高层建筑结构特点及体系分析

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【导读】 高层建筑结构特点及体系分析,下面是小编为你收集整理的,希望对你有帮助!在现代社会,高层建筑随处可见,那么你对其结构特点及体系感兴趣吗?下面就由小编为你带来,希望你喜欢。高层建筑结构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...

在现代社会,高层建筑随处可见,那么你对其结构特点及体系感兴趣吗?下面就由小编为你带来,希望你喜欢。

高层建筑结构的特点

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布置、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。其主要特点有以下几点。

1抗震设计要求更高。

有抗震设防的高层建筑结构设计,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外,还必须使结构具有良好的抗震性能,做到“小震不坏、大震不倒”。

2减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要。

高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑,如果在同样地基或桩基的情况下,减轻房屋自重意味着不增加基础造价和处理措施,可以多建层数,这在软弱土层有突出的经济效益。

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。高层建筑重量大了,不仅作用于结构上的地震剪力大,还由于重心高地震作用倾覆力矩大,对竖向构件产生很大的附加轴力,从而造成附加弯矩更大。

3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。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的,尽管分析手段不断提高,分析的原则不断完善,但由于地震作用的复杂性和不确定性,地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性,可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多,尤其是当结构进入弹塑性阶段之后,会出现构件局部开裂甚至破坏,这时结构已很难用常规的计算原理进行分析。实践表明,在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。

高层建筑结构的体系

1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。

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。其结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、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。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,它是高层建筑中常用的结构形式之一。

框架结构体系的优点是: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,计算理论也比较成熟,在一定高度范围内造价较低。

框架结构体系的缺点是:框架结构本身柔性较大,抗侧力能力较差,在风荷载作用下会产生较大的水平位移,在地震荷载作用下,非结构构件破坏比较严重。

框架结构的适用范围:框架结构的合理层数一般是6~15层,最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间,平面布置灵活,可适合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,墙体同时也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,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,在住宅和旅馆客房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。

剪力墙结构墙体较多,不容易布置面积较大的房间,为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求,以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求,可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架,形成框支剪力墙结构。

在框支剪力墙中,底层柱的刚度小,形成上下刚度突变,在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形,因此,在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。

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。

④筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增加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,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:a.框架-筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒,由它受大部分水平力,周边布置大柱距的普通框架,这种结构受力特点类似框架-剪力墙结构,目前南宁市的地王大厦采用这种结构。b.筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成,内筒为剪力墙薄壁筒,外筒为密柱通常柱距不大于3m组成的框筒。由于外柱很密,梁刚度很大,门窗洞口面积小一般不大于墙体面积的50%,因而框筒工作不同于普通平面框架,而有很好的空间整体作用,类似一个多孔的竖向箱形梁,有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦88层、420.5 m、广州中天广场大厦80层、320 m都是采用筒中筒结构。

3成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体,每个筒体都比较小,这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。

4巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱通常由电梯井或大面积实体柱组成以及巨梁每隔几层或十几个楼层设一道,梁截面一般占一至二层楼高度组成一级巨型框架,承受主要水平力和竖向荷载,其余的楼面梁、柱组成二级结构,它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小,使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。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。

常见的建筑结构类型

砖混结构50年

①砖混结构是指建筑物中竖向承重结构的墙、柱等采用砖或者砌块砌筑,横向承重的梁、楼板、屋面板等采用钢筋混凝土结构,也就是说砖混结构是以小部分钢筋混凝土及大部分砖墙承重的结构。 也是目前在住宅建设中建造量比较大、采用最普遍的结构类型。

②造价便宜,施工难度较低,适合开间进深较小,房间面积小,多层4-7层或低层1-3层的建筑,对于承重墙体不能改动。

砖木结构40年

①指建筑物中竖向承重结构的墙、柱等采用砖或砌块砌筑,楼板、屋架等用木结构,像大多数农村的屋舍、庙宇等。

②这种结构建造简单,材料容易准备,费用较低;但耐用年限短。

框架结构

①框架结构是指由梁、板和柱以刚接或者铰接相连接构成承重体系的结构,墙体仅作为分隔和保温作用。一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。

②可以建造较大的室内空间,房间分隔灵活,便于使用;但是抵抗水平方向剪切能力差,即地震荷载作用下易发生变形。

钢筋混凝土结构60年

①钢筋混凝土结构住宅是指房屋的主要承重结构,如柱、梁、板、楼梯、用钢筋混凝土制作,墙用砖或其他材料施工建造的房屋。

②这种结构抗震性能好,整体性强,耐火性、耐久性、抗腐蚀性强。

钢结构80年

①钢结构是指承重的主要结构一般是用钢材料建造的,包括悬索结构。如钢铁厂房、大型体育场等。

②强度高、自重轻、刚度大,密封耐热性好,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜;但不耐火、耐腐蚀性差,而且钢材较贵,从而成本较高。

剪力墙结构

①剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱,能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力,这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。

②剪力墙的主要作用是承担竖向荷载重力、抵抗水平荷载风、地震等;剪力墙结构中墙与楼板组成受力体系,但是剪力墙不能拆除或破坏,不利于形成大空间,住户无法对室内布局自行改造。

框架—剪力墙结构

① 框架—剪力墙结构也称框剪结构,这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙,构成灵活自由的使用空间,满足不同建筑功能的要求,同样又有足够的剪力墙,有相当大的刚度。

② 构成相对灵活自由的使用空间,满足不同建筑功能的要求,但是造价较高,建筑周期长。

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