浅谈高层建筑结构设计的原则-论文发表__墨水学术,论文发表,发表

所属栏目：经济学论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:190

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　　浅谈高层建筑结构设计的原则
　　郭颖深圳市原匠建筑设计有限公司518053
　　摘要：近几十年来社会经济与科学技术的飞速进步，高层建筑在我国各大城市越来越多。高层建筑各工种间的配合协调非常重要。除建筑、结构、施工外，还有设备、防火、环境、交通、服务设施等，因而在设计时需要全面考虑。本文对高层建筑结构设计的原则进行了研究。
　　关键词：高层建筑结构设计设计原则
　　高层建筑兴起的最根本原因是工业化导致城市人口集中，造成城市用地紧张。高层建筑可以增加人们的聚集密度，缩短相互联系的距离，水平交通与竖向交通相结合，使用人们在地面上的活动分布走向空间化，节约了时间，增加了效率。高层建筑与低层建筑一样，承受自重、可变荷载、雪载等垂直荷载及风、地震等水平作用。由于高层建筑高度大。因而水平荷载成为其设计的控制因素。
　　一、房屋体形
　　1、建筑平面形状
　　（1）抗风设计
　　①对称平面高层建筑的高度越大，所受到的风荷载也越大，为了控制结构侧移和风振加速度建筑平面应该尽量采用方形、矩形、圆形正六边形、正八边形和椭圆形等双轴对称的平面形状。楼层平面形状不对称，高层建筑在风荷载作用下就会发生扭转振动，为使大风作用下，高层建筑的摇晃不致住者感到不适，就必须控制结构的顺风向振动加速度和横风向振动加速度。
　　②流线型平面合理地选择楼层平面形状，能够显著降低风对高层建筑的作用，取得较好的经济效果。高层建筑采用圆形、椭圆形等流线型平面，与采用矩形平面相比较，风载体型系数约可减小30%以上。
　　③带切角的矩形平面正六边形、正八边形、Y形和十字形平面的风载体型系数，也都比矩形平面要小。不过，在实际工程中，高层建筑还是以采用矩形平面居多，从减小风载体型系数的角度出发，对矩形平面进行切角处理，也能取得一定的效果。此外，对于采用框筒和框筒束体系的高层建筑，进行切角处理，还可降低风荷载作用下角柱的峰值应力。
　　（2）抗震设计
　　①简单平面
　　位于地震区的高层建筑，水平地震作用的分布取决于质量分布。为使楼层水平地震作用沿平面分布均匀，避免引起结构的扭转振动，楼层平面更应尽可能采用图示的方形、矩形、圆形等简单平面。
　　②不规划平面
　　在一个城市中，由于城市规划对街景的要求，或者由于建筑场地形状的限制，高层建筑不可能千篇一律地采用方形、矩形等简单平面形状，有时需要采用L型、丁字形、三叉形或十字形等比较复杂的平面形状。不过，为了避免地震时发生较强烈的扭转振动以及水平地震作用沿平面的不均匀分布，对于图中所示的各种平面形状，应该控制凸出部分的厚度t与宽度b的比值。当t/b≤1.0和t/d≤0.3时，均可视为较规则的平面形状，地震区的高层建筑可以采用。当t/b＞1.0或t/d＞0.3时，均应划归不规则平面形状，用于地震区高层建筑时，就应该对结构进行精细的地震反应分析，以便取得各构件较确切的地震内力和变形。
　　2、房屋高度
　　（1）房屋总高度
　　实践经验表明，不同的结构类型，不同的结构体系，各有其适用的最大高度。框架体系的抗侧力刚度和承载力较小，符合经济合理原则的房屋最大适用高度就较低。框-撑、框-墙和筒体等结构体系，抗侧力刚度和承载力逐级增大，它们所适用的最大房屋高度也就逐级增高。此外，钢材的强度和变形能力比混凝土高得多。所以，钢结构所适用的最大房屋高度要比混凝土-钢混合结构更高一些。
　　（2）房屋高宽比
　　房屋高宽比是指房屋总高度与房屋底部顺风（地震）向宽度的比值。它的数值的大小直接影响到结构的抗推刚度、风振加速度和抗倾覆能力。一般来说，房屋的高宽比越大，则结构越柔，风或地震作用下的侧移、阵风引起的振动加速度就越大，结构的抗倾覆能力越低。所以，进行高层建#p#副标题#e#筑钢结构的抗风和抗震设计时应该控制房屋的高宽比。既然房屋的高宽比值决定着结构的抗推刚度和抗倾覆承载力。因此，房屋高宽比的允许最大值，应该随水平荷载的大小而异。就是说，风荷载大的和抗震设防烈度高的建筑物，高宽比应小一些，否则可以大一些。
　　二、结构布置
　　1、抗侧力构件的平面布置
　　钢或钢筋混凝土结构高层建筑的动力特性取决于各抗侧力构件的平面布置状况。为使各构件受力均匀，获得抵抗水平荷载的最大承载力，抗侧力构件沿平面纵横方向的布置，应符合下列基本原则：抗侧力构件的布置应务求各楼层抗推刚度中心与楼层水平剪力的合力中心重合，以减少结构的扭转振动效应；框筒、墙筒、支撑筒等抗推刚度较大的芯筒，在平面上应居中或对称布置；具有较大受剪承载力的预制钢筋混凝土墙板，应尽可能由楼层平面中心部位移至楼层平面周边，以提高整个结构的抗倾覆和抗扭转能力；建筑的开间、进深应尽量统一，以减少构件规格，便利制作和安装；构件的布置以及柱网尺寸的确定，应尽量避免使钢柱的截面尺寸过大构件截面的钢板厚度一般不宜超过100mm，因为太厚的钢板，焊接困难，并容易产生层状撕裂。
　　平面不规则结构，考虑抗震设防的钢或钢筋混凝土结构高层建筑，在结构平面布置上具有下列情况之一者，则属于平面不规则结构；结构平面形状带有缺口，缺口在两个方向的凹进深度和长度，分别超过楼层平面各该方向边长的25%楼盖不连续或存在水平刚度突变，或者开洞面积超过该楼层总面积的50%；抗侧力构件出现垂直于所在平面方向的错位。具有较在抗推刚度的抗侧力构件，既不平行又不对称结构体系的两个相互垂直的主轴。
　　2、抗侧力构件的竖向布置
　　对于地震区的高层建筑，抗侧力构件沿高度方向的布置，应符合下列原则：各抗侧力构件所负担的楼层质量沿高度方向无剧烈变化；沿高度方向，各抗侧力构件是连续的，并位于同一竖直线上；由上而下，各抗侧力构件的抗推刚度和承载力逐渐加大，并与各构件所负担的水平剪力，弯矩和轴力成比例地增大。
　　出于建筑使用功能和结构抗倾覆稳定的需要，在钢结构高层建筑中，一般均设置地下室。地下室通常又都采用钢筋混凝土剪力墙体系或框-墙体系，楼层抗推刚度极大，而地面以上部分所采用钢结构，楼层抗推刚度要小得多，以致从地下到地上，楼层刚度发生突变，从而使楼房的底层或底部几层形成相对柔弱楼层，很不利于抗震。解决的办法可以是，将与刚性地下室相衔接的底层或底部两三层改用型钢混凝土结构（SRC结构），地下室与上部钢结构之间形成一个具有较大抗推刚度的过渡层，以减缓楼层刚度的变化幅度，综合小相对柔弱楼层塑性变形集中效应，改善整个结构的耐震性能，提高结构的抗震可靠度。
　　三、基础设计
　　1、基本要求
　　（1）对于高层建筑，因为基础埋置较深，宜结合使用要求设置多层地下室。它有早于提高结构的抗侧力稳定性和减轻上部结构的地震反应；并能起到补偿基础的作用，减小地基的压应力和沉降量。不过，应该注意，一个结构单元内不宜局部设置地下室。
　　（2）当高层建筑采用天然地基，并于主楼与周围裙房之间设置沉降缝时，为了确保主楼的抗侧力稳定性，主楼基础的埋置深度比裙房基础的埋置深度加深1.5m以上，并采用粗砂等松散、坚硬的材料，将地面以下的沉降缝填灌密实。
　　（3）地下室侧墙、基础底板以及它们的沉降缝，其构件均应满足地下室的防水要求。
　　（4）当基础埋置在地下水位以下，进行基础施工时，应采取措施防止地基土受到扰动。
　　（5）当基础直接砌置在极易风化的软质岩层上，施工时，应在基坑开挖好后立即铺筑混凝土垫层。
　　（6）若基础埋置深度低于邻近建筑物的基础底面标高，进行基础施工时应采取板桩、锚拉桩或地下连续墙等措施，防止#p#副标题#e#邻近建筑物下沉或倾斜。
　　2、基础埋深
　　（1）基础的埋置深度必须满足地基承载力和结构稳定性的要求，以减少地基沉降量及不均匀沉降引起的房屋整体倾斜；防止楼楼房在风、地震等水平荷载作用下的倾覆和滑移。
　　（2）基础埋置深度是指基础底板或桩基承台底面的埋置深度，一般从室外地面算起，若大楼地下室周边由于设置采光井等原因而不无可靠侧限时，应从具有一定侧限能力的地面算起。
　　（3）当采用筏基或箱基时，对于中软或中硬土质的天然地基，基础埋深不宜泪地建筑高度的1/12；对于坚硬土质的天然地基，埋深不宜小于建筑高度的1/15。抗震设防烈度为6度以下的高层建筑，基础埋深可适当减小。
　　（4）当采用桩基础，且承台上下的四周土质较好，承台底面埋深不宜小于建筑高度的1/15~1/18。
　　（5）高层建筑基础直接落在基岩上，可不设置地下室，基础埋置深度根据工程具体情况确定。当基岩埋藏较浅，若因开挖岩石比较很难，费用较高，基础埋深浅于上述限值或抗倾覆稳定不足时，应采取岩石锚杆等措施。
　　参考文献
　　[1]罗永坤.异形柱对高层结构受力特性影响浅析[J]建筑结构,1996,(02).
　　[2]魏琏.地震作用下建筑结构变形计算方法[J]建筑结构学报,1994,(02).