摘要:高層建築的結構體系是高層結構是否合理、經濟的關鍵,隨著建築高度和功能的發展需要而不斷發展變化。**總結了各種高層建築結構體系、特別是近年來出現的複雜、新穎的結構體系的受力特徵,進而對高層建築結構選型要點進行了**。
關鍵詞:高層建築；結構設計；選型結構；
選型工作具有很強的綜合性包含大量確定與不確定的因素,受諸多條件和因素影響,高層結構是否合理、經濟的關鍵,隨著建築高度和功能的發展需要而不斷發展變化。除了要考慮工程造價和投資能力,還要考慮所選結構型式對建築功能的適應性,施工條件,技術能力,施工工期,建築材料和能源**,建築美學要求包括建築群及其環境的配合建設場地的地形地貌自然災害等等。
1高層建築結構選型的相關概述
高層建築的結構體系主要有框架結構,異型柱框架結構,框架一剪力牆結構,剪力牆結構,部分框支剪力牆結構,筒體結構(框架一核心筒結構,筒中筒結構),以及混合結構,即由多種材料構件如鋼筋混凝土構件、鋼構件、組合結構構件(鋼管混凝土構件、型鋼混凝土構件及組合梁等)構成的結構。主要分為:(1)一般高層建築結構體系。
一般高層建築結構體系包括框架體系、剪力牆體系、框架－剪力牆體系、框架－筒體體系、框筒體系、筒中筒體系等結構體系。(2)複雜高層建築結構體系。複雜高層建築結構體系一般是指帶轉換層結構體系、連體結構體系、懸挑結構體系、帶加強層結構體系、平面不規則結構體系等。
(3)新穎高層建築結構體系。近年來,出現了一些新穎的高層建築結構體系。其中具有代表性的有束筒體系、巨型框架體系、脊骨體系等結構體系。
2高層建築結構選型的重要性
高層建築與城市社會發展的關係密切我國城市化程序及人口的持續增長導致城市人口急劇上公升,城市居住、生產、生活用地日趨緊張。為節約及充分利用城市土地資源,減少拆遷費、市政工程費和複雜地形處理費,提高城市社會吸納能力及其綜合效益,緩解城市膨脹及城市房屋的嚴峻供需矛盾,改善城市環境與調節心理等城市社會性問題,高層建築的數量仍將在全國各大中城市持續增長,且其規模、高度、複雜性及建設速度也將呈上公升趨勢。
高層建築結構複雜性提高現代高層建築體形與平立面空間分布日益複雜,高度、規模、投資日益增大,要求效能更先進、更優化的結構系統形式與之相適應。主要表現為:(1)需求多元化、功能綜合化的趨勢,必然要導致高層建築方案平立面形狀與內部空間分布等多樣化、個性化與複雜化,為增大建築淨空高度,很多一般多高層建築中不存在的新問題與矛盾開始出現,對結構系統形式的要求提高。
(2)隨著高度與規模等增大,高層建築投資增加、工期增長,其結構系統優化的必要性及可優化的空間與效益將更明顯。結構優化,首先是其形式的優化,然後才是其布局與構件引數的優化。(3)高層建築需考慮的影響因素日益複雜、系統、綜合和多變,選型需要的知識資訊愈加龐大,選型結果受人為因素的影響也將增大。
3高層建築結構選型的若干思考
豎向承重結構的選型在對豎向承重結構進行選型時,首先考慮的是建築物的高度和用途。不同結構體系的強度和剛度是不一樣的,因而它們適應的高度也不同。一般說來,框架結構適用於高度低、層數少、設防烈度低的情況;框架—剪力牆結構和剪力牆結構可以滿足大多數建築物的高度要求;層數很多或設防烈度較高時,可用筒體結構。
當建築物的高度超出表中數值時,要進行專門的研究,採取有效的措施。選擇結構體系應考慮的另乙個因素是建築物的用途。目前國內高層建築按用途大體上可分三大類:
住宅、旅館及公共性建築(辦公、商業、科研、教學、醫院等)。住宅建築一般採用剪力牆結構。
水平承重結構的選型水平承重結構對保證建築物的整體穩定和傳遞水平力有重要作用。水平承重結構選型通常有以下幾種,平板體系、無樑樓蓋、密肋樓蓋和肋形樓蓋。平板體系:
平板體系採用單向板或雙向板,常用於剪力牆結構或筒體結構。其優點是板底平整,可以不加吊頂,結構高度低,可以降低層高。但當跨度大時,採用平板較困難,一般非預應力平板不宜成過6m,預應力平板不宜超過9m,否則平板厚度過大,樓面重量太大。
採用現澆預應力無粘結平板樓面可以減少板厚。無樑樓蓋:在層高受限制情況下,公用建築常採用無樑樓蓋。
無樑樓蓋最好帶現澆柱帽,以加強板柱連線的可靠性。無樑樓蓋的合適跨度是:普通鋼筋混凝土樓面6m以內;預應力混凝土樓面可達9m。
密肋樓蓋:密肋樓蓋多用在跨度較大而樑高受限制的情況下。筒體結構角區樓面也常用密肋樓蓋。
當採用裝配式樓板時,框架－剪力牆結構應加混凝土現澆面層。樓蓋結構應滿足:房屋高度超過50m時,框架—剪力牆結構、筒體結構及複雜高層建築結構應採用現澆摟蓋結構;剪力牆結構和框架結構宜採用現澆結構。
房屋高度不超過50m時,8、9度抗震設計的框架-剪力牆結構宜採用現澆樓蓋結構;6、7度抗震設計的框架-剪力牆結構可採用裝配整體式樓蓋;框架結構和剪力牆結構可採用裝配式結構。同時對於現澆樓蓋,混凝土強度等級不宜低於c25,也不宜高於c40。
下部結構的選型高層建築的基礎是高層建築的重要組成部分。它將上部結構傳來的巨大荷載傳遞給地基。高層建築基礎形式選擇的好壞,不但關係到結構的安全,而且對房屋的造價、施工工期等有重大的影響。
高層建築基礎形式通常有以下幾種:(1)柱下獨立基礎:適用於層數不多、土質較好的框架結構。
(2)交叉梁基礎:即雙向為條形基礎。適用:
層數不多、土質一般的框架、剪力牆、框架－剪力牆結構。(3)片筏基礎:適用於層數不多土質較弱或層數較多土質較好時用。
當基岩埋置深度很深,水下水位又很高,但是在距地表不深處有一定承載力和一定厚度的持力層時,選用片筏基礎比選用樁基礎可以節省投資和縮短工期。但片筏基礎的剛度較弱,應注意對基礎不均勻沉降、變形和裂縫進行驗算。當地下水位很高時,還要進行抗浮驗算。
(4)復合基礎:適用於層數較多或土質較弱時採用。cfg樁復合地基是高粘結強度復合地基代表,目前它已大量應用於高層建築地基。
它既可適用於條形、獨立基礎,也可用於筏基和箱形基礎。可用於填土、飽和土及非飽和土粘性土。
4結語高層建築結構的選型與結構布置在結構抗震概念設計中占有極其重要的地位,它們直接影響著結構的安全性與經濟性。總的來說,高層建築結構選型包含豎向承重結構選型、水平承重結構選型以及下部結構選型;結構布置包括結構平面布置、結構豎向布置及變形縫設定。設計中應根據房屋的高度、高寬比等多方面因素選取合理的結構體系,以上因素在結構選型方面應該重點考慮。
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