淺談高層建筑結(jié)構(gòu)選型要點

關(guān)鍵詞:高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；選型結(jié)構(gòu)；

選型工作具有很強的綜合性包含大量確定與不確定的因素,受諸多條件和因素影響,高層結(jié)構(gòu)是否合理、經(jīng)濟的關(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。除了要考慮工程造價和投資能力,還要考慮所選結(jié)構(gòu)型式對建筑功能的適應(yīng)性,施工條件,技術(shù)能力,施工工期,建筑材料和能源供應(yīng),建筑美學要求包括建筑群及其環(huán)境的配合建設(shè)場地的地形地貌自然災(zāi)害等等。

1高層建筑結(jié)構(gòu)選型的相關(guān)概述高層建筑的結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu),異型柱框架結(jié)構(gòu),框架一剪力墻結(jié)構(gòu),剪力墻結(jié)構(gòu),部分框支剪力墻結(jié)構(gòu),筒體結(jié)構(gòu)(框架一核心筒結(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)。主要分為:(1)一般高層建筑結(jié)構(gòu)體系。一般高層建筑結(jié)構(gòu)體系包括框架體系、剪力墻體系、框架－剪力墻體系、框架－筒體體系、框筒體系、筒中筒體系等結(jié)構(gòu)體系。(2)復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)體系。復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)體系一般是指帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)體系、連體結(jié)構(gòu)體系、懸挑結(jié)構(gòu)體系、帶加強層結(jié)構(gòu)體系、平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系等。(3)新穎高層建筑結(jié)構(gòu)體系。近年來,出現(xiàn)了一些新穎的高層建筑結(jié)構(gòu)體系。其中具有代表性的有束筒體系、巨型框架體系、脊骨體系等結(jié)構(gòu)體系。

2高層建筑結(jié)構(gòu)選型的重要性

2.1高層建筑與城市社會發(fā)展的關(guān)系密切我國城市化進程及人口的持續(xù)增長導(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、市政工程費和復(fù)雜地形處理費,提高城市社會吸納能力及其綜合效益,緩解城市膨脹及城市房屋的嚴峻供需矛盾,改善城市環(huán)境與調(diào)節(jié)心理等城市社會性問題,高層建筑的數(shù)量仍將在全國各大中城市持續(xù)增長,且其規(guī)模、高度、復(fù)雜性及建設(shè)速度也將呈上升趨勢。

2.2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、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,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題與矛盾開始出現(xiàn),對結(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、工期增長,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,選型需要的知識信息愈加龐大,選型結(jié)果受人為因素的影響也將增大。

3高層建筑結(jié)構(gòu)選型的若干思考

3.1豎向承重結(jié)構(gòu)的選型在對豎向承重結(jié)構(gòu)進行選型時,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)建筑物的高度要求;層數(shù)很多或設(shè)防烈度較高時,可用筒體結(jié)構(gòu)。當建筑物的高度超出表中數(shù)值時,要進行專門的研究,采取有效的措施。選擇結(jié)構(gòu)體系應(yīng)考慮的另一個因素是建筑物的用途。目前國內(nèi)高層建筑按用途大體上可分三大類:住宅、旅館及公共性建筑(辦公、商業(yè)、科研、教學、醫(yī)院等)。住宅建筑一般采用剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.2水平承重結(jié)構(gòu)的選型水平承重結(jié)構(gòu)對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。但當跨度大時,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,否則平板厚度過大,樓面重量太大。采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力無粘結(jié)平板樓面可以減少板厚。無梁樓蓋:在層高受限制情況下,公用建筑常采用無梁樓蓋。無梁樓蓋最好帶現(xiàn)澆柱帽,以加強板柱連接的可靠性。無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。當采用裝配式樓板時,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,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,8、9度抗震設(shè)計的框架-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)。同時對于現(xiàn)澆樓蓋,混凝土強度等級不宜低于C20,也不宜高于C40。

3.3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,而且對房屋的造價、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?shù)鼗鶠閹r石時,可采用地錨將基礎(chǔ)錨固在巖石上,錨入長度≥40d。(2)交叉梁基礎(chǔ):即雙向為條形基礎(chǔ)。適用:層數(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)較好時用。當基巖埋置深度很深,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,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)注意對基礎(chǔ)不均勻沉降、變形和裂縫進行驗算。當?shù)叵滤�位很高時,還要進行抗浮驗算。(4)復(fù)合基礎(chǔ):適用于層數(shù)較多或土質(zhì)較弱時采用。CFG樁復(fù)合地基是高粘結(jié)強度復(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。

4結(jié)語

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)計中占有極其重要的地位,它們直接影響著結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟性�？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、結(jié)構(gòu)豎向布置及變形縫設(shè)置。設(shè)計中應(yīng)根據(jù)房屋的高度、高寬比等多方面因素選取合理的結(jié)構(gòu)體系,以上因素在結(jié)構(gòu)選型方面應(yīng)該重點考慮。

參考文獻

[1]沈蒲生．高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M]．北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[2]劉海卿,康珍珍,張丙軍.高層建筑結(jié)構(gòu)選型影響因素分析[J].科學技術(shù)與工程,2006(6).