淺談高層建筑結構選型要點

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摘要:高層建筑的結構體系是高層結構是否合理、經濟的關鍵,隨著建筑高度和功能的發(fā)展需要而不斷發(fā)展變化。論文總結了各種高層建筑結構體系、特別是近年來出現(xiàn)的復雜、新穎的結構體系的受力特征,進而對高層建筑結構選型要點進行了探討。

關鍵詞:高層建筑；結構設計；選型結構； 選型工作具有很強的綜合性包含大量確定與不確定的因素,受諸多條件和因素影響,高層結構是否合理、經濟的關鍵,隨著建筑高度和功能的發(fā)展需要而不斷發(fā)展變化。除了要考慮工程造價和投資能力,還要考慮所選結構型式對建筑功能的適應性,施工條件,技術能力,施工工期,建筑材料和能源供應,建筑美學要求包括建筑群及其環(huán)境的配合建設場地的地形地貌自然災害等等。 1高層建筑結構選型的相關概述高層建筑的結構體系主要有框架結構,異型柱框架結構,框架一剪力墻結構,剪力墻結構,部分框支剪力墻結構,筒體結構(框架一核心筒結構,筒中筒結構),以及混合結構,即由多種材料構件如鋼筋混凝土構件、鋼構件、組合結構構件(鋼管混凝土構件、型鋼混凝土構件及組合梁等)構成的結構。主要分為:(1)一般高層建筑結構體系。一般高層建筑結構體系包括框架體系、剪力墻體系、框架－剪力墻體系、框架－筒體體系、框筒體系、筒中筒體系等結構體系。(2)復雜高層建筑結構體系。復雜高層建筑結構體系一般是指帶轉換層結構體系、連體結構體系、懸挑結構體系、帶加強層結構體系、平面不規(guī)則結構體系等。(3)新穎高層建筑結構體系。近年來,出現(xiàn)了一些新穎的高層建筑結構體系。其中具有代表性的有束筒體系、巨型框架體系、脊骨體系等結構體系。 2高層建筑結構選型的重要性 2.1高層建筑與城市社會發(fā)展的關系密切我國城市化進程及人口的持續(xù)增長導致城市人口急劇上升,城市居住、生產、生活用地日趨緊張。為節(jié)約及充分利用城市土地資源,減少拆遷費、市政工程費和復雜地形處理費,提高城市社會吸納能力及其綜合效益,緩解城市膨脹及城市房屋的嚴峻供需矛盾,改善城市環(huán)境與調節(jié)心理等城市社會性問題,高層建筑的數(shù)量仍將在全國各大中城市持續(xù)增長,且其規(guī)模、高度、復雜性及建設速度也將呈上升趨勢。 2.2高層建筑結構復雜性提高現(xiàn)代高層建筑體形與平立面空間分布日益復雜,高度、規(guī)模、投資日益增大,要求性能更先進、更優(yōu)化的結構系統(tǒng)形式與之相適應。主要表現(xiàn)為:(1)需求多元化、功能綜合化的趨勢,必然要導致高層建筑方案平立面形狀與內部空間分布等多樣化、個性化與復雜化,為增大建筑凈空高度,很多一般多高層建筑中不存在的新問題與矛盾開始出現(xiàn),對結構系統(tǒng)形式的要求提高。(2)隨著高度與規(guī)模等增大,高層建筑投資增加、工期增長,其結構系統(tǒng)優(yōu)化的必要性及可優(yōu)化的空間與效益將更明顯。結構優(yōu)化,首先是其形式的優(yōu)化,然后才是其布局與構件參數(shù)的優(yōu)化。(3)高層建筑需考慮的影響因素日益復雜、系統(tǒng)、綜合和多變,選型需要的知識信息愈加龐大,選型結果受人為因素的影響也將增大。 3高層建筑結構選型的若干思考 3.1豎向承重結構的選型在對豎向承重結構進行選型時,首先考慮的是建筑物的高度和用途。不同結構體系的強度和剛度是不一樣的,因而它們適應的高度也不同。一般說來,框架結構適用于高度低、層數(shù)少、設防烈度低的情況;框架—剪力墻結構和剪力墻結構可以滿足大多數(shù)建筑物的高度要求;層數(shù)很多或設防烈度較高時,可用筒體結構。當建筑物的高度超出表中數(shù)值時,要進行專門的研究,采取有效的措施。選擇結構體系應考慮的另一個因素是建筑物的用途。目前國內高層建筑按用途大體上可分三大類:住宅、旅館及公共性建筑(辦公、商業(yè)、科研、教學、醫(yī)院等)。住宅建筑一般采用剪力墻結構。 3.2水平承重結構的選型水平承重結構對保證建筑物的整體穩(wěn)定和傳遞水平力有重要作用。水平承重結構選型通常有以下幾種,平板體系、無梁樓蓋、密肋樓蓋和肋形樓蓋。平板體系:平板體系采用單向板或雙向板,常用于剪力墻結構或筒體結構。其優(yōu)點是板底平整,可以不加吊頂,結構高度低,可以降低層高。但當跨度大時,采用平板較困難,一般非預應力平板不宜成過6m,預應力平板不宜超過9m,否則平板厚度過大,樓面重量太大。采用現(xiàn)澆預應力無粘結平板樓面可以減少板厚。無梁樓蓋:在層高受限制情況下,公用建筑常采用無梁樓蓋。無梁樓蓋最好帶現(xiàn)澆柱帽,以加強板柱連接的可靠性。無梁樓蓋的合適跨度是:普通鋼筋混凝土樓面6m以內;預應力混凝土樓面可達9m。密肋樓蓋:密肋樓蓋多用在跨度較大而梁高受限制的情況下。筒體結構角區(qū)樓面也常用密肋樓蓋。當采用裝配式樓板時,框架－剪力墻結構應加混凝土現(xiàn)澆面層。樓蓋結構應滿足:房屋高度超過50m時,框架—剪力墻結構、筒體結構及復雜高層建筑結構應采用現(xiàn)澆摟蓋結構;剪力墻結構和框架結構宜采用現(xiàn)澆結構。房屋高度不超過50m時,8、9度抗震設計的框架-剪力墻結構宜采用現(xiàn)澆樓蓋結構;6、7度抗震設計的框架-剪力墻結構可采用裝配整體式樓蓋;框架結構和剪力墻結構可采用裝配式結構。同時對于現(xiàn)澆樓蓋,混凝土強度等級不宜低于C20,也不宜高于C40。 3.3下部結構的選型高層建筑的基礎是高層建筑的重要組成部分。它將上部結構傳來的巨大荷載傳遞給地基。高層建筑基礎形式選擇的好壞,不但關系到結構的安全,而且對房屋的造價、施工工期等有重大的影響。高層建筑基礎形式通常有以下幾種:(1)柱下獨立基礎:適用于層數(shù)不多、土質較好的框架結構。當?shù)鼗鶠閹r石時,可采用地錨將基礎錨固在巖石上,錨入長度≥40d。(2)交叉梁基礎:即雙向為條形基礎。適用:層數(shù)不多、土質一般的框架、剪力墻、框架－剪力墻結構。(3)片筏基礎:適用于層數(shù)不多土質較弱或層數(shù)較多土質較好時用。當基巖埋置深度很深,水下水位又很高,但是在距地表不深處有一定承載力和一定厚度的持力層時,選用片筏基礎比選用樁基礎可以節(jié)省投資和縮短工期。但片筏基礎的剛度較弱,應注意對基礎不均勻沉降、變形和裂縫進行驗算。當?shù)叵滤缓芨邥r,還要進行抗浮驗算。(4)復合基礎:適用于層數(shù)較多或土質較弱時采用。CFG樁復合地基是高粘結強度復合地基代表,目前它已大量應用于高層建筑地基。它既可適用于條形、獨立基礎,也可用于筏基和箱形基礎。可用于填土、飽和土及非飽和土粘性土。 4結語 高層建筑結構的選型與結構布置在結構抗震概念設計中占有極其重要的地位,它們直接影響著結構的安全性與經濟性?？偟膩碚f,高層建筑結構選型包含豎向承重結構選型、水平承重結構選型以及下部結構選型;結構布置包括結構平面布置、結構豎向布置及變形縫設置。設計中應根據(jù)房屋的高度、高寬比等多方面因素選取合理的結構體系,以上因素在結構選型方面應該重點考慮。 參考文獻 [1]沈蒲生．高層建筑結構設計[M]．北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006. [2]劉海卿,康珍珍,張丙軍.高層建筑結構選型影響因素分析[J].科學技術與工程,2006(6).