高层建筑结构布置及设计探究

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　　摘要:高层建筑空间功能的复杂化,结构布置是高层建筑结构设计的首要工程。本文主要围绕高层建筑结构,总结了高层建筑结构设计的特点以及提出了高层建筑结构分析和各种体系相对应的方法。
　　关键词:高层建筑 结构布置
　　
　　1　前言
　　
　　目前,我国的高层建筑建设可谓突飞猛进,其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。为满足高层建筑的形式,材料,力学分析模型都将日趋复杂多元,为了革新高层建筑,体现其魅力,追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。
　　
　　2　高层建筑结构特点
　　
　　高层建筑具有占地面积少、建筑面积大、造型特殊、集中化程度高等特点,正是这一特点,使得高层建筑在现代化大都市中得到了迅速的发展。高层建筑占地面积少,不仅可以大量的节省土地的投资。而且有较好的日照、采光和通风效果。但是,随着建筑高度的增加,建筑的防火、防灾、热岛效应等已成为人们急待解决的难题。
　　从受力角度来看,随着高层建筑高度的增加,水平荷载对结构起的作用将越来越大。除了结构的内力将明显加大外,结构的侧向位移增加更快。由此可见,高层建筑不仅需要较大的承载能力,而且需要较大的刚度,从而使水平荷载产生的侧向变形限制在一定的范围内,满足有关规范的要求。
　　
　　3　高层建筑的结构布置
　　
　　3.1结构布置内容
　　(1)根据建筑物的高度、层数、荷载、使用功能、建设区域及场地的工程特点选取合适的基础及上部结构形式,
　　(2)控制建筑的高竟比。
　　(3)采用合理的平面布置,避免乎面不规则;平面长度不宜过大,突出部分不宜过大,局部尺寸宜符合“高规”(JGJ3 2002)表4.3.3要求;构件的水平刚度在乎面上布置均匀。
　　(4)采用合理的竖向布置,竖向体型宜规则、均匀,避免过大的外挑和内收。结构侧向刚度宜下大上小,逐渐均匀变化,不应采用竖向布置严重不规则的结构。
　　
　　3.2结构布置要求
　　3.2.1平面布置
　　应简单、规则,均衡对称,并具有良好的整体性尽量使质量中心与结构刚度中心重合,避免扭转的不利影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层乎均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比不应大于0.85。落地剪力墙和框支柱的布置:①底部必须要有落地剪力墙(简体),落地剪力墙和简体底部墙体应加厚。②落地剪力墙与相邻框支柱的距离,在1层～2层框支层时不宜大于12m,3层及3层以上框支层时不宜大于10 m。③落地剪力墙和简体的洞口宜布置在墙体的中部。④框支剪力墙转换梁上一层墙体内不宜设边门洞,不宜在中柱上方设门洞。⑤框支剪力墙结构剪力墙底部加强部位,墙体两端宜设置翼墙或端柱,抗震设计时尚应设置约束边缘构件。
　　3.2.2竖向布置
　　主要是控制转换层上、下刚度的突变。为保证结构底部大空间有合适的刚度、强度和延性,应尽量强化转换层下部的结构刚度,弱化转换层上部的结构刚度,使得转换层上、下层结构刚度及变形特征尽量接近。《高规》中规定转换层上、下层结构等效刚度比有较严格限制,一般要求宜接近1。
　　
　　4　高层建筑的结构材料
　　
　　现代高层建筑所采用的材料,主要是钢材和混凝土两种。不同国家、不同地区、不同结构形式所采用的结构材料不同,大致有以下几种形式:
　　
　　4.1钢结构
　　钢材强度高、韧性大、易于加工。钢结构构件可以在工厂加工,缩短了现场施工工期,施工方便。高层钢结构具有结构断面小、自重轻、抗震性能好等优点。
　　
　　4.2钢筋混凝土结构
　　钢筋混凝土结构造价低,材料来源丰富,可以浇注成各种复杂的断面形式,节省钢材,承载能力也不低。其缺点是自重较大,抗震性能不如钢结构,建造高度也不如钢结构。
　　
　　4.3钢一混凝土组合结构
　　将型钢布置在构件内部,外部由钢筋混凝土做成,或者是在钢管内部填充混凝土,做成钢一混凝土组合结构。此种形式使上述两种结构材料优势互补,结构具有很好的抗震性能。建造高度可与钢结构相当。
　　
　　5　结构设计
　　
　　5.1框架梁、柱中心线宜重合
　　当梁柱中心线不能重合时,在计算中应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响,以及梁荷载对柱子的偏心影响。
　　框架梁构造要求框架结构的主梁截面高度bb,可按(1/lO~l/18)Ib确定Ib为主梁计算跨度; 梁净跨与截面高度之比不宜小于4; 梁的截面宽度不宜小于200MM,梁截面的高宽比不宜大于4。
　　当梁高较小或采用扁梁时,除验算其承载力和受剪截面要求外,尚应满足刚度和裂缝的有关要求,在计算梁的挠度时,可扣除梁的合理起拱值,对现浇梁板结构,宜考虑梁受压翼缘的有利影响。
　　
　　5.2剪力墙结构
　　高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构,短肢剪力墙较多时,应布置简体或一般剪力墙,形成短肢剪力墙与简体,或一般剪力墙,共同抵抗水平力的剪力墙结构。
　　高层建筑设计高度等于或大于250M, 其楼层层间最大位移与层高之比Augh不宜大于1/500。
　　
　　6　结语
　　
　　随着社会经济的发展和人们生活水乎的提高, 对建筑结构设计也提出了更高的要求,目前建筑工程师是结构设计革命的推动者和执行者。推广概念设计思想是一种有效的办法。高层建筑已走过百年历史,从其出现之日起就成为城市的焦点,其形式和风格也不断的发展变化着,高层建筑设计与城市空间的融合也正不断的完善发展。

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