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        高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計與高層建筑結(jié)構(gòu)體系分析

        2019-10-21 03:58:36范明鑫薛遠東
        關(guān)鍵詞:高層建筑

        范明鑫 薛遠東

        摘 要:在城市規(guī)劃的過程中需要在充分了解高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點基礎(chǔ)上,選擇符合城市總體規(guī)劃的高層建筑項目。避免高層建筑在施工過程中容易出現(xiàn)的問題,并嚴格按照設(shè)計的基本原則執(zhí)行。本文主要從高層建筑設(shè)計的特點、基本原則、結(jié)構(gòu)體系等方面分析。

        關(guān)鍵詞:高層建筑;結(jié)構(gòu)體系;概念設(shè)計

        1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

        (1)水平荷載。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中水平作用是決定因素,因為高層建筑相對于普通建筑而言,需要更強的技術(shù)性和專業(yè)性。因為高層建筑需要考慮的因素較普通建筑多,如需要考慮建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,它僅與建筑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、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力,是與建筑高度的兩次方成正比。

        (2)結(jié)構(gòu)延伸。在高層建筑的結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計過程中,要在保證高層建筑的足夠承載力的基礎(chǔ)上,注重剛度的加強,以抵抗側(cè)向力。因為隨著建筑層級的增多,每一層建筑都會在水平力作用下產(chǎn)生的一定的側(cè)向力,從而發(fā)生側(cè)向位移。此外也要注重通過各種措施減輕建筑自重。因為減輕自重不僅可以更好的做到建筑防震,還能夠減輕對地基和樁基的壓力,通常情況下采用高強度材料可以有效的實現(xiàn)高層建筑的自重的減輕。

        (3)側(cè)向位移伴隨樓層設(shè)計的越來越高,同時水平載荷作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)側(cè)移會隨之不斷增加,最終結(jié)構(gòu)定點處的側(cè)移正比于建筑物高度的四次方。因此為了保障建筑物的安全性,必須做好結(jié)構(gòu)側(cè)移的控制。

        (4)軸向變形。隨著建筑物高度的增加,豎向載荷也會不斷加大,這就可能使柱中產(chǎn)生很大的軸向變形,進而對連續(xù)梁彎矩造成不良影響,連續(xù)梁中間支座處的負彎矩會因此變小,跨中部分的正彎矩值和端支座處的負彎矩值會受影響而變大,因此,下料的實際長度要將軸向變形的具體數(shù)值考慮在內(nèi)。

        2 高層建筑概念設(shè)計的基本原則

        (1)在設(shè)計高層建筑的過程中,必須考慮其承載力、延伸性、柔軟性、剛度等指標,并且通過各種細節(jié)設(shè)計和維護方式來提高高層建筑的承載力和剛度,并增大其延性。

        (2)在設(shè)計高層建筑的結(jié)構(gòu)時必須對其結(jié)構(gòu)進行計算和分析,減少在施工過程中的誤差,并且要選擇簡單直接的計算方式以便于清楚的展示各項數(shù)據(jù)。

        (3)設(shè)計過程中,要重視上部結(jié)構(gòu)與地基之間的相互作用關(guān)系。保證地基基礎(chǔ)的承載力,剛度和有足夠的抗滑移,抗扭動能力,使整個高層建筑成為一個穩(wěn)定的體系,防止產(chǎn)生過大的差異沉降和傾覆。

        3 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

        3.1 框架結(jié)構(gòu)體系

        框架結(jié)構(gòu)體系是指高層建筑中的梁、柱構(gòu)件通過節(jié)點連接后,能夠有效的承受荷載。多用于高度相對較低的高層建筑中,此外還用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中??蚣荏w系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于建筑平面布置靈活,能獲得大空間,建筑立面也容易處理,結(jié)構(gòu)自重輕,計算理論也比較成熟,在一定高度范圍內(nèi)造價較低。但是它也存在抗側(cè)力能力差,在風荷載作用下會產(chǎn)生較大的水平位移,在地震荷載作用下,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞比較嚴重等缺點。如果進行合理的框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計,可以使之具有良好的抗震性能。此外,框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件類型少,易于標準化、定型化;可以采用預制構(gòu)件,也易于采用定型模板而做成現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),有時還可以采用現(xiàn)澆柱及預制梁板的半現(xiàn)澆半預制結(jié)構(gòu)。

        3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

        在高層建筑中為了提高房屋結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度,在其中設(shè)置的鋼筋混凝土墻體稱為“剪力墻”,剪力墻的主要作用在于提高整個房屋的抗剪強度和剛度,墻體同時也作為維護及房間分格構(gòu)件。

        剪力墻結(jié)構(gòu)中,由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載,剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置,它剛度大,空間整體性好,用鋼量省,所以剪力墻在抗震結(jié)構(gòu)中也稱抗震墻。在發(fā)生地震時剪刀墻結(jié)構(gòu)可以減少傷害,且程度比較輕微。同時剪力墻結(jié)構(gòu)采用大模板或滑升模板等先進方法施工時,施工速度很快,可節(jié)省大量的砌筑填充墻等工作量。

        由于剪力墻結(jié)構(gòu)的墻面較多,所以其墻間距不能太大,否則會導致平面布置不靈活,難以滿足公共建筑的使用要求。因此,為了滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求,以及在住宅樓底層布置商店和公共設(shè)施的要求,可以將部分底層或部分層取消剪力墻代之以框架,形成框支剪力墻結(jié)構(gòu)。當把底層做成框架柱時,成為框支剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)體系,由于底層柱的剛度小,上部剪力墻的剛度大,形成上下剛度突變,在地震作用下底層柱會產(chǎn)生很大的內(nèi)力及塑性變形,致使結(jié)構(gòu)破壞較重。

        3.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系

        框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻,可以組成框架—剪力墻結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點,又有較大的剛度和較強的抗震能力,因而廣泛地應(yīng)用于高層建筑中的辦公樓和旅館由框架和剪力墻組成。此外,在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中,由于剪力墻剛度大,剪力墻承擔大部分水平力,是抗側(cè)力的主體,整個結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大大提高。框架則承受豎向荷載,提供較大的使用空間,同時承擔少部分水平力。還可以把中間部分的剪力墻形成筒體結(jié)構(gòu),布置在內(nèi)部,外部柱子的布置就可以十分靈活;內(nèi)筒采用滑模施工,外圍的框架柱斷面小、開間大、跨度大,很適合現(xiàn)在的建筑設(shè)計要求。

        3.4 筒體結(jié)構(gòu)體系

        筒體結(jié)構(gòu)體系是指由剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體,成為豎向懸臂箱形梁,加密柱子,以增強梁的剛度,也可以形成空間整體受力的框筒,由一個或多個筒體為主抵抗水平力。它通常有以下幾種類型:框架—筒體結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、實腹筒、等。盡管筒體結(jié)構(gòu)體系的種類十分多,但是總的來說其最主要的特點是相同的,是它的空間受力性能。

        綜上所述,伴隨我國城市化進程不斷的加快,高層建筑的應(yīng)用越來越廣泛。但是在高層建筑設(shè)計中還存在一些不足之處,所以我們需要熟知高層建筑的功能以及結(jié)構(gòu)上的特殊性,才能靈活設(shè)計方案并不斷提高結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計水平。

        參考文獻:

        [1]高立人,王躍.結(jié)構(gòu)設(shè)計的新思路――概念設(shè)計[J].工業(yè)建筑,

        2017(01).

        [2]林同炎,S.D.思多臺斯伯利.結(jié)構(gòu)概念和體系[M].中國建筑工業(yè)出版社.

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