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1、高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討【摘 要】 隨著高層建筑層數(shù)及功能的不斷增加，高層建筑的平面布置及立面形式也越來(lái)越復(fù)雜。本文對(duì)高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。 /1/view-12291227.htm【關(guān)鍵詞】 概念設(shè)計(jì)；特點(diǎn)；布置探討一、高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)要想讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果符合規(guī)范，讓人滿意，設(shè)計(jì)者在結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注重以下及點(diǎn)：1.地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高層混凝土建筑由于有對(duì)基礎(chǔ)埋深的要求在，一般都會(huì)有地下一層到地下二層或是二層以上。但是有的設(shè)計(jì)師會(huì)有錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，總是認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)的地震作用不大，常常將地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)給忽略了，恰恰相反的是，設(shè)計(jì)師應(yīng)該注重地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，在進(jìn)行抗震2、設(shè)計(jì)時(shí)，不但要根據(jù)地下結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況來(lái)考慮，還要根據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程里的規(guī)定來(lái)考慮嵌固端設(shè)置的位置。2.剪力墻結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在的許多高層建筑由于是在外縱墻上進(jìn)行的開(kāi)窗，而對(duì)于內(nèi)縱墻的布置則很少，這樣的情況就容易造成兩主軸方向剛度的差異很大，其抗震性自然就難以達(dá)到滿意的效果。對(duì)于這樣的情況，設(shè)計(jì)師就要采取相應(yīng)的措施，如設(shè)計(jì)強(qiáng)連梁在縱向上、橫向多開(kāi)結(jié)構(gòu)洞等。3.結(jié)構(gòu)的體型。隨著時(shí)代的發(fā)展，建筑的體型也是越來(lái)越多元化，但是還是要堅(jiān)持在保證建筑結(jié)構(gòu)體系合理的基礎(chǔ)上，來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念。同時(shí)，要將建筑造價(jià)和建筑美觀有機(jī)結(jié)合，從而在根本上避免那些重大的資源浪費(fèi)。4.結(jié)構(gòu)的超高問(wèn)題。現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中3、，對(duì)于結(jié)構(gòu)的總高度都會(huì)有很多限制，不管是抗震規(guī)范還是高規(guī)中都有明確規(guī)范。現(xiàn)在新的規(guī)范對(duì)于這一方面更是細(xì)化了，除了原來(lái)的A級(jí)高度外，還增加了B級(jí)高度，當(dāng)結(jié)構(gòu)為B級(jí)建筑之后，相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法和處理措施都有了一定的改變，這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)師一點(diǎn)要重點(diǎn)注意。二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)1.荷載大（豎向荷載和水平作用）高層建筑的總高度高，層數(shù)多，由結(jié)構(gòu)自重、墻體重量、樓面、屋面活荷載及生活所需的基本設(shè)備等引起的豎向荷載較大、100m高的建筑底部單柱豎向軸力往往達(dá)1x1043 x 104kN，豎向軸力與房屋高度成線性正比關(guān)系；由風(fēng)荷載及地震力引起的水平作用產(chǎn)生的內(nèi)力主要是彎矩和剪力，在結(jié)構(gòu)底部所產(chǎn)生的彎矩與結(jié)構(gòu)高度的4、三次方成正比，水平力作用力結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的側(cè)向位移與高度的四次方成正比，水平作用對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形及建筑物的工程造價(jià)的影響占主導(dǎo)地位。即高層建筑結(jié)構(gòu)的豎向荷載所引起的內(nèi)力遠(yuǎn)大于低層建筑中豎向荷載可引起的內(nèi)力，水平荷載成為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的控制荷載。2.側(cè)移大（房屋水平變形大）高層建筑結(jié)構(gòu)的頂層側(cè)移較低層建筑的側(cè)移大。但過(guò)大的側(cè)移使人不舒服，使電梯運(yùn)行困難。影響人們?cè)诮ㄖ飪?nèi)正常工作和生活；側(cè)移過(guò)大會(huì)使建筑裝修開(kāi)裂，甚至脫落，影響建筑物的美觀、隔音、保暖等，脫落物有時(shí)會(huì)砸壞家具或設(shè)備甚至造成人身安全事故；會(huì)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)附加變形，從而產(chǎn)生附加內(nèi)力，使結(jié)構(gòu)主體出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重的會(huì)引起房屋破壞或倒塌。因此5、，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，還必須計(jì)算房屋的水平側(cè)移，并采取措施加以控制。限制側(cè)向變形也就是限制結(jié)構(gòu)的裂縫寬度及破壞程度。三、高層建筑結(jié)構(gòu)的布置1.高層結(jié)構(gòu)的總體布置高層建筑承受的豎向荷載較大，同時(shí)還承受控制作用水平力。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)、重視結(jié)構(gòu)選型與建筑平面、立面布置的規(guī)律性，選擇最佳結(jié)構(gòu)體系，加強(qiáng)構(gòu)造措施以保證建筑結(jié)構(gòu)的整體性，使整個(gè)結(jié)構(gòu)具有必要的承載力、剛度和變形能力。（1）結(jié)構(gòu)布置總原則。選擇有利的場(chǎng)地，避開(kāi)不利的場(chǎng)地，高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合分析考慮建筑場(chǎng)地的地質(zhì)狀況、上部結(jié)構(gòu)的類(lèi)型、施工條件、使用要求，確保建筑物不致發(fā)生過(guò)量沉降或傾斜.滿足建筑物正常使用要求。同6、時(shí)，應(yīng)注意與相鄰建筑的相互影響，了解鄰近地下構(gòu)筑物及各項(xiàng)地下設(shè)施的位置和標(biāo)高，確保施工安全。（2）選擇合理的基礎(chǔ)形式。高層建筑應(yīng)采用整體性好、能滿足地基的承載力和建筑物容許變形要求并能調(diào)節(jié)不均勻沉降的基礎(chǔ)形式。宜采用筏形基礎(chǔ).必要時(shí)可采用選用箱形基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件好、荷載較小，且能滿足地基承載力和變形要求時(shí)，也可采用交叉梁基礎(chǔ)或其他基礎(chǔ)形式；當(dāng)?shù)鼗休d力或變形不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可采用樁基礎(chǔ)或復(fù)合地基。（3）合理設(shè)置結(jié)構(gòu)變形縫。在高層建筑布置時(shí)，一般情況宜采取調(diào)整平面形狀與尺寸和結(jié)構(gòu)布置，加強(qiáng)構(gòu)造措施，設(shè)置后澆帶等方法，盡量不設(shè)縫、少設(shè)縫。當(dāng)建筑物平面形狀復(fù)雜而又無(wú)法調(diào)整其平面形狀和結(jié)構(gòu)布置使之7、成為較規(guī)則的結(jié)構(gòu)時(shí)，則需合理的設(shè)置變形縫。設(shè)縫時(shí)，必須保證有足夠的縫寬。（4）高層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。建筑體形、平面及立面規(guī)則，利于結(jié)構(gòu)平面布置均勻、對(duì)稱(chēng)并具有良好的抗側(cè)剛度；利于結(jié)構(gòu)的豎向布置均勻，宜具有合理的剛度、承載力和質(zhì)量分布均勻，無(wú)突變，可避免出局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位，對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取有效措施予以加強(qiáng)，宜具有多道防線。（5）控制房屋適用高度和高寬比。在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，除了要保證結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和剛度外，還要控制其位移的大小，要求有適宜的高度和高寬比。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則從安全、受力合理、節(jié)約投資、方便施工等方面提出種種限制與要求，應(yīng)妥善協(xié)調(diào)使用功能、造8、型效果、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造之間的矛盾，使結(jié)構(gòu)和建筑達(dá)到和諧統(tǒng)。2.結(jié)構(gòu)平面布置在高層建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，其開(kāi)間、進(jìn)深尺寸和構(gòu)件類(lèi)型應(yīng)盡量減少規(guī)格。宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻，減少扭轉(zhuǎn)影響。不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置。其平面布置宜符合下列要求。（1）平面形式。1）平面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱(chēng)，減少偏心；平面長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，建筑平面的長(zhǎng)寬比較大時(shí)，在地震時(shí)由于兩端地震波輸入不同，容易產(chǎn)生不規(guī)則的震動(dòng)，造成較大的震害。 2）當(dāng)平面帶有較長(zhǎng)冀緣的L形、Y形、T形、v形或十字形時(shí)，突出部分長(zhǎng)度不宜過(guò)大。3）不宜采用角部重疊的平面圖形或細(xì)腰形平面圖形。4）高層建筑宜選用風(fēng)作用效應(yīng)較小9、的平面形狀。5）結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響。考慮偶然偏心影響的地震作用下，按制高層建筑樓層豎向構(gòu)件的最大水平尾翼和層間位移。（2）樓梯、電梯間的位置。避免在凹角和端部設(shè)置樓梯、電梯間，避免樓梯、電梯問(wèn)偏置。當(dāng)按7度及7度以上抗震設(shè)防時(shí)，在結(jié)構(gòu)單元的兩端或拐角部位不宜設(shè)置樓梯間和電梯間，必須設(shè)置時(shí)應(yīng)采取加強(qiáng)措施。3.結(jié)構(gòu)豎向布置高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過(guò)大的外挑和內(nèi)收。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應(yīng)采用豎向布量、嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置。（1）需要抗震設(shè)防的建筑，豎向體形應(yīng)力求規(guī)則、均勻，避免有過(guò)大的外挑和內(nèi)收。（2）抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通。主體結(jié)10、構(gòu)或者非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如磚砌體填充墻等）的不規(guī)則、不連續(xù)布置也可能引起結(jié)構(gòu)剛度的突變。（3）突出屋面的塔樓必須具有足夠的承載力和延性，以承受鞭梢效應(yīng)的影響。因建筑物頂部的塔樓的“鞭梢效應(yīng)”，塔樓的質(zhì)量和剛度越小，地震放大作用越明顯，可能的情況下，宜采取臺(tái)階形逐級(jí)內(nèi)收的立面。4.框架-剪力墻結(jié)構(gòu)布置在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻承擔(dān)著主要的水平力，增大了結(jié)構(gòu)的剛度，減少結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移.因此，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量、間距和布置尤為重要。（1）框架剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向抗側(cè)力體系，結(jié)構(gòu)兩主軸方向均應(yīng)布置剪力墻，剪力墻的布置宜分散、均勻、對(duì)稱(chēng)地布置在建筑物的周邊附近，使結(jié)構(gòu)備主軸方向的側(cè)向剛度接近，盡量11、減少偏心扭轉(zhuǎn)作用。（2）剪力墻盡量布置在樓板水平剛度有變化處（如樓梯間、電梯間等），布置在平面形狀變化或恒載較大的部位。因?yàn)檫@些地方應(yīng)力集中，是樓蓋的薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)平面形狀凹凸較大時(shí)，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻。（3）剪力墻宜貫通建筑物全高，避免剛度突變；剪力墻開(kāi)洞時(shí)，洞口宜上下對(duì)齊。（4）為防止樓板在自身平面內(nèi)變形過(guò)大，保證水平力在框架與剪力墻之間的合理分配，橫向剪力堵的間距必須滿足要求。縱橫向剪力墻宜布置成L形、T形等，以使縱墻（橫墻）可以作為橫墻（縱墻）的翼緣，從而提高承載力和剛度。總結(jié)總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)、全面得工作，需要扎實(shí)的理論知識(shí)，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。作為設(shè)計(jì)人員，要掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程，保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的安全，還要善于總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)。千里之行，始于足下。設(shè)計(jì)人員要從一個(gè)個(gè)基本的構(gòu)件算起，做到知其所以然，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，并密切配合其它專(zhuān)業(yè)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在工作中應(yīng)事無(wú)巨細(xì)，善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。參考文獻(xiàn)：1于險(xiǎn)峰.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其體系J.建筑技術(shù)，2009（24）.2葉倩.異形柱和短肢剪力墻體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)D.合肥工業(yè)大學(xué)，2006.3沈蒲生.樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理M.科學(xué)出版社.2003.12.