芻議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　芻議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：高層建筑在造型形式不斷翻新、高度記錄一再被打破的同時(shí)，其內(nèi)部空間構(gòu)成的模式也發(fā)生了很大的變化。建筑產(chǎn)品的這種系統(tǒng)的密集性、交叉性及最終的整體性，最主要的表現(xiàn)還是在高層建筑上。高層建筑的顯著特性是“高”，由于其“高”而引發(fā)了它與諸多不同于其它建筑的特點(diǎn)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑；高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題 &l

2、t;/p><p>　　中圖分類號：TU97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號： </p><p><b>　　前言： </b></p><p>　　隨著高層建筑在我國的飛速發(fā)展，建筑高度的日益增加，建筑類型以及功能也日新月異，難度相對而言逐漸變大。結(jié)構(gòu)體系各式各樣，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)在主要成為工程設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)上的工作重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文主要對高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)

3、行了分析。 </p><p>　　1．高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義及依據(jù) </p><p>　　1.1概念設(shè)計(jì)的意義 </p><p>　　高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計(jì)來判斷計(jì)算設(shè)計(jì)的合理性。 </p><p>　　1.2概念設(shè)計(jì)的依據(jù) </p>

4、;<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理原則，計(jì)算程序的力學(xué)模型和功能，吸取或不斷積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 </p><p>　　2．我國的高層結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展 </p><p>　　2.1鋼材的國產(chǎn)化 國內(nèi)鋼鐵企業(yè)根據(jù)我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，制訂我國一部高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼材標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》(YB 4104-2000)，比目前仍

5、在實(shí)施的《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/ T1591-94)又前進(jìn)了一步，其性能指標(biāo)優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。 </p><p>　　2.2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國產(chǎn)化 國家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99-98)和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)等有關(guān)高層建筑最大高度和最大高寬比的規(guī)定，在一般情況下，應(yīng)遵守規(guī)范的規(guī)定，否則應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)論證或試驗(yàn)研究。建設(shè)部第111號令《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》

6、和建質(zhì)[2003]46號文《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》，對加強(qiáng)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制意義重大，具有可操作性。 </p><p>　　2.3 高層及超高層結(jié)構(gòu)體系 對于高層建筑的劃分，建筑設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范沒有一個(gè)統(tǒng)一規(guī)定，一般認(rèn)為建筑總高度超過24m為高層建筑，建筑總高度超過100m為超高層建筑。 </p><p>　　對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來講，按照建

7、筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計(jì)原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，一般分為六大類：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框―筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。 </p><p>　　3．高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn) </p><p>　　3.1水平荷載成為決定因素 </p><p>　　3.1.1一方面,

8、因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與樓房高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩,以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力,是與樓房高度的兩次方成正比。 </p><p>　　3.1.2另一方面,對某一定高度樓房來說,豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用,其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。 </p><p>　　3.2軸向變形不容

9、忽視 </p><p>　　高層建筑中,豎向荷載數(shù)值很大,能夠在柱中引起較大的軸向變形,從而會(huì)對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響,造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小,跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大;還會(huì)對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響,要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值,對下料長度進(jìn)行調(diào)整;另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響,與考慮構(gòu)件豎向變形比較,會(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。 </p><p>　　3.3側(cè)移成為控制指標(biāo) &

10、lt;/p><p>　　與較低樓房不同,結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大,因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。 </p><p>　　3.4結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo) </p><p>　　相對于較低樓房而言,高樓結(jié)構(gòu)更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的

11、變形能力,避免倒塌,特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。 </p><p>　　4．高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段大體可以分為三個(gè)階段，結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。 </p><p>　　4.1方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設(shè)防烈度，工程地質(zhì)勘查報(bào)告，建筑場地的類別及建筑的高度

12、和層數(shù)來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式（例如，磚混結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)等等以及由這些結(jié)構(gòu)來組合而成的結(jié)構(gòu)形式）。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和要求來布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。 </p><p>　　4. 2結(jié)構(gòu)計(jì)算階段的內(nèi)容為：首先，荷載的計(jì)算。荷載包括外部荷載（例如，風(fēng)荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內(nèi)部荷載（例如，結(jié)構(gòu)的自重荷載，使

13、用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計(jì)算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)等來進(jìn)行不同工況下的組合計(jì)算。其次，構(gòu)件的試算。根據(jù)計(jì)算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計(jì)算手冊上推薦的試算方法來初步確定構(gòu)件的截面。 </p><p>　　4. 3再次，內(nèi)力的計(jì)算，根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。最后，構(gòu)件的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)

14、范對構(gòu)件的要求和限制（比如，軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等等）來復(fù)核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿足要求則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置直到滿足要求為止。 </p><p>　　5．高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 </p><p>　　5.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性 </p><p>　　5.1.1不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用

15、嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。高層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)符合下列要求: 5.1.1.1應(yīng)具有必要的承載能力、剛度和變形能力； </p><p>　　5.1.1.2應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力； </p><p>　　5.1.1.3對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取有效措施予以加強(qiáng)。 </p><p>　　5.1.

16、2高層建筑的結(jié)構(gòu)體系尚宜符合下列要求： </p><p>　　5.1.2.1結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位； </p><p>　　5.1.2.2宜具有多道抗震防線。 </p><p>　　5.2規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要特征 </p><p>　　建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應(yīng)具

17、有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。 </p><p>　　規(guī)則結(jié)構(gòu)一般指：體型（平面和立面）規(guī)則，結(jié)構(gòu)平面布置均勻、對稱并具有較好的抗扭剛度；結(jié)構(gòu)豎向布置均勻，結(jié)構(gòu)的剛度、承載力和質(zhì)量分布均勻，無突變。 </p><p>　　5.3規(guī)則平面布置需滿足的要求 <

18、;/p><p>　　5.3.1結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下，建筑平面要力求簡單規(guī)則，風(fēng)力作用下則可適當(dāng)放寬。抗震設(shè)防的高層建筑，平面形狀宜簡單、對稱、規(guī)則，以減少震害。 </p><p>　　5.3.2在高層建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置。

19、</p><p>　　5.3.3抗震設(shè)計(jì)的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑，其平面布置應(yīng)簡單、規(guī)則，減少偏心。 </p><p><b>　　6．結(jié)語 </b></p><p>　　近些年來，我國的高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速。但從設(shè)計(jì)質(zhì)量方面來看，并不理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體

20、實(shí)際情況，應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析掌握的知識(shí)處理實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中遇到了各種問題。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]肖峻，高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[J]，中化建設(shè)，2008. </p><p>　　[2]范小平，高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中相關(guān)的幾個(gè)問題應(yīng)用分析[