高层建筑结构选型的若干思考__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:183

副标题#e#摘要：论文在介绍了高层建筑结构的定义、以及高层建筑结构设计影响因素的基础上，全面总结了各种高层建筑结构体系、特别是近年来出现的复杂、新颖的结构体系的受力特征，进而对高层建筑结构选型要点进行了探讨。
关键词：高层建筑   结构设计   选型    

高层建筑的结构体系是高层结构是否合理、经济的关键，随着建筑高度和功能的发展需要而不断发展变化。由最初的框架体系，发展到剪力墙体系，再发展为框架－剪力墙体系、框架－筒体体系、框筒体系、筒中筒体系、巨型框架体系、脊骨体系，继而又发展了带转换层体系、连体体系、悬挑体系、带加强层体系、平面不规则体系等等。
1高层建筑结构选型的相关概述
1.1一般高层建筑结构体系
一般高层建筑结构体系包括框架体系、剪力墙体系、框架－剪力墙体系、框架－筒体体系、框筒体系、筒中筒体系等结构体系。由梁、柱组成的结构成为框架。整栋结构都有梁、柱组成，就称为框架结构体系。用钢筋混凝土剪力墙抵抗竖向荷载和抵抗水平力的结构称为剪力墙结构体系。在结构中同时布置框架和剪力墙，就形成框架－剪力墙结构；两个方向的剪力墙围成筒体，就形成框架－筒体结构，二者可以统称为框架－剪力墙结构。筒中筒结构由外筒和内筒组成，外筒为框筒或桁架筒，内筒可以采用剪力墙围成的实腹筒，或采用内钢桁架筒或内框筒。
1.2复杂高层建筑结构体系
复杂高层建筑结构体系一般是指带转换层结构体系、连体结构体系、悬挑结构体系、带加强层结构体系、平面不规则结构体系等。多功能的高层建筑，往往需要沿建筑物的竖向划分为不同用途的区段。这些建筑物的竖向结构构件往往不能上下连续，需要设置转换层，通过转换构件实现上下竖向构件的过渡，这种体系就称为带转换层结构。连体结构体系是指两幢或几幢高层建筑之间由架空连接体相互连接，以满足建筑造型和适用功能的要求。
1.3新颖高层建筑结构体系
近年来，出现了一些新颖的高层建筑结构体系。其中具有代表性的有束筒体系、巨型框架体系、脊骨体系等结构体系。束筒结构体系：两个或两个以上的框筒紧靠在一起成“束”状排列，称为束筒巨型框架用筒体（实腹筒或桁架筒）做成巨型柱，用高度很大的箱形构件或桁架做成巨型梁。适用于一般高层或超高层建筑。脊骨结构体系：脊骨结构是在巨型框架的基础上进一步发展起来的，适合于一些建筑外形复杂，沿高度平面变化较大的复杂建筑，取其形状规则部分做成刚度和承载力都十分强大，成为脊骨结构。
2高层建筑结构设计的影响因素
1）水平作用是设计的主要因素。任何建筑结构都要抵抗竖向荷载和水平荷载，对于高层结构的设计，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要作用，但起控制作用的是水平荷载。因此，在高层建筑结构设计中，抗侧力的设计是关键，水平荷载是决定因素。
2）侧移成为控制指标。与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计的关键因素。控制结构侧移是保证建筑物正常使用的需要；侧移过大，使建筑物内的填充墙、建筑装饰和电梯轨道等服务设施产生裂缝，变形，甚至损坏，侧移过大，将导线结构升裂或损坏，进加危及结构正常便用和耐久性。
3）抗震设计要求更高。在高层建筑结构的抗震设防设计时，要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载，还必须使建筑结构具有良好的抗震性能。
4）轴向变形不容忽视。高层建筑由于层数多、轴力大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会对高层结构的内力产生很大影响。此外，高层结构中的柱和剪力墙的截面也往往很大。因此，剪切变形的影响不可忽略。
3高层建筑结构选型的若干思考
3.1结构选型的主要内容
结构选型包括以下主要内容：选择合适的竖向承重结构；选择合适的水平承重结构；选择合#p#副标题#e#适的基础结构。为了要选择合适的结构形式，要求对各种结构的受力特点及适用范围有较好的了解。选定的结构体系应符合以下要求：（1）满足使用要求；（2）尽可能地与建筑型式相一致；（3）平面和立面型式规则，受力好，有足够的承载力、刚度和延性；（4）施工简便；（5）经济合理。
3.2竖向承重结构的选型
在对竖向承重结构进行选型时，首先考虑的是建筑物的高度和用途。不同结构体系的强度和刚度是不一样的，因而它们适应的高度也不同。一般说来，框架结构适用于高度低、层数少、设防烈度低的情况；框架—剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求；层数很多或设防烈度较高时，可用筒体结构。当建筑物的高度超出表中数值时，要进行专门的研究，采取有效的措施。
选择结构体系应考虑的另一个因素是建筑物的用途。目前国内高层建筑按用途大体上可分三大类：住宅、旅馆及公共性建筑(办公、商业、科研、教学、医院等)。住宅建筑一般采用剪力墙结构。因为住宅本身需要很多墙体，采用剪力墙体系可以减少非承重隔墙，可较好地解决墙体材料的问题。一般来说，用钢量也少于框架－剪力墙结构。由于剪力墙住宅室内无外露梁、柱，便于室内布置，用户比较欢迎。在某些特殊情况下(如采用轻板框架)，也可以采用框架－剪力墙结构。50m高度以下的旅馆建筑，可以采用剪力墙结构或框架－剪力墙站构，两者各有优缺点。剪力墙结构适于客房层，但底层或底部几层往往要取消部分剪力墙用框架形成大空间，以便布置门厅、餐厅、会议室等大空间。框架－剪力墙结构底层布置灵活，但客房露出梁、柱，建筑上难以处理。至于50m以上的旅馆建筑，则还可采用筒体结构，此时中央筒布置楼（电）梯间和服务性房间，周边布置客房。50m以下的公共性建筑，多采用框架—剪力墙结构以满足不同用途、大小房间划分的要求。50m以上的公共性建筑，常用筒体结构以形成较大的无阻挡室内空间，可以灵活划分使用，并可满足通讯、电力、广播建筑对大面积房间的要求。
3.3水平承重结构的选型
水平承重结构对保证建筑物的整体稳定和传递水平力有重要作用。水平承重结构选型通常有以下几种，平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋形楼盖。平板体系：平板体系采用单向板或双向板，常用于剪力墙结构或筒体结构。其优点是板底平整，可以不加吊顶，结构高度低，可以降低层高。但当跨度大时，采用平板较困难，一般非预应力平板不宜成过6m，预应力平板不宜超过9m，否则平板厚度过大，楼面重量太大。采用现浇预应力无粘结平板楼面可以减少板厚。无梁楼盖：在层高受限制情况下，公用建筑常采用无梁楼盖。无梁楼盖最好带现浇柱帽，以加强板柱连接的可靠性。无梁楼盖的合适跨度是：普通钢筋混凝土楼面6m以内；预应力混凝土楼面可达9m。密肋楼盖：密肋楼盖多用在跨度较大而梁高受限制的情况下。筒体结构角区楼面也常用密肋楼盖。当采用装配式楼板时，框架－剪力墙结构应加混凝土现浇面层。楼盖结构应满足：房屋高度超过50m时，框架—剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇搂盖结构；剪力墙结构和框架结构宜采用现浇结构。房屋高度不超过50m时，8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构；6、7度抗震设计的框架-剪力墙结构可采用装配整体式楼盖；框架结构和剪力墙结构可采用装配式结构。同时对于现浇楼盖，混凝土强度等级不宜低于C20，也不宜高于C40。
例如某省工商行政管理局住宅项目中，对传统的现浇肋梁楼板与PK叠合楼板方案做了详细的技术经济比较。在结构性能方面，PK叠合板较现浇楼盖具有以下几点优势：（1）节约工程总造价；（2）仅需支梁模板无需支板模，从而节省模板材料，降低支模难度，减少支模量；（3）现场施工方便快捷，工期可缩短1/4；（4）在PK板中#p#副标题#e#采用预应力钢筋，能够有效解决结构在长期荷载作用下的楼板开裂的问题；（5）沿PK板的横向布置穿孔钢筋，并且在板与板的拼缝处设置骑缝的折线钢筋，从而消除PK叠和混凝土板横向开裂的可能性。（6）PK板中预应力钢筋的保护层净厚度为17.5mm，加上后期装修的粉刷厚度，保护层厚度可以达到22.5mm，满足楼板的防火要求；（7）根据有关规定，当叠合板的叠合现浇层厚度大于6公分时，可以做现浇板的考虑。所以60米以上的高层结构可以采用PK预应力混凝土叠合楼板；（8）上述经济比较是直接费的比较，并未对一些隐性优势进行量化，例如：工期缩短可以使房屋提前预售进入市场、银行贷款的提前偿还、现场施工更加文明、现场材料堆放占用更少的地方等等。
3.4下部结构的选型
高层建筑的基础是高层建筑的重要组成部分。它将上部结构传来的巨大荷载传递给地基。高层建筑基础形式选择的好坏，不但关系到结构的安全，而且对房屋的造价、施工工期等有重大的影响。因此，在确定基础形式时，应对上部结构和地质勘探资料进行认真研究，选用多个基础方案进行比较后作出决定。
高层建筑基础形式通常有以下几种：
柱下独立基础：适用于层数不多、土质较好的框架结构。当地基为岩石时，可采用地锚将基础锚固在岩石上，锚入长度≥40d。
交叉梁基础：即双向为条形基础。适用：层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架－剪力墙结构。
片筏基础：适用于层数不多土质较弱或层数较多土质较好时用。当基岩埋置深度很深，水下水位又很高，但是在距地表不深处有一定承载力和一定厚度的持力层时，选用片筏基础比选用桩基础可以节省投资和缩短工期。但片筏基础的刚度较弱，应注意对基础不均匀沉降、变形和裂缝进行验算。当地下水位很高时，还要进行抗浮验算。
复合基础：适用于层数较多或土质较弱时采用。CFG桩复合地基（见图1）是高粘结强度复合地基代表，目前它已大量应用于高层建筑地基。它既可适用于条形、独立基础，也可用于筏基和箱形基础。可用于填土、饱和土及非饱和土粘性土。
           
图1  复合地基试验加载图                    细部放大
4结语
总之，随着建筑功能及形式的不断发展，高层建筑结构由最初的一般高层建筑结构体系到复杂高层建筑，继而发展到一些新颖的高层建筑结构体系。论文重点介绍结构选型中的主要内容，其包含竖向承重结构选型、水平承重结构选型以及下部结构选型。
参考文献：
[1]沈蒲生．高层建筑结构设计[M]．北京：中国建筑工业出版社,2006
[2]刘海卿; 康珍珍; 张丙军. 高层建筑结构选型影响因素分析[J]. 科学技术与工程.2006(6)
[3]方鄂华．高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M]．北京：机械工业出版社，2004
[4]刘建文，沈蒲生.高层建筑结构选型与布置对受力性能的影响.工程力学[J]，2005，468-473