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高层建筑结构的特点
发布日期:2020/6/15 浏览次数: 85次
一、高层建筑结构的受力特点
高层建筑概念设计之前首先要明确其受力特点,从同时承受垂直荷载和水平荷载的结构内力看,低层建筑中水平荷载产生内力较小,结构以低抵抗垂直荷载产生的轴力为主,弯矩和剪力的影响较小,随着建筑高度的增加,水平荷载(风载或地震作用)产生的内力和位移迅速增加。高层建筑本质上是一个竖向悬臂结构,垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系;水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看,垂直荷载方向不变,随建筑物的增高仅引起量的增加;而水平荷载可来自任何方向,当为均布荷载时,弯矩与建筑物高度呈二次方变化,由此分析可以看出,在底层结构中,往往是垂直荷载为结构设计的控制因素,一般通过建筑材料本身的特性即可满足设计要求。在高层结构中,水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响,水平荷载是结构设计的控制因素,结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力,应有较大的强度外同时要求结构要有足够的刚度,使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。
、高层建筑结构设计的特点
高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较,结构专业在各专业中占有更重要的位置,不同结构体系的选择,直接关系到建筑平面的位置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有:
1水平力是设计主要因素
在低层和多层房屋结构中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响,但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构建中所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比。
2侧移成为控指标
与低层或多层建筑不同,结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加,水平荷载下结构的侧向变形迅速增大,与建筑高度H4次方成正比。
另外,高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向移位的迅速增大,在设计中不仅要求结构具有足够的强度,还要求具有足够的抗推刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内。
、高层建筑的结构体系
(一)高层建筑结构设计原则
1钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合,做到安全适用、技术先进、经济合理,并积极采用新技术、新工艺和新材料。
2高层建筑结构设计应重视结构选型和构造,择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案,并注意加强构造连接。在抗震设计中,应保证结构整体抗震性能,使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。
)高层建筑结构体系及适用范围
目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、简体结构等。
1框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成由梁、柱、基础构成平面框架,它是主要承重结构,各平面框架再由连系梁连系起来,即形成一个空间结构体系,它是高层建筑常用的结构形式之一。
框架结构体系优点是:建筑平面布置灵活能获得大空间建筑立面也容易处理结构自重轻低缺点是:框架结构本身柔性较大抗侧力能力较差在风荷载作用下非结构构件破坏比较严重
框架结构的适用范围:纯框架结构一般仅适用于10—1250M高度以下高层商业、办公建筑。框架结构的布置主要要注意均匀和传力直接,由于框架结构能提供较大的建筑空间,平面布置灵活,可使用于多种工艺与使用的要求,已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。
2剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度,在其中设置的钢筋混凝土墙体称为剪力墙,剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度,墙体同时作为维护及房间分格构件。
剪力墙结构中,由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载,剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置,它刚度大,空间整体性好,用钢量省。历史地震中,剪力墙结构表现了良好的抗震性能,震害较少发生,而且程度也较轻微,在住宅中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点而且可以使房间不露梁柱,整齐美观。
3框架剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙,可以组成框架剪力墙结构,这种结构是高层建筑中比较广泛应用的一种主体结构形式。它的平面灵活、适用性强;结构设计合理,既有框架结构布置灵活、使用方便的特点,又有较大的刚度和较强的抗震能力,因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。
、筒体结构体系
随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高,以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系,往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体,成为竖向悬壁箱形梁,加密柱子,以增强的刚度,也可以形成空间整体受力的框筒,由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。
通常筒体结构有:单筒体结构、筒中筒结构、成束筒结构。
除以上介绍的几种结构体系外,还有其他一些结构形式,也可应用,如薄壳、悬索、膜结构、网架等,不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架剪力墙和筒体等四种结构。
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