試論高層建筑結構概念設計及高層建筑結構體系分析

1、試論高層建筑結構概念設計及高層建筑結構體系分析 試論高層建筑結構概念設計及高層建筑結構體系分析 【摘要】隨著城市建設中各種土建工程的大量開展，高層建筑作為城市建筑的新寵被越來越廣泛的應用于城市規(guī)劃的過程中。但是，在高層建筑的建設過程中，我們要充分的考慮其高度優(yōu)勢背后的各種規(guī)劃和設計問題，因為高層建筑的高度在顯現(xiàn)了其較普通建筑更為強大的使用功能外，也對其結構提出了更高的要求。所以，在下文中筆者將從高層建筑的結構特性的角度，談談設計中要堅持的一些原那么，以及由此產(chǎn)生的常見的結構體系。本文中筆者將從分析高層建筑概念設計的根本原那么入手，介紹一些高層建筑的常見的結構體系。 【關鍵詞】高層建筑；結構；概

2、念設計 引言 隨著我國城市化進程的加快，越來越多的城市高層建筑出現(xiàn)在人們的視野中，高層建筑不僅可以有效的提高土地資源的利用程度，還能夠提升城市的現(xiàn)代化景觀的整體水平，所以，市政部門在城市規(guī)劃的過程中應該在充分了解高層建筑結構設計的特點根底上，選擇符合城市總體規(guī)劃的高層建筑工程。 1 高層建筑結構設計的特點 1高層建筑的結構設計相對于普通建筑來說，具有更強的技術性和專業(yè)性。因為高層建筑的結構體系的選擇，不僅關系到高層建筑的各種使用功能的實現(xiàn)情況，還關系著高層建筑作為一項土建工程所產(chǎn)生的造價和工期問題。 2在高層建筑的結構選擇和設計的過程中，水平力是最主要的因素，因為普通建筑中，受其建筑高度限制，

3、水平力對于建筑的結構影響較小，但是隨著建筑高度的增加，水平力在建筑結構中起到的作用也隨之增大。 3在高層建筑的結構選擇和設計過程中，要在保證高層建筑的足夠承載力的根底上，注重剛度的加強，以抵抗側向力。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)生的一定的側向力，從而發(fā)生側向位移。 4在高層建筑的結構選擇和設計過程中，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。 5高層建筑的抗風結構的選擇和設計過程中，要認真的計算出風荷載作用下的位移值，以有針對性的采用調(diào)整結構和裝飾構

4、件來實現(xiàn)高層建筑的抗風。 6具有特殊的抗震要求的高層建筑，應該在建筑前認真的選擇地基位置，并詳細的勘測該區(qū)域的地質(zhì)情況。 7在高層建筑的地基結構的選擇和設計的過程中，要保證其承載力和剛度滿足建筑上部結構的要求。 2 高層建筑概念設計的根本原那么 1在高層建筑的設計過程中，設計人員要始終以承載力、剛度、延性為主導目標，通過各種細節(jié)設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。只有這樣，才能使建筑能夠應對來自于客觀環(huán)境中的風荷載和地震的考驗。 2進行高層建筑的結構計算和分析的過程中，要盡量選擇簡單直接的計算方法，以便清晰的展現(xiàn)建筑中各種受力、傳力狀況，減少非結構性附件對于建筑承載力的干

5、擾。 3盡量使高層建筑的正交抗側力重心靠近建筑的整體質(zhì)量重心，目的在于防止或減小其受到客觀環(huán)境的不利影響產(chǎn)生扭轉效應。 4要保證高層建筑的豎向抗側力剛度構件的連續(xù)和均勻，以免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，導致剛度突變。 5設計過程中，要重視上部結構與地基之間的相互作用關系。 3 高層建筑的結構體系 所謂結構體系的選擇，就是高層建筑的所有構件以一種什么樣的方式排列，才能更好的抵抗外力的侵襲。通常情況下，抵抗水平力是結構體系的重點考量內(nèi)容和標準。一般通過調(diào)整框架、剪力墻、框架-剪力墻、筒體以及它們的組合方式來實現(xiàn)。 1框架結構體系 所謂框架結構體系，就是高層建筑中的梁、柱構件通過節(jié)點連接后，能夠有效的承受荷載。通

6、常情況下，用于高度相對較低的高層建筑中。 框架結構的最顯著的優(yōu)點就是平面布置靈活，可以做成有較大空間的會議室、餐廳、車間、營業(yè)室、教室等。需要時，可用隔斷分隔成小房間，或撤除隔斷改成大房間，因而使用靈活。外墻用非承重構件，可使立面設計靈活多變。 框架結構可通過合理的設計，使之具有良好的抗震性能。但由于高層框架側向剛度較小，結構頂點位移和層間相對位移較大，使得非結構構件在地震時破壞較嚴重，這是它的主要缺點，也是限制框架高度的原因，一般控制在1015層。 框架結構構件類型少，易于標準化、定型化；可以采用預制構件，也易于采用定型模板而做成現(xiàn)澆結構，有時還可以采用現(xiàn)澆柱及預制梁板的半現(xiàn)澆半預制結構。現(xiàn)

7、澆結構的整體性好，抗震性能好，在地震區(qū)應優(yōu)先采用。 2剪力墻結構體系 剪力墻結構體系是利用建筑物墻體承受豎向與水平荷載，并作為建筑物的圍護及房間分隔構件的結構體系。 剪力墻在抗震結構中也稱抗震墻。它在自身平面內(nèi)的剛度大、強度高、整體性好，在水平荷載作用下側向變形小，抗震性能較強。在國內(nèi)外歷次大地震中，剪力墻結構體系表現(xiàn)出良好的抗震性能，且震害較輕。在地震區(qū)15層以上的高層建筑中采用剪力墻是經(jīng)濟的，在非地震區(qū)采用剪力墻建造建筑物的高度可達140m。目前我國1030層的高層住宅大多采用這種結構體系。剪力墻結構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。 剪力

8、墻結構的墻間距不能太大，平面布置不靈活，難以滿足公共建筑的使用要求；此外，剪力墻結構的自重也比擬大。為滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共房間，以及在住宅底層布置商店和公共設施的要求，可將剪力墻結構底部一層或幾層的局部剪力墻取消，用框架來代替，形成底部大空間剪力墻結構和大底盤、大空間剪力墻結構；標準層那么可采用小開間或大開間結構。當把底層做成框架柱時，成為框支剪力墻結構。這種結構體系，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，致使結構破壞較重。 3框架-剪力墻結構體系 框架-剪力墻結構體系由框架和剪力墻組成。剪力墻作為主要的水

9、平荷載承受的構件，框架和剪力墻協(xié)同工作的體系。在框架-剪力墻結構中，由于剪力墻剛度大，剪力墻承當大局部水平力，是抗側力的主體，整個結構的側向剛度大大提高?？蚣苣敲闯惺茇Q向荷載，提供較大的使用空間，同時承當少局部水平力。還可以把中間局部的剪力墻形成筒體結構，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)在的建筑設計要求。 4筒中筒結構體系 筒中筒結構體系由一個或多個筒體為主抵抗水平力。通常筒體結構根本形式有三種：實腹筒、框筒及桁架筒。筒體結構最主要的特點就是它的空間受力性能。不管哪一種筒體，在水平力作用下都可看成固定于根底上的箱形懸壁構件，它比單片平面結構具有更大的抗側剛度和承載力，并具有良好的抗扭剛度。 4 結束語 綜上所述，隨著城市化的推進，高層建筑被越來越廣泛的應用于城市規(guī)劃中。由于高層建筑具有著一系列的功能和結構上的特殊性，使得設計人員要靈活的運行概念設計，不斷提高結構方案的設計水平。只有這樣，才能在保證高層建筑的根本功用的情況下，優(yōu)化設計結構