建筑結(jié)構(gòu)選型及結(jié)構(gòu)布置研析

1、建筑結(jié)構(gòu)選型及結(jié)構(gòu)布置研析 建筑結(jié)構(gòu)選型及結(jié)構(gòu)布置研析 【摘要】高層建筑的結(jié)構(gòu)選型, 不僅關(guān)系到高層建筑的結(jié)構(gòu)平安, 而且影響高層建筑的美觀適用。本文探討了高層建筑結(jié)構(gòu)選型的方法，介紹了平面布置的主要內(nèi)容。 【關(guān)鍵詞】建筑 結(jié)構(gòu) 選型 布置 中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 一、前言 高層建筑選型影響因素分析 影響高層建筑結(jié)構(gòu)選型的主要因素如下: 1、建筑物所處環(huán)境 結(jié)構(gòu)選型方案的生成是在掌握了根本資料后的多目標(biāo)、多層次、多方案的設(shè)計(jì)問題, 是融合專家的設(shè)計(jì)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)例發(fā)揮創(chuàng)造性的過程。建筑物所在位置的環(huán)境條件是選型設(shè)計(jì)方案比選的根本資料, 同時(shí)也是選型中確定根底結(jié)構(gòu)

2、、豎向承重結(jié)構(gòu)和水平承重結(jié)構(gòu)的依據(jù)。另外, 選型中還應(yīng)考慮通過對(duì)結(jié)構(gòu)體系外部裸露局部的建筑裝飾和藝術(shù)加工, 將結(jié)構(gòu)形式與建筑的空間藝術(shù)形象及周邊環(huán)境融合為一體來表達(dá)建筑與環(huán)境的和諧美觀。例如, 意大利佛羅倫薩運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的大看臺(tái)的設(shè)計(jì)中, 建筑師將挑梁的外形與其彎矩圖統(tǒng)一, 利用混凝土的可塑性對(duì)挑梁的外輪廓進(jìn)行處理, 獲得了良好的藝術(shù)效果。 2、建筑功能要求 建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的首要因素是建筑物的功能要求。任何建筑都具有對(duì)客觀空間和地質(zhì)環(huán)境的要求, 而高層建筑作為對(duì)土地資源高效開發(fā)利用的形式, 要求更為嚴(yán)格。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定了各種常見結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度。根據(jù)這些要求和對(duì)使用功能的需求

3、,可大體確定高層建筑的尺度、規(guī)模、功能空間劃分及其相互關(guān)系。在結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)使所選擇的結(jié)構(gòu)形式剖面與建筑物使用空間相適應(yīng), 并盡可能降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高度, 提高建筑空間的使用效率、節(jié)省維護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用從而降低建筑物全壽命期費(fèi)用。 3、結(jié)構(gòu)材料 結(jié)構(gòu)材料在建筑物中的應(yīng)用促進(jìn)了建筑結(jié)構(gòu)形式的變革, 不可防止地給建筑結(jié)構(gòu)選型帶來重要的影響。近代高層建筑的開展是19 世紀(jì)后采用鋼鐵結(jié)構(gòu)作為承重結(jié)構(gòu)材料開始的。1801 年英國(guó)曼徹斯特棉紡廠采用鑄鐵框架作為承重骨架, 1843 年美國(guó)長(zhǎng)島的黑港燈塔采用熟鐵框架, 為鋼鐵材料在高層建筑中的應(yīng)用開辟了新途徑。1889 年芝加哥一幢9 層大樓首先采用剛框架, 190

4、3 年法國(guó)巴黎富蘭克林公寓采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 開始了將鋼、鋼筋混凝土框架應(yīng)用在高層建筑中。20 世紀(jì)50 年代以來, 新型結(jié)構(gòu)材料迅速開展, 輕質(zhì)高強(qiáng)的建筑材料在高層建筑中廣泛應(yīng)用, 為現(xiàn)代高層建筑的開展提供了條件。因此, 結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)注意合理選用結(jié)構(gòu)材料, 選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)形式, 從而促進(jìn)結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新。 三、高層建筑結(jié)構(gòu)選型的假設(shè)干思考 1、豎向承重結(jié)構(gòu)的選型 對(duì)豎向承重結(jié)構(gòu)選型，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。一般說來, 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)可以滿足大多數(shù)

5、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)行專門的研究, 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。 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, 一般非預(yù)應(yīng)力平板不宜成過6m, 預(yù)應(yīng)力平板不宜超過9m, 否那么平板厚度過大, 樓面重量太大。采用現(xiàn)澆預(yù)

6、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)梁樓蓋的適宜跨度是: 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50m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);

7、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 高層建筑的根底是高層建筑的重要組成局部。它將上部結(jié)構(gòu)傳來的巨大荷載傳遞給地基。高層建筑根底形式選擇的好壞, 不但關(guān)系到結(jié)構(gòu)的平安, 而且對(duì)房屋的造價(jià)、施工工期等有重大的影響。高層建筑根底形式通常有以下幾種: 柱下獨(dú)立根底: 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), 可采用地錨將根底錨固在巖石上, 錨入長(zhǎng)度40d。 交叉梁根底: 即雙向?yàn)闂l形根底。適用: 層數(shù)不多、土質(zhì)一般的框架、剪力墻、框 架

8、- 剪力墻結(jié)構(gòu)。 片筏根底: 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), 選用片筏根底比選用樁根底可以節(jié)省投資和縮短工期。但片筏根底的剛度較弱, 應(yīng)注意對(duì)根底不均勻沉降、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。 四、平面布置的主要內(nèi)容 1、結(jié)構(gòu)平面布置 必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載,受力明確, 傳力直接, 力爭(zhēng)均勻?qū)ΨQ, 減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下, 建筑平面要力求簡(jiǎn)單規(guī)那么, 風(fēng)力作用下那么可適當(dāng)放寬。 2、防止樓板削弱后產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中 樓電梯間不宜設(shè)在平面凹角部位和端

9、部角區(qū), 但建筑布置上, 從功能考慮, 往往在上述部位設(shè)樓電梯間。如果確實(shí)非設(shè)不可, 那么應(yīng)采用剪力墻筒體予以加強(qiáng)。 3、建筑周邊設(shè)置低層裙房 裙房可以單邊、兩邊和三邊圍合設(shè)置, 甚至高層主樓置于裙房?jī)?nèi)當(dāng)裙房面積較小, 與主樓相比其剛度也不大時(shí), 上、下層剛度中心不一致而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響較小, 可以采用偏置形式; 當(dāng)裙房面積較大, 裙房邊長(zhǎng)與主樓邊長(zhǎng)之比R /B, L /L大于11 5時(shí), 宜采用內(nèi)置式。 4、獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元 各獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元平面形狀和剛度對(duì)稱, 有利于減少地震時(shí)由于扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的震害。唐山地震、墨西哥城地震和阪神地震都明顯看出:平面不規(guī)那么、剛度偏心的建筑物, 在地震中容易受到較嚴(yán)

10、重的破壞。因此, 在設(shè)計(jì)中宜盡量減小剛度的偏心。如果建筑物平面不規(guī)那么、剛度明顯偏心, 那么應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)用較精確的內(nèi)力分析方法考慮偏心的影響, 并在配筋構(gòu)造上對(duì)邊、角部位予以加強(qiáng)。 5、平面過于狹長(zhǎng)的建筑物 在地震時(shí)由于兩端地震波輸人有位相差而容易產(chǎn)生不規(guī)那么振動(dòng), 產(chǎn)生較大的震害, 平面有較長(zhǎng)的外伸時(shí)。外伸段容易產(chǎn)生局部振動(dòng)而引發(fā)凹角處破壞。需要抗震設(shè)防的A 級(jí)高度鋼筋混凝上高層建筑, 其平面布置宜符合以下要求: 1 )平面宜簡(jiǎn)單、規(guī)那么、對(duì)稱、減少偏心,否那么應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)不利影響; 2)平面長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng), 突出局部長(zhǎng)度L不宜過大, 凹角處宜采取加強(qiáng)措施。 6、角部重疊和細(xì)腰形的平面圖形, 在中

11、央部位形成狹窄局部, 在地震中容易產(chǎn)生震害, 尤其在凹角部位, 因?yàn)閼?yīng)力集中容易使樓板開裂、破壞。這些部位應(yīng)采用加大樓板厚度, 增加板內(nèi)配筋設(shè)置集中配筋的邊梁, 配置45b斜向鋼筋等方法予以加強(qiáng)。當(dāng)樓板平面過于狹長(zhǎng)、有較大的凹人和開洞而使樓板有過大削弱時(shí), 應(yīng)在設(shè)計(jì)中考慮樓板變形產(chǎn)生的不利影響。樓面凹人和開洞尺寸不宜大于樓面寬度的一半, 樓板開洞總面積不宜超過樓面面積的30%; 在扣除凹人和開洞后, 樓板在任一方向的最小凈寬度不宜小于5M。且開洞后每一邊的樓板凈寬度不應(yīng)小于2M。 結(jié)論 高層建筑結(jié)構(gòu)的選型與結(jié)構(gòu)布置在結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)中占有極其重要的地位, 它們直接影響著結(jié)構(gòu)的平安性與經(jīng)濟(jì)性?？偟膩碚f, 高層建筑結(jié)構(gòu)選型包含豎向承重結(jié)構(gòu)選型、水平承重結(jié)構(gòu)選型以及下部結(jié)構(gòu)選型; 結(jié)構(gòu)布置包括結(jié)構(gòu)平面布置