高层建筑结构特点及其体系?

如题所述

自改革开放以来,我国建筑业取得了显著的进步,高层建筑如雨后春笋般涌现。在过去的十几年里,我国已经建成了上万栋高层建筑,总建筑面积达到了2亿平方米。其中,深圳地王大厦、广州中天广场和上海金茂大厦等代表性建筑,分别达到了81层、80层和88层,分别高度为325米、322米和420.5米。此外,南宁市也建起了第一高楼——地王国际商会中心,共54层,高206.3米。
随着城市化进程的加速,高层建筑在全国各地不断涌现。作为土建工作设计人员,我们必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系,以确保设计达到技术先进、经济合理、安全适用和确保质量的基本原则。
一、高层建筑结构设计的特点
1. 水平力是设计的主要因素:在低层和多层建筑中,竖向荷载通常控制着结构设计。然而,在高层建筑中,水平荷载起着决定性作用。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件中所引起的轴力与建筑高度的二次方成正比。
2. 侧移成为关键指标: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H的4次方成正比。
3. 抗震设计要求更高:有抗震设防的高层建筑结构设计必须确保结构具有良好的抗震性能,做到小震不坏、大震不倒。
4. 减轻高层建筑自重:减轻自重对提高结构抗震能力具有重要意义。地震效应与建筑的重量成正比,减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。
5. 轴向变形不容忽视:在采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中,框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力,中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。
6. 概念设计与理论计算同样重要:抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。在设计中,把握好高层建筑的概念设计同样很重要。
二、高层建筑的结构体系
1. 高层建筑结构设计原则: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。其结构体系包括框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构和筒体结构等。
(1)框架结构体系:框架结构体系由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。框架是主要承重结构,各平面框架再由连系梁连系起来,形成一个空间结构体系。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,计算理论成熟,在一定高度范围内造价较低。
(2)剪力墙结构体系:剪力墙结构体系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,刚度大,空间整体性好,用钢量省。
(3)框架—剪力墙结构体系:框架—剪力墙结构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,广泛应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。
(4)筒体结构体系:筒体结构由剪力墙构成空间薄壁筒体,成为竖向悬臂箱形梁,加密柱子,以增强梁的刚度,也可以形成空间整体受力的框筒。
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