高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計探索論文

　　【摘要】過去由于建筑技術(shù)和經(jīng)濟方面等原因，一般的建筑都不會高于10層�，F(xiàn)今隨社會發(fā)展，必然會出現(xiàn)高層建筑。高層建筑與低層建筑在結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、構(gòu)件截面的選擇、重要部位的延性和整體的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計都大不相同；并且兩者之間在結(jié)構(gòu)耐久性、受力特點、穩(wěn)固性和設(shè)計特點也不盡相同。本文主要分析高層結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要設(shè)計形式和設(shè)計特點，總結(jié)了在相關(guān)設(shè)計過程中容易出現(xiàn)的一些遺漏和錯誤，結(jié)合自身的經(jīng)驗和體會，提出了相應的優(yōu)化措施。

　　【關(guān)鍵詞】高層建筑;混凝土;結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　隨著工業(yè)化、商業(yè)化、城市化在我國的迅速展開，以及改革開放和人口遷徙等因素，人口適宜居住和土地合理使用等問題越發(fā)突出，對于建筑形式提出了更高的要求，所以高層建筑逐漸進入人們的視野。由于建筑的高度發(fā)生變化，建筑的功能和類型也逐漸多樣，導致其結(jié)構(gòu)設(shè)計也隨之日益復雜，其中混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計更是最容易出現(xiàn)遺漏和錯誤的環(huán)節(jié)，也是整個建筑施工過程的基礎(chǔ)。

　　一、高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式和設(shè)計特點

　�。�1）設(shè)計形式的概述在高層建筑剛發(fā)展的時候，混凝土結(jié)構(gòu)體系最常用的是框架、剪力墻和框架-剪力墻三種傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；但伴隨著建筑技術(shù)和建筑材料的發(fā)展，以及建筑層數(shù)的不斷增加，現(xiàn)今最常用的是框筒、多束筒和筒中筒三種類型體系結(jié)構(gòu)。1.1框架結(jié)構(gòu)體系：這種體系是過去低層建筑中最常用的房屋結(jié)構(gòu)，一般僅適用于10層及10層以下的低層建筑。整個結(jié)構(gòu)體系是以框架梁、框架柱為骨架的剛性一體式連接結(jié)構(gòu)，具有抗震性強、自身結(jié)構(gòu)完整、重量輕和強度高等優(yōu)點。但當框架結(jié)構(gòu)的房屋高度增加時，框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向力作用也隨高度而增加，其自身水平負載所產(chǎn)生的內(nèi)力也遠超于豎向負載所產(chǎn)生的內(nèi)力；而框架結(jié)構(gòu)本身又存在抗側(cè)向位移剛度小、支座不均衡沉降敏感等結(jié)構(gòu)問題，所以很容易是整個建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向位移等情況。1.2剪力墻結(jié)構(gòu)體系：這種結(jié)構(gòu)體系相對于框架結(jié)構(gòu)體系是一種更優(yōu)的發(fā)展體系，一般適用于25~30層的房屋建筑結(jié)構(gòu)。整個結(jié)構(gòu)體系是由橫向和縱向所組成的一體化鋼筋混凝土墻結(jié)構(gòu)，具有側(cè)向位移剛度大、整體性好、水平力作用下側(cè)向位移小，以及沒有梁和柱等構(gòu)件外露的優(yōu)點，并且對房屋有圍護和分割作用，以及能夠有效的抵抗水平負載和豎向負載。但由于剪力墻的結(jié)構(gòu)性延展性差，導致建筑內(nèi)部劃分的空間較狹窄，僅適用于賓館和住宅等建筑。1.3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系：這種結(jié)構(gòu)體系是綜合了前兩種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點所產(chǎn)生的，一般適用于10~25層的房屋建筑結(jié)構(gòu)。整個結(jié)構(gòu)體系是由框架和剪力墻共同組成的，把各種負載壓力分流到各種承載物上；一般的水平負載是由剪力墻結(jié)構(gòu)所承擔的，一般的豎向負載是由框架結(jié)構(gòu)所承擔的。這樣的分流可以大幅度減少柱梁的截面和增加建筑空間的靈活度，以及增強側(cè)向位移的剛度，是一種非常實用的結(jié)構(gòu)體系。1.4框筒結(jié)構(gòu)體系：這是一組合式的結(jié)構(gòu)體系，一般適用于30~80層的高層建筑。整個結(jié)構(gòu)體系是由鋼筋混凝土圍成側(cè)向位移剛度較大，并在房屋中央安置剪力墻薄壁筒，和在周圍布置大柱距的一般框架的結(jié)構(gòu)，具有抗扭剛度大、抗側(cè)移剛度大等優(yōu)點。1.5筒中筒結(jié)構(gòu)體系：這種結(jié)構(gòu)體系是由兩部分組合而成，即內(nèi)筒和外筒組合而成的，具有良好的抗風性、抗震性和空間整體性。1.6多束筒結(jié)構(gòu)體系：這種結(jié)構(gòu)體系是在平面結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置多個剪力墻和薄壁筒體，一般適用于平面形狀較為復雜的房屋建筑。（2）設(shè)計特點概述高層建筑與中低層建筑相比，其自身的抗震性能、抗側(cè)剛度和承載力等各方面都不相同。不同結(jié)構(gòu)體系的選擇將直接影響到整體建筑施工的效果，所以需要通過更加優(yōu)良的設(shè)計概念和合理的構(gòu)造措施，以及更加專業(yè)的相關(guān)知識來對整個設(shè)計體系進行考慮和選擇。2.1考慮側(cè)向力：在低層建筑中，側(cè)向位移力十分之小，可以忽略不計；在高層建筑中，側(cè)向位移力隨高度增加而逐漸增大；2.2考慮負載性：由于土質(zhì)、建筑材料等各種因素影響，在不同的地基或樁基上施工時，要依據(jù)情況的不同來采用不同的處理措施，并且需要使地基基礎(chǔ)的負載力與上層結(jié)構(gòu)的重力相一致2.3考慮延展性：高層建筑由于高度的增加，需要更好的延展性，以及薄弱層的結(jié)構(gòu)需要更加柔軟，使整個建筑能夠在地震作用下，有更大程度上的變形能力。2.4考慮剛度強：由于建筑高度的不斷增加，高層建筑的側(cè)向位移也相應增大。所以在對高層建筑進行相關(guān)設(shè)計時，需要考慮整體結(jié)構(gòu)的強度和剛度，使整體結(jié)構(gòu)能夠有合理的自振頻率和位移控制2.5考慮抗震性：在選擇施工地段時，要選擇地質(zhì)堅硬密實的開闊平坦地段。并且要考慮整體結(jié)構(gòu)的負載力和變形能力兩個因素。

　　二、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的注意事項

　　由于高層建筑和低層建筑在許多方面都不同，所以在對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計當中，需要注意幾個重要問題：1.規(guī)范問題：由于建筑行業(yè)的迅速發(fā)展。過去的規(guī)范文件并不適合現(xiàn)今的高層建筑；現(xiàn)在的新規(guī)范在內(nèi)容上發(fā)生了很大的變化，增添了更多的限制條件和一些強制性規(guī)則，所以設(shè)計師在對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進行相關(guān)設(shè)計時，必須嚴格按照規(guī)范要求，遵守相關(guān)限制條件和強制性規(guī)則，避免影響整個施工過程的順利進行。2.高度問題：高層建筑最明顯的特點，就是高度；雖然過高的高度能夠增加更多的居住空間和提高土地的利用率，但是為了應對相應的自然災害（地震、臺風等）來襲，建筑物的高度就需要進行嚴格的限制。3.嵌固端的問題：由于嵌固的穩(wěn)固性會影響整體的穩(wěn)固性，所以在對整體的穩(wěn)固性進行設(shè)計和計算時，需要注意嵌固的設(shè)置合理性。

　　三、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化措施

　　1.增加建筑整體結(jié)構(gòu)的延展性當遭遇高強度地震和臺風時，高層建筑由于自身高度的影響，需要很強的抗傾斜能力和良好的延展性來應對可能產(chǎn)生的嚴重后果。但由于經(jīng)濟方面等因素，只需要對一些關(guān)鍵構(gòu)件提高其延展性。同時對于不同構(gòu)造的高層建筑，也需要依據(jù)其自身特點，來選擇相應的構(gòu)件進行加強。2.增強建筑整體的彈塑性狀態(tài)除了良好的延展性外，還可以通過結(jié)構(gòu)的良好彈塑性，即改變建筑材料，來吸收地震能量和其他相關(guān)自然力量，形成強梁、強柱和強桿件的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。3.優(yōu)化建筑整體結(jié)構(gòu)的布置整個建筑體系中最主要的兩部分，一般是框架和剪力墻。其中對于剪力墻可以采取順序周邊均勻的原則，來進行平面布置的優(yōu)化；對于框架要采取硬件結(jié)構(gòu)一體化的原則，同時還可以注意下結(jié)構(gòu)美觀的問題。

　　由于現(xiàn)在人口、經(jīng)濟等各方面因素的影響，為了提高土地利用率和滿足人口居住需求，高層建筑是社會發(fā)展所必然出現(xiàn)的產(chǎn)物�，F(xiàn)在的大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)都是混凝土結(jié)構(gòu)，但由于高層建筑出現(xiàn)的時間較短，現(xiàn)有的各方面相關(guān)經(jīng)驗和措施都較少，所以需要對于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化進一步討論和發(fā)展，來獲取更高的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　作者:李婷婷 單位:中國建筑上海設(shè)計研究院有限公司

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