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1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討摘 要：本文作者分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，同時(shí)分別闡述了幾種結(jié)構(gòu)體系，供大家參考借鑒。關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；分析Abstract: In this paper, the author analyzes the high-rise building structural design features, and simultaneously and respectively expounds several structural systems, for your reference.Key words: high-rise building; structure 2、design; analysis中圖分類號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好結(jié)構(gòu)分析，多做方案比較。否則任何在這過程中的遺漏或錯(cuò)誤都有可能使整個(gè)設(shè)計(jì)過程變得更加復(fù)雜或使設(shè)計(jì)結(jié)果存在不安全因素。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)作簡(jiǎn)要的分析、探討，同時(shí)分別對(duì)幾種結(jié)構(gòu)體系作簡(jiǎn)要闡述。1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素在高層建筑工程項(xiàng)目中，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要取決于結(jié)構(gòu)自重所產(chǎn)生的水平荷載。究其原因，主要是由于建筑的自重對(duì)豎向構(gòu)件施加荷載所產(chǎn)生的彎矩?cái)?shù)值、軸力數(shù)值，將隨著建筑層高的增加而呈小倍數(shù)同步增長(zhǎng)；而建筑自重所產(chǎn)生的3、水平荷載，對(duì)豎向構(gòu)件施加作用力所引起的軸力、對(duì)結(jié)構(gòu)體系施加的傾覆力矩，將隨著建筑層高的增加而呈多倍數(shù)同步增長(zhǎng)。此外，一般情況下，高層建筑的豎向荷載通常是不變的，而當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性發(fā)生改變時(shí)，作為水平荷載的地震作用、風(fēng)荷載的具體數(shù)值將不同程度的發(fā)生變化。1.2 主要控制指標(biāo)相較于普通建筑、多層建筑，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制，其關(guān)鍵在于建筑結(jié)構(gòu)的位移，而隨著現(xiàn)代高層建筑的層數(shù)的不斷加大、水平荷載的持續(xù)增加，其主體結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移、變形幅度也將同步加大。在實(shí)際進(jìn)行高層建筑的設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需要考慮到建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求，同時(shí)還要保證其具有足夠的抗推剛度，從而在水平荷載下，將結(jié)構(gòu)的位移控制在安全范圍之內(nèi)。14、.3 軸向變形問題由于現(xiàn)代高層建筑的層數(shù)不斷增加，其豎向荷載所施加的作用力也將同步提高，從而往往會(huì)造成柱體內(nèi)部出現(xiàn)大幅度的軸向變形，以至于影響到連續(xù)梁彎矩，最終勢(shì)必會(huì)降低連續(xù)梁中部支座區(qū)域的負(fù)彎矩?cái)?shù)值，而端支座的負(fù)彎矩?cái)?shù)值、梁跨中正彎矩?cái)?shù)值將有所增加。此外，軸向變形還會(huì)影響到建筑預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度。在實(shí)際進(jìn)行構(gòu)件的預(yù)制時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸向變形的具體情況進(jìn)行全面、系統(tǒng)的計(jì)算，將其結(jié)果作為主要依據(jù)，及時(shí)調(diào)整下料長(zhǎng)度。1.4 關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)在由地震所產(chǎn)生的作用力之下，相較于普通房屋、多層建筑，高層建筑結(jié)構(gòu)延展度、允許變形幅度較大。究其原因，主要是由于高層建筑的高度過大，在外在作用力之下，為避免發(fā)生倒塌，需要5、在建筑的構(gòu)造上采取特殊處理，以此保證建筑的主體結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形期后，仍具備一定的變形能力，提高其延展性，保證變形范圍的最大化。2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的對(duì)比以某在建12層的高綜合寫字間為例，該建筑的長(zhǎng)、高、寬分別為48m、36m、18m，兩側(cè)共設(shè)有9根縱向間距設(shè)定在6m、橫向間距設(shè)定為18m的柱體。此外，建筑的內(nèi)部設(shè)有612m的管道井筒、電梯。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案1：該方案是利用建筑的框架結(jié)構(gòu)來承擔(dān)所有水平力，在方向不變的風(fēng)載作用下，框架兩側(cè)的柱體各自處于受壓、受拉狀態(tài)，按照有關(guān)公式經(jīng)過計(jì)算得出67.23618/18=2418.2KN，即總壓力、拉力。在此基礎(chǔ)上，通過計(jì)算公式 2419.2/9=266、8.8KN/柱 7 3 910=1890KN可得9根柱體的平均受力小于恒載，建筑的基礎(chǔ)相對(duì)穩(wěn)定、安全。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案2：經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算636（6+12）2，可得出建筑井筒墻的重量為7776KN，而井筒所承受的風(fēng)力荷載為1.468=67.2KN/m，建筑結(jié)構(gòu)的豎向荷載約15120KN左右，抵抗傾覆彎矩的豎向荷載為22896KN。最后，通過計(jì)算合力偏心距，e=M/G=67.2 3618/22896=1.9m，確認(rèn)其超出安全范圍、不符合穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，必須采取基礎(chǔ)加固措施。綜合考慮多種形式的水平荷載，對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比、分析，不難發(fā)現(xiàn)，方案1的穩(wěn)定性、安全性優(yōu)于方案2。由此可見，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著多種體系，7、在設(shè)計(jì)前應(yīng)綜合考慮項(xiàng)目的實(shí)際需要與情況，進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，從中選取最佳方案才能確保建筑的質(zhì)量安全。3 高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系3.1 剪力墻結(jié)構(gòu)體系高層建筑的剪力墻體系，其主要是指全部采用了平面剪力墻構(gòu)件的主體受力結(jié)構(gòu)。在此種高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系中，所有的水平作用力、垂直荷載均施加在單片剪力墻之上，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系主要采用的是剛性結(jié)構(gòu)，從而有著較高的剛度、強(qiáng)度，其位移曲線呈彎曲形態(tài)。高層建筑采用剪力墻體系的優(yōu)點(diǎn)在于，延展性較強(qiáng)，傳力均勻且性能較強(qiáng)，有著良好的整體性，適用高度超出框架、框架剪力墻體系，是一種性能良好、狀態(tài)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。3.2 框架結(jié)構(gòu)體系高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，倘若采用框架結(jié)構(gòu)體系，其主8、要是利用柱體、梁架、基礎(chǔ)共同組成一個(gè)平面框架，同時(shí)將其作為建筑的主要承重結(jié)構(gòu)，最后通過梁的連結(jié)，使各個(gè)平面框架組合形成一個(gè)整體的空間結(jié)構(gòu)體系。此種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)在于：可靈活布置建筑的內(nèi)部平面，可從中設(shè)置空間容積較大的餐廳、會(huì)議室、教室等；必要時(shí)，可通過隔斷的安設(shè)與拆除，將建筑的平面布局為大空間或分割成小居室，靈活調(diào)整以滿足使用需求；建筑的外墻通常會(huì)選擇使用非承重構(gòu)件，從而能夠自由調(diào)整建筑的立面設(shè)計(jì)。值得注意的是，此種結(jié)構(gòu)的剛度較小、抗測(cè)力能力較差，在地震所產(chǎn)生的荷載與水平荷載的作用力下，將發(fā)生大幅度位移、破損，對(duì)于超出十五層高度的建筑不宜采納，相反則可實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性、安全性的平衡。3.3 9、框架剪力墻體系對(duì)于選擇框架結(jié)構(gòu)體系的高層建筑，倘若其剛度、強(qiáng)度無法滿足安全標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)要求時(shí)，通常需要利用質(zhì)量較大的剪力墻，來替換建筑平面部分位置的框架結(jié)構(gòu)，使剪力墻與框架形成一個(gè)整體，即框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在水平荷載的作用下，充分利用了剛度較強(qiáng)的連梁、樓板，使剪力墻結(jié)構(gòu)體系部分與原有框架結(jié)構(gòu)體系形成一個(gè)整體，協(xié)同承受水平力。高層建筑采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，水平剪力主要由剪力墻部分結(jié)構(gòu)來承受，而垂直荷載則由原有框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)，其位移曲線呈彎剪形態(tài)。此種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)在于：通過剪力墻的增設(shè)，提高了建筑結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度，大幅縮減了建筑的位移數(shù)值，同時(shí)也有效降低了原有框架結(jié)構(gòu)所負(fù)擔(dān)的水平剪力并豎向均勻10、地分散了內(nèi)力。由此可以看出，此種結(jié)構(gòu)體系的總體性能優(yōu)于框架體系。3.4 筒體結(jié)構(gòu)體系筒體結(jié)構(gòu)體系，其主要是指將筒體作為主要抗側(cè)力構(gòu)件的建筑結(jié)構(gòu)。高層建筑所采用的筒體受力構(gòu)件，可大致將其分為空腹筒、實(shí)腹筒兩種。其中，空腹筒受力構(gòu)件，主要是由開孔鋼筋混凝土外墻、密排柱、窗裙梁以幾種組合方式構(gòu)成的構(gòu)件；實(shí)腹筒受力構(gòu)件，主要是由曲面墻、平面墻共同圍組而成的立體豎向結(jié)構(gòu)單體。此種體系的優(yōu)點(diǎn)在于：強(qiáng)度、剛度較大；各個(gè)構(gòu)件的受力均勻、合理；有著良好的抗震性能、抗風(fēng)能力。對(duì)于空間、跨度較大的超高層建筑，采用此種結(jié)構(gòu)體系較為適宜。4 結(jié)束語現(xiàn)階段我國(guó)多數(shù)高層建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均采用了鋼筋混凝土剪力墻體系、剪力墻筒體結(jié)構(gòu)體系，此外較為常用的還有框架結(jié)構(gòu)體系、筒體體系等。無論采用哪種結(jié)構(gòu)體系，在高層建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)前期，都需要結(jié)合、運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)理論，綜合考慮業(yè)主的要求與項(xiàng)目的需要，對(duì)比、篩選設(shè)計(jì)體系與方案。文章轉(zhuǎn)自中國(guó)月期刊