑成为反映这个城市经济繁荣和社会进步的重要标志,这就要求建筑物所能达到的高度和规模不断地增加。
本文就高层建筑结构设计等问题做出分析。
1、高层建筑结构的特点
(1)结构延性至关重要。
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)侧移是控制的度量尺。
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,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)水平荷载的决定性作用。
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;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)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(5)抗震设计要求。
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、大震不倒。
2、高层建筑结构体系
(1)框架---剪力墙结构体系。
当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架,便形成了框架---剪力墙体系。
在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。
(2)框架结构。
框架结构由杆件(梁、柱)刚性连结而成,它布置灵活,能形成较大的室内空间,使用比较方便。
由于框架梁柱截面较小、对强烈地震的抵抗能力较差,容易产生严重震害,加之刚度小、侧移大,填充砌体墙和室内装饰也容易损坏、倒塌,震害修复费用很高,因而它主要用于无抗震设防要求、层数较少的建筑中,在地震区尽可能不用。
(3)剪力墙结构。
剪力墙结构是在纵横方向均布置钢筋混凝土墙体来承受竖向力和水平力,这些墙体与楼板连结成空间整体结构,刚度大,抗震能力强,用钢量也省。
(4)筒体结构。
当结构层数多、高度大、抗震要求高时,常规三种结构型式往往不能满足要求,这
种情况下,可以将剪力墙集中配置为薄壁筒体;框架转化为密柱的框筒,它们类似于竖向悬臂箱形截面梁,具有很大的强度和刚度。
这种由一个或多个筒体(薄壁筒或框筒)来承受水平荷载的结构,称为筒体结构。
(5)其他。
除上述四种常用结构外,高层建筑还采用一些较新颖的结构型式,如悬挂结构、超级框架等,这里就不一一概述了。
3、高层建筑结构设计方面的分析和方法
3.1高层建筑结构的相关问题分析
(1)结构的超高问题:在抗震规范和高规范中,对结构的总高度有着严格的限制,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 级高度以为,增加了 B 级高度,处理措施与设计方法都有较大改变。
(2)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)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。
(4)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。
3.2高层建筑设计的方法
(1)选用适当的计算简图:结构计算式在计算简图的基础上进行的,计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生,所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。
(2)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。
(3)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。
结构系应受力明确,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。
(4)正确分析计算结果:在结构设计中普遍采用计算机技术,但是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。
因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。
在计算机辅助设计时,由于结构实际情况与程序不相符合,或人工输入有误,或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果,因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析,慎重校核,做出合理判断。
(5)采取相应的构造措施:结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”,注意构件的延性性能;加强薄弱部位;注意钢筋的锚固长度,尤其是钢筋的执行段锚固长度;考虑温度应力的影响力。
4、结语
近些年来,我国的高层建筑建设发展迅速。
但从设计质量方面来看,并不理想。
在高层建筑结构设计中,结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况,应作出合理的结构方案选择。
高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。
参考文献
[1]梅元臣.中国高层建筑创作理论发展研究讨论会.
[2]田龙.浅谈高层建筑的结构设计.。