關于高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的問題探討

1、<p>　　關于高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的問題探討</p><p>　　摘要：本文根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設計應用現(xiàn)狀最多的鋼結(jié)構(gòu)與鋼混結(jié)構(gòu)進行簡單分析，通過對民用高層住宅建筑結(jié)構(gòu)的設計原則，以及影響高層建筑結(jié)構(gòu)的因素重點闡述了高層民用建筑結(jié)構(gòu)設計中的幾個關鍵問題，包括框架柱剪力調(diào)整，框架柱軸壓比控制，框支框架傾覆彎矩控制，地基基礎設計以及結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形控制等。并就問題做了簡明分析，并提出了相應的建議和對策。 <

2、/p><p>　　關鍵詞：高層；住宅建筑；結(jié)構(gòu)設計；問題 </p><p>　　Abstract: This paper analyzed the present situation of the application of high-rise building structure design of steel structure and steel most concrete struc

3、ture, the design principle of the civil high-rise residential building structure, and the influence of key factors of high-rise building structure and expounds some key problems in structural design of high-rise building

4、s, including the shear frame column, column shaft the pressure ratio control, frame overturning moment control, deformatio</p><p>　　Key words: high; residential building; design; problem </p><p>

5、;　　中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號： </p><p>　　根據(jù)建筑使用的材料，我國的高層建筑采用的主體結(jié)構(gòu)有砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)等類型。鋼混結(jié)構(gòu)應用民用建筑結(jié)構(gòu)設計中，對混凝土的收縮和徐變變形影響不容忽視，在使用荷載和環(huán)境條件下的對裂縫開展深入的研究和設計，以及對大跨度鋼混凝土受彎和大偏壓構(gòu)件的剛度、撓度影響，因為在某些特殊情況下這些因素同樣將影響主體結(jié)構(gòu)的使用和安全

6、性。 </p><p>　　一、當前我國高層建筑結(jié)構(gòu)設計現(xiàn)狀分析 </p><p>　　以住宅建筑來看，由于建筑高度不斷攀升，從經(jīng)濟適用性和應用普及來看，近幾年來，與大多高層商業(yè)建筑采用鋼結(jié)構(gòu)不同的是：高層住宅建筑結(jié)構(gòu)主體更多采用鋼-混結(jié)構(gòu)進行高層建筑的建造和設計。而近幾年針對民用高層建筑采用主體結(jié)構(gòu)的是以鋼結(jié)構(gòu)還是鋼-混結(jié)構(gòu)為主攻方向的爭議就沒有停止過。推崇鋼結(jié)構(gòu)為主攻方向的一部分學者認

7、為：在當前住宅產(chǎn)業(yè)化趨勢之下推行鋼結(jié)構(gòu)具有：贊同強度高、自重輕、施工速度快、防潮、抗震性能好，便于安裝和拆卸（便于實施產(chǎn)業(yè)化住宅實施以及二次優(yōu)化設計） ，但鋼結(jié)構(gòu)存在防火和腐蝕的典型問題，而作為民用建筑住宅的成本來看，鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟成本較高。 </p><p>　　隨著近年我國房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及國家對抗震等硬性指標的規(guī)范，以往磚混結(jié)構(gòu)的住宅正在逐漸被鋼-混結(jié)構(gòu)所替代，雖然鋼-混結(jié)構(gòu)較之磚混結(jié)構(gòu)成本會高出很多，但在抗震

8、等規(guī)范指標下與鋼結(jié)構(gòu)主體比較成本要低出許多。這也是近年來我國民用高層住宅建筑多采用鋼-混住宅結(jié)構(gòu)的因素之一。 </p><p>　　二、高層住宅建筑結(jié)構(gòu)的設計原則 </p><p>　　1.結(jié)構(gòu)堅固、耐久 </p><p>　　除按荷載大小及結(jié)構(gòu)要求確定構(gòu)件的基本斷而尺寸外，對陽臺、樓梯欄桿、頂棚、門窗與墻體的連結(jié)等構(gòu)造設計，都必須保證建筑物構(gòu)、配件在使用時的安全。

9、 </p><p><b>　　2.應用先進技術(shù) </b></p><p>　　在進行建筑構(gòu)造設計時、應大力改進傳統(tǒng)的建筑方式，從材料、結(jié)構(gòu)、施工等方面引入先進技術(shù)、并注意因地制宜。 </p><p><b>　　3.合理降低造價 </b></p><p>　　各種構(gòu)造設計，均要注重整體建筑物的經(jīng)濟

10、、社會和環(huán)境的三個效益，即綜合效益。在經(jīng)濟上注意節(jié)約建筑造價，降低材料的能源消耗，又要有利于降低經(jīng)常運行、維修和管理的費用。還須保證工程質(zhì)量，不能單純追求效益而偷工減料，降低質(zhì)量標準，應做到合理降低造價。 </p><p><b>　　4.注意美觀大方 </b></p><p>　　建筑物的形象除了取決于建筑設計中的體型組合和立面處理外，一些建筑細部的構(gòu)造設計對整體美

11、觀也有很大影響。例如欄桿的型式、陽臺的凸凹、室內(nèi)外的細部裝修，各種轉(zhuǎn)角、收頭、交接處的接頭設計.都應合理處理.并相互協(xié)調(diào)，注意美觀大方。 </p><p>　　三、影響高層民用建筑結(jié)構(gòu)設計的主要因素 </p><p>　　1.外力作用的影響 </p><p>　　作用在建筑物上的各種外力統(tǒng)稱為荷載。荷載可分為恒荷載（如結(jié)構(gòu)自重）和活荷載（如人群、家具、風雪及地震荷載

12、）兩類。荷載的大小是建筑結(jié)構(gòu)設計的主要依據(jù)。也是結(jié)構(gòu)選型及構(gòu)造設計的重要基礎，起著決定構(gòu)件尺度、用料多少的重要作用。風載是高層建筑水平荷載的主要因素，風力隨著地面的不同高度而變化，在沿江沿海地區(qū)，風力影響更大，設計時必須遵照有關設計規(guī)范執(zhí)行。 </p><p>　　地震荷載也是主要荷載。地基土的縱波使建筑物產(chǎn)生上下顫動；橫波使建筑物產(chǎn)生前后或左右的水平方向的晃動。但這三個方向的運動并不同時產(chǎn)生，其中橫波的振動往往

13、超過風力的作用，所以地震力產(chǎn)生的橫波是建筑物的主要側(cè)向荷載。地震的大小用震級表示，震級的高低是根據(jù)地震時釋放能量的多少來劃分的，釋放能量愈多，地震越大，震級也愈高。故震級是地震的大小指標。 </p><p>　　在進行建筑物抗震設計時，是以該地區(qū)所定地震烈度為依據(jù)，地震烈度是指在地震過程中，地表及建筑物受到影響和破壞的程度。 </p><p>　　2.氣候條件的影響 </p>

14、<p>　　我國各地區(qū)地理位置及環(huán)境不同，從炎熱的南方到寒冷的北方，氣候條件有許多差異。太陽的輻射熱、自然界的風、雨、雷、霜、地下水等構(gòu)成了影響建筑物的多種因素。有的構(gòu)、配件因熱脹冷縮而開裂；有的部位出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象；有的因室內(nèi)過冷或過熱而妨礙工作等等.放在進行構(gòu)造設計時，應該針對建筑物所受影響的性質(zhì)與程度，對各有關構(gòu)、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保溫、隔熱、設伸縮縫、設隔蒸汽層等等。以防患于未然。 </

15、p><p>　　3.各種人為因素的影響 </p><p>　　人們在生產(chǎn)和生活活動巾，往往遇到火災、爆炸、機械振動、化學腐蝕、噪聲等人為因素的影響[3]。故在進行建筑構(gòu)造設計時，必須針對這些影響因素，采取相應的防火、防爆、防振、防腐、隔聲等構(gòu)造措施，以防止建筑物遭受不應有的損失。 </p><p>　　四、高層民用建筑結(jié)構(gòu)設計中的主要問題分析 </p>&

16、lt;p>　　1.框架柱剪力調(diào)整 </p><p>　　受力需要：框剪結(jié)構(gòu)在小震作用下彈性計算變形協(xié)調(diào)所得的框架柱剪力較小大震作用下剪力墻筒體及連梁出現(xiàn)裂縫后剛度退化框架柱剪力將大大增加?？拐鹦枰禾岣呓Y(jié)構(gòu)二道防線的抗震能力。問題：是否需滿足節(jié)點力系平衡——調(diào)整相連框架梁梁端剪力彎矩。 </p><p>　　分析：（1）框架柱偏壓，軸壓比控制，配筋一般由構(gòu)造控制，剪力調(diào)整——柱承載能

17、力未能得到有效提高；（2）框架梁純彎，梁端彎矩調(diào)整，配筋成比例調(diào)整，增大剪力調(diào)整——梁承載能力得到明顯提高；（3）實際結(jié)構(gòu)承載能力向強梁弱柱方向發(fā)展，不利于整體結(jié)構(gòu)強柱弱梁延性抗震；（4）臺灣、日本、美國震害表明，整澆樓蓋的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件墻柱破壞嚴重，樓蓋梁板一般未出現(xiàn)破壞。 </p><p>　　建議和對策：（1）小震作用下柱剪力調(diào)整十分必要；（2）不必拘泥于地震作用下框架節(jié)點力系平衡；（3）不必調(diào)整

18、相連框架梁梁端彎矩剪力。 </p><p>　　2.框架柱軸壓比控制 </p><p>　　抗震受力延性需要：避免大震作用下框架柱壓屈脆性破壞?，F(xiàn)行規(guī)范框架柱軸壓比限值： </p><p>　　分析：地震作用下，中柱所受軸力較小，邊柱、角柱所受軸力較大，尤其角柱迭加斜向扭轉(zhuǎn)作用所受軸力最大。建議和對策：框架中邊、角柱軸壓比控制宜參照1984年高層建筑結(jié)構(gòu)學組《高層建

19、筑結(jié)構(gòu)設計建議》區(qū)別對待適當調(diào)整，中柱適當放松，邊柱不變，角柱適當從嚴。建議框架柱軸壓比限值： </p><p>　　3.框支框架傾覆彎矩控制 </p><p>　　背景：現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定框剪結(jié)構(gòu)，控制框架結(jié)構(gòu)承受傾覆彎矩≤50%整體結(jié)構(gòu)傾覆彎矩?，F(xiàn)行規(guī)范尚未提及框支框架結(jié)構(gòu)承受傾覆彎矩的控制。美國、日本、臺灣震害表明帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)主要破壞形態(tài)為大震[5]。作用下筒體剪力墻連梁開裂后，框支柱承受

20、軸力過大，壓屈破壞。建議及對策：對帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)，增加地震作用下框支柱軸力。水平量化控制——控制框支框架結(jié)構(gòu)承受傾覆彎矩≤50%整體結(jié)構(gòu)傾覆彎矩。效果：有利于落地墻，筒體加強。有利于減輕框支柱受力，提高結(jié)構(gòu)抗震，抗倒塌能力。 </p><p><b>　　4.地基基礎設計 </b></p><p>　　地基基礎設計控制的要素：控制長期重力荷載作用下地基基礎的變形

21、及其差異變形；滿足重力荷載水平荷載組合作用下地基基礎承載能力要求。建議和對策：強化中央?yún)^(qū)，弱化邊緣區(qū)。減小重力荷載作用下地基基礎最大沉降及盤式差異。沉降斜率，改善結(jié)構(gòu)工作性能，提高結(jié)構(gòu)安全度。經(jīng)濟合理。 </p><p>　　5.結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形控制 </p><p>　　計算原則：采用材料彈性，樓蓋剛性的計算假定。采用水平地震作用下樓蓋角點豎向構(gòu)件水平層間位移。建議和對策：宜用第1振型，不宜

22、用振型組合。雙向作用宜參考IBC采用另向效應的30%計，不宜采用均方根法。 </p><p><b>　　五、總結(jié) </b></p><p>　　針對高層民用建筑結(jié)構(gòu)的設計原則以及影響高層民用建筑結(jié)構(gòu)設計的主要因素進行了具體的分析，從而對影響民用建筑結(jié)構(gòu)設計的這些具體問題進行了有效的控制和施工中進行結(jié)構(gòu)設計的一些建議，以期能為更多同業(yè)者提供一些參考和幫助。 </

23、p><p><b>　　參 考 文 獻 </b></p><p>　　[1]秦德發(fā).淺談高層建筑結(jié)構(gòu)概念設計與注意要點[J].中國科技博覽，2009. </p><p>　　[2]蘇成江.淺議建筑結(jié)構(gòu)設計過程中的幾點問題[J].民營科技，2011. </p><p>　　[3]吳新剛，劉杰.論建筑結(jié)構(gòu)設計中要注意的一些問題[