高层建筑结构设计的几点要素__墨水学术,论文发表,发表论文,职称

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:151

副标题#e#
　　高层建筑结构设计的几点要素
　　虞志华叶云波
　　浙江当代建筑设计研究院浙江杭州310004
　　摘要:本文主要分析了高层建筑结构设计时需要考虑的几个重点，这是决定高层建筑设计是否成功的关键，笔者对此进行了阐述，供同行工程人员参考指正。
　　关键词:结构设计；结构体系；基础设计；抗震设计
　　1高层建筑设计中常用的结构体系
　　1.1框架—剪力墙体系
　　当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架,便形成了框架—剪力墙体系。在承受水平力时框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平剪力。框架—剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。
　　1.2剪力墙体系
　　当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时,即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中,单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构,其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高,有一定的延性,传力直接均匀,整体性好,抗倒塌能力强,是一种良好的结构体系,能建高度大于框架或框架一剪力墙体系。
　　1.3筒体体系
　　凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系,包括单筒体、筒体—框架、筒中筒、多束筒等多种型式。筒体是一种空间受力构件,分实腹筒和空腹筒两种类型。筒体体系具有很大的刚度和强度,各构件受力比较合理,抗风、抗震能力很强,往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。
　　2高层建筑结构基础设计研究
　　通过对一些工程高层建筑箱(筏)基与地基共同作用计算资料和实测研究资料的分析可知,高层建筑箱(筏)基采用共作用方法设计可使设计结果更符合实际。共同作用的设计方法正在逐步形成,并在工程中可以使用,有的已在使用。通过对高层建筑桩箱(筏)基础与地基共同作用的工程设计和实测研究结果的分析,可以提出以下建议:
　　(1)加大桩间距,减少桩数。充分发挥筏(或箱)底的地基承载力是可行的。具体设计时,根据当地工程设计的实践经验和试验而定。目前出现的减少沉降桩或疏桩均是共同作用实践的例子。
　　(2)若仍采用常规设计,桩承担的荷载可适当减小为:
　　Pp=P-Pw.A-(5-10%)P=(95-90)%P-Pw.A
　　上式中:P一上部总荷载(包括箱(筏)基);
　　Pp—桩承担的荷载;
　　P—浮力;
　　A—箱(筏)基础平面面积。
　　(3)高层建筑桩箱(筏)基础的容许沉降可适当加大,可采用[S]=20cm-30cm。
　　(4)一般的高层住宅或宾馆,当标准层的平面面积与箱(筏)平面相同时,内桩可排得稀疏些。
　　(5)高层建筑桩箱基础尽可能采用轴线桩,高层建筑柱筏基础尽可能采用柱对桩的排列方法。
　　(6)高层建筑桩箱基础底板设计时只计局部弯矩,整体弯矩可略。用26%的总荷载或地下水浮力作为地基反力来设计桩箱基础的箱基底板。
　　(7)高层建筑桩箱(筏)基础沉降计算建议分别计算建筑物竣工时的沉降和最终沉降。
　　(8)当箱基内墙间隔为3.3-3.5m总荷载为250-500KPa时,高层建筑桩箱基础桩沿轴线布置时,箱基底板厚度H可按下式确定:
　　H=30(P≤250KPa)
　　或者H=0.12P(250KPa≤P≤500KPa)
　　上式中:P—高层建筑总荷载(KPa);
　　H—箱基底板厚度。
　　3高层建筑结构抗震设计研究
　　3.1建筑结构抗震等级的一般规定
　　震级是表示地震强度所划分的等级,我同地震划分为六级:小地震3级,有感地3-4.5级,中强地震4.5-6级,强烈地震6-7级,大地震7-8级,大于8级的为巨大地震。抗震等级是设计部门依据国家有关规定,按“建筑物重要性分类与设防标准”,根据烈度、结构类型和房屋高度等,而采用不同抗震等级进行的具体设计。以钢筋混凝土框架结构为例,抗震等级划分为四级,以表示其很严重、严重、较严重及一般的四个级别。
　　3.2改善短柱抗震性能的措施
　　在高层特#p#副标题#e#别是超高层建筑结构设计中,柱子的截面往往比较大,在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。按抗震设计要求,应当尽量提高短柱的承载力,减小短柱的截面尺寸,采取各种有效措施提高短柱的延性,改善短柱的抗震性能。
　　(1)使用复合螺旋箍筋。
　　高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的,柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。因此,使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力,改善对混凝土的约束作用,能够达到改善短柱抗震性能的目的。
　　(2)采用分体柱。
　　短柱在地震作用下往往是因剪坏而失效,其抗弯强度不能完全发挥。因此,可人为地削弱短柱的抗弯强度,使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度,这样,在地震作用下,柱子将首先达到抗弯强度,从而呈现出延性的破坏状态。人为削弱抗弯强度的方法,可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱,分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键,以增强它的初期刚度和后期耗能能力。一般,连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩擦阻尼器、素混凝土连接键等形式。
　　(3)采用钢骨混凝土柱。
　　由于钢骨柱充分发挥了钢与混凝土两种材料的特点,具有截面尺寸小,自重轻,延性好以及优越的技术经济指标等特点,如果在高层或超高层钢筋混凝土结构下部的若干层采用钢骨混凝土柱,可以大大减小柱的截面尺寸,显著改善结构的抗震性能。
　　3.3抗震设计要考虑结构材料的选用和结构体系问题
　　在地震多发区,采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。我国150m以上的建筑,采用的三种主要结构体系(框—筒、筒中筒和框架—支撑),这些也是其他国家高层建筑采用的主要体系。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主,变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大,靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移,不仅增大了钢结构的负担,而且效果不大,有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构,形成加强层才能满足规范侧移限值。此外,在结构体系或柱距变化时,需要设置结构转换层。因此在需要设置加强层及转换层时,要慎重选择其结构模式,尽量减小其本身刚度,减小其不利影响。
　　3.4抗震设计时要考虑“三强三弱”
　　为体现抗震概念设计思想,规范要求实现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节弱杆”的要求,使其具有较好的变形能力。
　　目前,设计人员普遍作法是将梁超计算配筋或加大截面而柱筋及截面不变,这就很难保证“强柱弱梁”实现而且实际结构中转换层、刚性层大梁以及楼板的存在,要真正实现“强柱弱梁”的概念很困难。因此,要使“三强三弱”概念得以实现,首先应对规范目前核算公式改进使其实用,如采用“实配增大系数法”来保证。其次,设计人员应认识到“三强三弱”概念在抗震设计中的重要性,精心设计使所设计的结构具有良好的抗震能力。
　　4总结
　　目前新的高层建筑规范和新抗震规范的改进,对高层建筑结构设计的要求不断地完善,作为工程设计人员必须充分地理解新规范的编制原理,密切结合新规范和工程实际情况,不断地提高工程设计水平。