高層建筑結(jié)構(gòu)選型

1、班級(jí)：建筑13-1學(xué)號(hào): 2013212703姓名：穆寶寶指導(dǎo)老師：王東坡結(jié)構(gòu)選型課程論文高層建筑結(jié)構(gòu)體系選型及分析摘要:高層建筑的結(jié)構(gòu)體系是高層結(jié)構(gòu)是否合理、經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵,隨著建筑高度和功能的發(fā)展需要而不斷發(fā)展變化。論文總結(jié)了各種高層建筑結(jié)構(gòu)體系、特別是近年來(lái)出現(xiàn)的復(fù)雜、新穎的結(jié)構(gòu)體系的受力特征,進(jìn)而對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)選型要點(diǎn)進(jìn)行了探討。 關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)體系 選型分析 一，高層建筑選型的重要性1高層建筑與城市社會(huì)發(fā)展的關(guān)系密切我國(guó)城市化進(jìn)程及人口的持續(xù)增長(zhǎng)導(dǎo)致城市人口急劇上升,城市居住、生產(chǎn)、生活用地日趨緊張。為節(jié)約及充分利用城市土地資源,減少拆遷費(fèi)、市政工程費(fèi)和復(fù)雜地形處理費(fèi),提高城市社

2、會(huì)吸納能力及其綜合效益,緩解城市膨脹及城市房屋的嚴(yán)峻供需矛盾,改善城市環(huán)境與調(diào)節(jié)心理等城市社會(huì)性問(wèn)題,高層建筑的數(shù)量仍將在全國(guó)各大中城市持續(xù)增長(zhǎng),且其規(guī)模、高度、復(fù)雜性及建設(shè)速度也將呈上升趨勢(shì)。2高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜性提高現(xiàn)代高層建筑體形與平立面空間分布日益復(fù)雜,高度、規(guī)模、投資日益增大,要求性能更先進(jìn)、更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)形式與之相適應(yīng)。主要表現(xiàn)為:(1)需求多元化、功能綜合化的趨勢(shì),必然要導(dǎo)致高層建筑方案平立面形狀與內(nèi)部空間分布等多樣化、個(gè)性化與復(fù)雜化,為增大建筑凈空高度,很多一般多高層建筑中不存在的新問(wèn)題與矛盾開(kāi)始出現(xiàn),對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)形式的要求提高。(2)隨著高度與規(guī)模等增大,高層建筑投資增加、工期

3、增長(zhǎng),其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化的必要性及可優(yōu)化的空間與效益將更明顯。結(jié)構(gòu)優(yōu)化,首先是其形式的優(yōu)化,然后才是其布局與構(gòu)件參數(shù)的優(yōu)化。(3)高層建筑需考慮的影響因素日益復(fù)雜、系統(tǒng)、綜合和多變,選型需要的知識(shí)信息愈加龐大,選型結(jié)果受人為因素的影響也將增大。二，高層建筑常用類(lèi)型 高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式繁多，框架、剪力墻、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系是高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)中較為傳統(tǒng)的、廣為應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系。隨著層數(shù)和建筑高度增加，利用結(jié)構(gòu)空間作用，又發(fā)展了框架一簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)多筒結(jié)構(gòu)和巨型結(jié)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu)體系。 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)，包括部分框支、剪力墻結(jié)構(gòu)；框架-剪力墻結(jié)構(gòu)；筒體結(jié)構(gòu)，包括框

4、架-核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)；以及混合結(jié)構(gòu)，即由多種材料構(gòu)件如鋼筋混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件、組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件（鋼管混凝土構(gòu)件、型鋼混凝土構(gòu)件及組合梁等）構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)分別加以分析。1、框架結(jié)構(gòu)體系 由框架梁、柱、樓板等主要構(gòu)件組成。其特點(diǎn)是柱網(wǎng)布置靈活，便于獲得較大的使用空間。延性較好。橫向側(cè)移剛度較小。因此適用需要大空間的、層數(shù)不宜太多、房屋的高度不宜太高的建筑。如：商場(chǎng)、住宅、辦公樓等。 框架應(yīng)當(dāng)縱橫雙向布置，形成雙向抗側(cè)力體系。較高的高層建筑不宜采用框架結(jié)構(gòu)。 2、剪力墻結(jié)構(gòu)體系 剪力墻承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點(diǎn)是整體性好，側(cè)向剛度大，水平力作用下側(cè)移小，并且由于沒(méi)有梁、柱等外露與凸

5、出，便于房間內(nèi)部布置。缺點(diǎn)是不能提供大空間房屋結(jié)構(gòu)延性較差。 當(dāng)?shù)叵率一蛳虏恳粚?、幾層，需要大空間時(shí)（如商場(chǎng)、停車(chē)庫(kù)等）即形成部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種不同結(jié)構(gòu)的過(guò)渡層必須設(shè)置轉(zhuǎn)換層。 剪力墻結(jié)構(gòu)由于承受豎向力、水平力的能力均較大，橫向剛度大，因此可以建造比框架結(jié)構(gòu)更高、更多層數(shù)的建筑。但是只能以小房間為主的房屋，如住宅、賓館、單身宿舍。而賓館中需要大空間的門(mén)廳，餐廳、商場(chǎng)等往往設(shè)置在另外的建筑單元中。 3、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系 由于框架結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是能獲得大空間的房屋，房間布置靈活。而其主要弱點(diǎn)是側(cè)向剛度較小，側(cè)移較大。而剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大，可減小側(cè)移。但是全

6、剪力墻結(jié)構(gòu)無(wú)法布置大空間房層。因此，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系恰好是對(duì)兩者取長(zhǎng)補(bǔ)短，既能布置大空間房屋與小空間房屋，布置靈活，又具有較大的側(cè)向剛度，彌補(bǔ)純框架結(jié)構(gòu)之不足，所以廣泛用于層數(shù)較多我、房屋總高較高的建筑，而且可以靈活布置大小空房間，適應(yīng)較多的建筑功能要求。 對(duì)于地震區(qū)建筑來(lái)說(shuō)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)具有兩道抗震防線即剪力墻與框架。 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)，由于功能要求，剪力墻布置位置往往受到限制，往往不可避免地造成剛心、質(zhì)心不重合，產(chǎn)生偏心扭矩。同時(shí)其側(cè)向剛度還是偏小，房屋建造高度愛(ài)到限制。 4、筒體結(jié)構(gòu)體系 筒體結(jié)構(gòu)包括框架-核心筒結(jié)構(gòu)與筒中筒結(jié)構(gòu)。 框架-核心筒結(jié)構(gòu)由實(shí)體的核心筒和外框架

7、構(gòu)成。一般將樓電梯間及一些服務(wù)用房集中在核心筒內(nèi)；其他需較大空間的辦公用房、商業(yè)用房等布置在外框架部分。由于核心筒實(shí)際上是兩個(gè)方向的剪力墻構(gòu)成封閉的空間結(jié)構(gòu)，具有更好的整體性與抗側(cè)剛度?？蚣?核心筒結(jié)構(gòu)體系適用于高度較高，功能較多的建筑。 筒中筒結(jié)構(gòu)是由實(shí)體的內(nèi)筒與空腹的外筒組成?？崭雇馔灿擅芘胖案叨容^大的橫梁組成。筒中筒結(jié)構(gòu)體系具有更大的整體性與側(cè)向剛度，因此適用于高度很大的建筑。如果將若干筒體組合成成組筒結(jié)構(gòu)體系，則側(cè)向剛度更大，可適用于特別高的超高層建筑。 5、混合結(jié)構(gòu)體系 由多種不同材料構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系稱(chēng)為混合結(jié)構(gòu)體系。由于不同材料制成的構(gòu)件有不同的特點(diǎn)，有其明顯的優(yōu)點(diǎn)，采用不同材

8、料構(gòu)件組成的混合結(jié)構(gòu)體系，實(shí)際上是各種構(gòu)件的優(yōu)化組合。 鋼管混凝土構(gòu)件是有效利用混凝土的約束強(qiáng)度，在三向約束下，混凝土的抗壓強(qiáng)度可比單向抗壓強(qiáng)度提高數(shù)倍。正是利用這一特點(diǎn)，混凝土處于三向約束的鋼管混凝土最適宜用于以受壓為主的軸心受壓或小偏心受壓柱以及其他受壓構(gòu)件。鋼管混凝土構(gòu)件的主要優(yōu)點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高，延性好，澆灌混凝土?xí)r不需模板。廣泛用于高層建筑的柱子、拱橋的受壓拱圈，高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)的受壓弦桿等。 型鋼混凝土構(gòu)件是在混凝土中主要配置型鋼（包括扎鋼型鋼與焊接型鋼）的構(gòu)件。一般也配置一些構(gòu)造鋼筋及輔助受力鋼筋。型鋼混凝土可制作成柱、梁、剪力墻、筒體等。它們的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、剛度大、斷面小、延生與

9、抗震性能好，防火性能好等。它可以和鋼結(jié)構(gòu)混合使用。例如下部若干層為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，上部為鋼結(jié)構(gòu)，以增大高層建筑的剛度，減少風(fēng)荷載或水平地震作用下的側(cè)移。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)也可和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)混合使用。例如核心筒為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外框架為型鋼混凝土的框架-筒體結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)或框剪結(jié)構(gòu)中也可下部數(shù)層用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、上部用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。三，高層建筑結(jié)構(gòu)選型的若干思考1豎向承重結(jié)構(gòu)的選型在對(duì)豎向承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型時(shí),首先考慮的是建筑物的高度和用途。不同結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)度和剛度是不一樣的,因而它們適應(yīng)的高度也不同。一般說(shuō)來(lái),框架結(jié)構(gòu)適用于高度低、層數(shù)少、設(shè)防烈度低的情況;框架剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)可以滿足大多

10、數(shù)建筑物的高度要求;層數(shù)很多或設(shè)防烈度較高時(shí),可用筒體結(jié)構(gòu)。當(dāng)建筑物的高度超出表中數(shù)值時(shí),要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的研究,采取有效的措施。選擇結(jié)構(gòu)體系應(yīng)考慮的另一個(gè)因素是建筑物的用途。目前國(guó)內(nèi)高層建筑按用途大體上可分三大類(lèi):住宅、旅館及公共性建筑(辦公、商業(yè)、科研、教學(xué)、醫(yī)院等)。住宅建筑一般采用剪力墻結(jié)構(gòu)。2水平承重結(jié)構(gòu)的選型水平承重結(jié)構(gòu)對(duì)保證建筑物的整體穩(wěn)定和傳遞水平力有重要作用。水平承重結(jié)構(gòu)選型通常有以下幾種,平板體系、無(wú)梁樓蓋、密肋樓蓋和肋形樓蓋。平板體系:平板體系采用單向板或雙向板,常用于剪力墻結(jié)構(gòu)或筒體結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是板底平整,可以不加吊頂,結(jié)構(gòu)高度低,可以降低層高。但當(dāng)跨度大時(shí),采用平板較困難,

11、一般非預(yù)應(yīng)力平板不宜成過(guò)6m,預(yù)應(yīng)力平板不宜超過(guò)9m,否則平板厚度過(guò)大,樓面重量太大。采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力無(wú)粘結(jié)平板樓面可以減少板厚。無(wú)梁樓蓋:在層高受限制情況下,公用建筑常采用無(wú)梁樓蓋。無(wú)梁樓蓋最好帶現(xiàn)澆柱帽,以加強(qiáng)板柱連接的可靠性。無(wú)梁樓蓋的合適跨度是:普通鋼筋混凝土樓面6m以內(nèi);預(yù)應(yīng)力混凝土樓面可達(dá)9m。密肋樓蓋:密肋樓蓋多用在跨度較大而梁高受限制的情況下。筒體結(jié)構(gòu)角區(qū)樓面也常用密肋樓蓋。當(dāng)采用裝配式樓板時(shí),框架剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)加混凝土現(xiàn)澆面層。樓蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足:房屋高度超過(guò)50m時(shí),框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)及復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)采用現(xiàn)澆摟蓋結(jié)構(gòu);剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)宜采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。房屋高度不超過(guò)50

12、m時(shí),8、9度抗震設(shè)計(jì)的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)宜采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu);6、7度抗震設(shè)計(jì)的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)可采用裝配整體式樓蓋;框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)可采用裝配式結(jié)構(gòu)。同時(shí)對(duì)于現(xiàn)澆樓蓋,混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20,也不宜高于C40。3下部結(jié)構(gòu)的選型高層建筑的基礎(chǔ)是高層建筑的重要組成部分。它將上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的巨大荷載傳遞給地基。高層建筑基礎(chǔ)形式選擇的好壞,不但關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全,而且對(duì)房屋的造價(jià)、施工工期等有重大的影響。高層建筑基礎(chǔ)形式通常有以下幾種:(1)柱下獨(dú)立基礎(chǔ):適用于層數(shù)不多、土質(zhì)較好的框架結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)鼗鶠閹r石時(shí),可采用地錨將基礎(chǔ)錨固在巖石上,錨入長(zhǎng)度40d。(2)交叉梁基礎(chǔ):即雙向?yàn)闂l形基礎(chǔ)。適用:層

13、數(shù)不多、土質(zhì)一般的框架、剪力墻、框架剪力墻結(jié)構(gòu)。(3)片筏基礎(chǔ):適用于層數(shù)不多土質(zhì)較弱或?qū)訑?shù)較多土質(zhì)較好時(shí)用。當(dāng)基巖埋置深度很深,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(shí),選用片筏基礎(chǔ)比選用樁基礎(chǔ)可以節(jié)省投資和縮短工期。但片筏基礎(chǔ)的剛度較弱,應(yīng)注意對(duì)基礎(chǔ)不均勻沉降、變形和裂縫進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)?shù)叵滤缓芨邥r(shí),還要進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。(4)復(fù)合基礎(chǔ):適用于層數(shù)較多或土質(zhì)較弱時(shí)采用。CFG樁復(fù)合地基是高粘結(jié)強(qiáng)度復(fù)合地基代表,目前它已大量應(yīng)用于高層建筑地基。它既可適用于條形、獨(dú)立基礎(chǔ),也可用于筏基和箱形基礎(chǔ)?？捎糜谔钔?、飽和土及非飽和土粘性土。四，結(jié)束語(yǔ) （1）高層建筑結(jié)構(gòu)選型應(yīng)根據(jù)房屋高度、高寬比、抗震設(shè)防類(lèi)別、抗震設(shè)防烈度、場(chǎng)地類(lèi)別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)條件等因素，并應(yīng)滿足建筑使用功能要求滿足建筑造型藝術(shù)的要求、適應(yīng)未來(lái)發(fā)展與靈活改造的需要，選用適宜的結(jié)構(gòu)體系。 （2）高層建筑結(jié)構(gòu)體系直接影響抗震性能，結(jié)構(gòu)選型應(yīng)滿足以下要求： 1）應(yīng)具有必要的承載能力、剛度和變形能力； 2）應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致