高層建筑結構特點及其體系

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1、高層建筑結構特點及其體系［論文關鍵詞］高層建筑；結構特點；結構體系［論文摘要］文章分析高層建筑結構的六個特點，并介紹目前國內(nèi)高層建筑的四大結構體系：框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構和筒體結構。我國改革開放以來，建筑業(yè)有了突飛猛進的發(fā)展，近十幾年我國已建成高層建筑萬棟，建筑面積達到2億平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大廈81層，高325米；廣州中天廣場80層，高322米；上海金茂大廈88層，高420.5米。另外在南寧市也建起第一高樓：地王國際商會中心即地王大廈共54層，高206.3米。隨著城市化進程加速發(fā)展，全國各地的高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為土

2、建工作設計人員，必須充分了解高層建筑結構設計特點及其結構體系，只有這樣才能使設計達到技術先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質量的基本原則。11一、高層建筑結構設計的特點高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有：（一）水平力是設計主要因素11在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著

3、決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。（二）側移成為控指標與低層或多層建筑不同，結構側移已成為高層結構設計中的關鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結構的側向變形迅速增大，與建筑高度H的4次方成正比（△＝qH4/8EI）。另外，高層建筑隨著高度的增加、輕質高強材料

4、的應用、新的建筑形式和結構體系的出現(xiàn)、側向位移的迅速增大，在設計中不僅要求結構具有足夠的強度，還要求具有足夠的抗推剛度，使結構在水平荷載下產(chǎn)生的側移被控制在某一限度之內(nèi)，否則會產(chǎn)生以下情況：111.因側移產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，尤其是豎向構件，當側向位移增大時，偏心加劇，當產(chǎn)生的附加內(nèi)力值超過一定數(shù)值時，將會導致房屋側塌。2.使居住人員感到不適或驚慌。3.使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞，使機電設備管道損壞，使電梯軌道變型造成不能正常運行。4.使主體結構構件出現(xiàn)大裂縫，甚至損壞。（三）抗震設計要求更高有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載

5、、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。（四）減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要11高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎造價和處理措施，可以多建層數(shù)，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟效益。地震效應與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結構上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構件產(chǎn)生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。（五）軸向變形不容忽視采用框架體系和框架——剪力墻體系的高

6、層建筑中，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達到較大的數(shù)值，其后果相當于連續(xù)梁中間支座沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。11（六）概念設計與理論計算同樣重要抗震設計可以分為計算設計和概念設計兩部分。高層建筑結構的抗震設計計算是在一定的假想條件下進行的，盡管分析手段不斷提高，分析的原則不斷完善，但由于地震作用的復雜性和不確定性，地基土影響的復雜性和結構體系本身的復雜性，可能導致理論分析計算和實際情況相差數(shù)倍之多，尤其是當結構

7、進入彈塑性階段之后，會出現(xiàn)構件局部開裂甚至破壞，這時結構已很難用常規(guī)的計算原理去進行分析。實踐表明，在設計中把握好高層建筑的概念設計也是很重要的。二、高層建筑的結構體系（一）高層建筑結構設計原則1.鋼筋混凝土高層建筑結構設計應與建筑、設備和施工密切配合，做到安全適用、技術先進、經(jīng)濟合理，并積極采用新技術、新工藝和新材料。112.高層建筑結構設計應重視結構選型和構造，擇優(yōu)選擇抗震及抗風性能好而經(jīng)濟合理的結構體系與平、立面布置方案，并注意加強構造連接。在抗震設計中，應保證結構整體抗震性能，使整個結構有足夠的承載力、剛度和延性。（二）高層建筑結構體系及適用

8、范圍目前國內(nèi)的高層建筑基本上采用鋼筋混凝土結構。其結構體系有：框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、筒體結