關于高層建筑結構設計中的問題探討

1、<p>　　關于高層建筑結構設計中的問題探討</p><p>　　摘要：本文根據高層建筑結構設計應用現(xiàn)狀最多的鋼結構與鋼混結構進行簡單分析，通過對民用高層住宅建筑結構的設計原則，以及影響高層建筑結構的因素重點闡述了高層民用建筑結構設計中的幾個關鍵問題，包括框架柱剪力調整，框架柱軸壓比控制，框支框架傾覆彎矩控制，地基基礎設計以及結構扭轉變形控制等。并就問題做了簡明分析，并提出了相應的建議和對策。 <

2、/p><p>　　關鍵詞：高層；住宅建筑；結構設計；問題 </p><p>　　Abstract: This paper analyzed the present situation of the application of high-rise building structure design of steel structure and steel most concrete struc

3、ture, the design principle of the civil high-rise residential building structure, and the influence of key factors of high-rise building structure and expounds some key problems in structural design of high-rise building

4、s, including the shear frame column, column shaft the pressure ratio control, frame overturning moment control, deformatio</p><p>　　Key words: high; residential building; design; problem </p><p>

5、;　　中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號： </p><p>　　根據建筑使用的材料，我國的高層建筑采用的主體結構有砌體結構、混凝土結構、鋼結構和鋼-混凝土混合結構等類型。鋼混結構應用民用建筑結構設計中，對混凝土的收縮和徐變變形影響不容忽視，在使用荷載和環(huán)境條件下的對裂縫開展深入的研究和設計，以及對大跨度鋼混凝土受彎和大偏壓構件的剛度、撓度影響，因為在某些特殊情況下這些因素同樣將影響主體結構的使用和安全

6、性。 </p><p>　　一、當前我國高層建筑結構設計現(xiàn)狀分析 </p><p>　　以住宅建筑來看，由于建筑高度不斷攀升，從經濟適用性和應用普及來看，近幾年來，與大多高層商業(yè)建筑采用鋼結構不同的是：高層住宅建筑結構主體更多采用鋼-混結構進行高層建筑的建造和設計。而近幾年針對民用高層建筑采用主體結構的是以鋼結構還是鋼-混結構為主攻方向的爭議就沒有停止過。推崇鋼結構為主攻方向的一部分學者認

7、為：在當前住宅產業(yè)化趨勢之下推行鋼結構具有：贊同強度高、自重輕、施工速度快、防潮、抗震性能好，便于安裝和拆卸（便于實施產業(yè)化住宅實施以及二次優(yōu)化設計） ，但鋼結構存在防火和腐蝕的典型問題，而作為民用建筑住宅的成本來看，鋼結構的經濟成本較高。 </p><p>　　隨著近年我國房地產業(yè)發(fā)展以及國家對抗震等硬性指標的規(guī)范，以往磚混結構的住宅正在逐漸被鋼-混結構所替代，雖然鋼-混結構較之磚混結構成本會高出很多，但在抗震

8、等規(guī)范指標下與鋼結構主體比較成本要低出許多。這也是近年來我國民用高層住宅建筑多采用鋼-混住宅結構的因素之一。 </p><p>　　二、高層住宅建筑結構的設計原則 </p><p>　　1.結構堅固、耐久 </p><p>　　除按荷載大小及結構要求確定構件的基本斷而尺寸外，對陽臺、樓梯欄桿、頂棚、門窗與墻體的連結等構造設計，都必須保證建筑物構、配件在使用時的安全。

9、 </p><p><b>　　2.應用先進技術 </b></p><p>　　在進行建筑構造設計時、應大力改進傳統(tǒng)的建筑方式，從材料、結構、施工等方面引入先進技術、并注意因地制宜。 </p><p><b>　　3.合理降低造價 </b></p><p>　　各種構造設計，均要注重整體建筑物的經濟

10、、社會和環(huán)境的三個效益，即綜合效益。在經濟上注意節(jié)約建筑造價，降低材料的能源消耗，又要有利于降低經常運行、維修和管理的費用。還須保證工程質量，不能單純追求效益而偷工減料，降低質量標準，應做到合理降低造價。 </p><p><b>　　4.注意美觀大方 </b></p><p>　　建筑物的形象除了取決于建筑設計中的體型組合和立面處理外，一些建筑細部的構造設計對整體美

11、觀也有很大影響。例如欄桿的型式、陽臺的凸凹、室內外的細部裝修，各種轉角、收頭、交接處的接頭設計.都應合理處理.并相互協(xié)調，注意美觀大方。 </p><p>　　三、影響高層民用建筑結構設計的主要因素 </p><p>　　1.外力作用的影響 </p><p>　　作用在建筑物上的各種外力統(tǒng)稱為荷載。荷載可分為恒荷載（如結構自重）和活荷載（如人群、家具、風雪及地震荷載

12、）兩類。荷載的大小是建筑結構設計的主要依據。也是結構選型及構造設計的重要基礎，起著決定構件尺度、用料多少的重要作用。風載是高層建筑水平荷載的主要因素，風力隨著地面的不同高度而變化，在沿江沿海地區(qū)，風力影響更大，設計時必須遵照有關設計規(guī)范執(zhí)行。 </p><p>　　地震荷載也是主要荷載。地基土的縱波使建筑物產生上下顫動；橫波使建筑物產生前后或左右的水平方向的晃動。但這三個方向的運動并不同時產生，其中橫波的振動往往

13、超過風力的作用，所以地震力產生的橫波是建筑物的主要側向荷載。地震的大小用震級表示，震級的高低是根據地震時釋放能量的多少來劃分的，釋放能量愈多，地震越大，震級也愈高。故震級是地震的大小指標。 </p><p>　　在進行建筑物抗震設計時，是以該地區(qū)所定地震烈度為依據，地震烈度是指在地震過程中，地表及建筑物受到影響和破壞的程度。 </p><p>　　2.氣候條件的影響 </p>

14、<p>　　我國各地區(qū)地理位置及環(huán)境不同，從炎熱的南方到寒冷的北方，氣候條件有許多差異。太陽的輻射熱、自然界的風、雨、雷、霜、地下水等構成了影響建筑物的多種因素。有的構、配件因熱脹冷縮而開裂；有的部位出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象；有的因室內過冷或過熱而妨礙工作等等.放在進行構造設計時，應該針對建筑物所受影響的性質與程度，對各有關構、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保溫、隔熱、設伸縮縫、設隔蒸汽層等等。以防患于未然。 </

15、p><p>　　3.各種人為因素的影響 </p><p>　　人們在生產和生活活動巾，往往遇到火災、爆炸、機械振動、化學腐蝕、噪聲等人為因素的影響[3]。故在進行建筑構造設計時，必須針對這些影響因素，采取相應的防火、防爆、防振、防腐、隔聲等構造措施，以防止建筑物遭受不應有的損失。 </p><p>　　四、高層民用建筑結構設計中的主要問題分析 </p>&

16、lt;p>　　1.框架柱剪力調整 </p><p>　　受力需要：框剪結構在小震作用下彈性計算變形協(xié)調所得的框架柱剪力較小大震作用下剪力墻筒體及連梁出現(xiàn)裂縫后剛度退化框架柱剪力將大大增加?？拐鹦枰禾岣呓Y構二道防線的抗震能力。問題：是否需滿足節(jié)點力系平衡——調整相連框架梁梁端剪力彎矩。 </p><p>　　分析：（1）框架柱偏壓，軸壓比控制，配筋一般由構造控制，剪力調整——柱承載能

17、力未能得到有效提高；（2）框架梁純彎，梁端彎矩調整，配筋成比例調整，增大剪力調整——梁承載能力得到明顯提高；（3）實際結構承載能力向強梁弱柱方向發(fā)展，不利于整體結構強柱弱梁延性抗震；（4）臺灣、日本、美國震害表明，整澆樓蓋的鋼筋混凝土結構的豎向構件墻柱破壞嚴重，樓蓋梁板一般未出現(xiàn)破壞。 </p><p>　　建議和對策：（1）小震作用下柱剪力調整十分必要；（2）不必拘泥于地震作用下框架節(jié)點力系平衡；（3）不必調整

18、相連框架梁梁端彎矩剪力。 </p><p>　　2.框架柱軸壓比控制 </p><p>　　抗震受力延性需要：避免大震作用下框架柱壓屈脆性破壞?，F(xiàn)行規(guī)范框架柱軸壓比限值： </p><p>　　分析：地震作用下，中柱所受軸力較小，邊柱、角柱所受軸力較大，尤其角柱迭加斜向扭轉作用所受軸力最大。建議和對策：框架中邊、角柱軸壓比控制宜參照1984年高層建筑結構學組《高層建

19、筑結構設計建議》區(qū)別對待適當調整，中柱適當放松，邊柱不變，角柱適當從嚴。建議框架柱軸壓比限值： </p><p>　　3.框支框架傾覆彎矩控制 </p><p>　　背景：現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定框剪結構，控制框架結構承受傾覆彎矩≤50%整體結構傾覆彎矩?，F(xiàn)行規(guī)范尚未提及框支框架結構承受傾覆彎矩的控制。美國、日本、臺灣震害表明帶轉換層結構主要破壞形態(tài)為大震[5]。作用下筒體剪力墻連梁開裂后，框支柱承受

20、軸力過大，壓屈破壞。建議及對策：對帶轉換層高層建筑結構，增加地震作用下框支柱軸力。水平量化控制——控制框支框架結構承受傾覆彎矩≤50%整體結構傾覆彎矩。效果：有利于落地墻，筒體加強。有利于減輕框支柱受力，提高結構抗震，抗倒塌能力。 </p><p><b>　　4.地基基礎設計 </b></p><p>　　地基基礎設計控制的要素：控制長期重力荷載作用下地基基礎的變形

21、及其差異變形；滿足重力荷載水平荷載組合作用下地基基礎承載能力要求。建議和對策：強化中央區(qū)，弱化邊緣區(qū)。減小重力荷載作用下地基基礎最大沉降及盤式差異。沉降斜率，改善結構工作性能，提高結構安全度。經濟合理。 </p><p>　　5.結構扭轉變形控制 </p><p>　　計算原則：采用材料彈性，樓蓋剛性的計算假定。采用水平地震作用下樓蓋角點豎向構件水平層間位移。建議和對策：宜用第1振型，不宜

22、用振型組合。雙向作用宜參考IBC采用另向效應的30%計，不宜采用均方根法。 </p><p><b>　　五、總結 </b></p><p>　　針對高層民用建筑結構的設計原則以及影響高層民用建筑結構設計的主要因素進行了具體的分析，從而對影響民用建筑結構設計的這些具體問題進行了有效的控制和施工中進行結構設計的一些建議，以期能為更多同業(yè)者提供一些參考和幫助。 </

23、p><p><b>　　參 考 文 獻 </b></p><p>　　[1]秦德發(fā).淺談高層建筑結構概念設計與注意要點[J].中國科技博覽，2009. </p><p>　　[2]蘇成江.淺議建筑結構設計過程中的幾點問題[J].民營科技，2011. </p><p>　　[3]吳新剛，劉杰.論建筑結構設計中要注意的一些問題[