2022年高层结构设计方案基本知识.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 高层结构设计基本学问我国改革开放以来,建筑业有了突飞猛进的进展,近十几年我国已建成高层建筑万栋,建筑面积达到2 亿平方 M,其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层,高 325M；广州中天广场80 层,高 322M；上海金茂大厦 88 层,高420.5M；另外在南宁市也建起第一高楼：地王国际商会中心即地王大厦共 54层,高 206.3M；作为土建工作设计人员,必需充分明白高层建筑结构设计特点及其结构体系,使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原就；一、我国高层建设进展及高层设计原就我国对于高层建筑的划分,建筑设计规范、建筑抗震设

2、计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定,一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑,建筑总高度超过 100m为超高层建筑；国内钢铁企业依据我国高层建筑钢结构设计标 准的要求,制订我国第一部高层建筑钢结构的钢材标准高层建筑结构用钢板 YB4104-2000 ,比目前仍在实施的低合金高强度结构钢GB/T1591-94 又前进了一步,其性能指标优于国外同类产品；国家标准高层民用建筑钢结 构技术规程 JGJ99-98 和建筑抗震设计规范 GB50011-2001等有关高层 建筑最大高度和最大高宽比的规定,在一般情形下,应遵守规范的规定,否就应进行专项论证或试验讨论；建设部第111 号令超限高层建筑工程抗

3、震设防治理规定和建质 200346 号文超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要 点,对加强高层建筑钢结构设计质量掌握意义重大,具有可操作性；我们也 在高层建筑结构设计的原就方面更进一步严格掌握：1. 选用适当的运算简图：运算简图选用不当就会导致结构安全的事故经常 发生,所以挑选适当的运算简图是保证结构安全的重要条件；运算简图仍应有 相应的构造措施来保证2. 挑选合适的基础方案：基础设计应依据工程地质条件,上部结构类型与 载荷分布,相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析,挑选经济合 理的基础方案,设计时宜最大限度地发挥地基的潜力,必要时应进行地基变形 验算；3. 合理挑选结构方案：一个合

4、理的设计必需挑选一个经济合理的结构方 案,也就是要挑选一个切实可行的结构形式和结构体系；结构体系应受力明 确,传力简捷；同一结构单元不宜混用不同结构体系,地震区应力求平面和竖 向规章；4. 正确分析运算结果：在结构设计中普遍采纳运算机技术,但是由于目前 软件种类繁多,不同软件往往会导致不同的运算结果；因此设计师应对程序的 适用范畴、条件等进行全面明白；二、高层建筑结构设计的特点名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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,不同结构体系的挑选,直接关

5、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：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掌握着结构设 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 却起着打算性作用；由于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、以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比；另一方面,对肯定高度建筑来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的 风荷载和地震作用,其数值是随着结构动力

6、性的不同而有较大的变化；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快速增大,与建筑高度 H的 4 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显现、侧向位移的快速增大,在设计中不仅要求结构具有 足够的强度,仍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 掌握在某一限度之内,否就会产生以下情形：因侧移产生较大的附加内力,尤 其是竖向构件,当侧向位移增大时,偏心加剧,当产生的附加内力值超过肯定 数值时,将会导致房屋侧塌；使填充墙或建筑装饰开裂或损坏,使机电设备

7、管 道损坏,使电梯轨道变型造成不能正常运行；使主体结构构件显现大裂缝,甚 至损坏；3. 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,仍必需使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,假如在同样地基或桩基的情形下,减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和 处理措施,可以多建层数,这在脆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才能的有效 方法；高层建筑重量大了,不仅作用于结构上的地震剪力大,仍由于重心高地 震作

8、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；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5. 轴向变形不容忽视采纳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；当 房屋很高时,此种轴向变形的差异将会达到较大的数值,其后果相当于连续梁 中间支座沉陷,从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩值和端 支座负弯矩值增大；6. 概念设计与理论运算同样重要实践说明,在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的；概念设计 在设计人员

9、中提得比较多,但人们往往片面地懂得它,认为概念设计主要是用 于一些大的原就,如确定结构方案,结构布置等；其实,在设计中任何地方都 离不开科学的概念作指导；运算机技术的迅猛进展,为结构设计供应了快速、精确的设计运算工具；但不行迷信电脑,不能做电脑的奴隶,应做电脑的主 人；而人的设计 , 就是概念设计；有许多设计存在诸多缺陷,主要缘由就是在总 体方案和构造措施上未采纳正确的构思 , 即未进行概念设计所致；三、如何做好高层建筑结构设计1. 对结构构件进行优化设计和施工图设计第一是进行结构单个构件内力和配筋运算；运算结构不超筋,并不表示构 件初始设置的截面和外形合理,设计人员仍应进行构件截面优化设计,

10、使构件 在保证受力要求的条件下截面的大小和外形合理,并节约材料；由于构件截面 的大小直接影响到结构的刚度,从而对整体结构的周期、位移、地震力等一系 列参数产生影响,不行盲目减小构件截面尺寸,使结构整体安全度降低,因此 在进行截面优化设计时,应以保证整体结构合理性为前提,在施工图设计阶 段,仍必需满意规范规定的各项详细措施和要求；2. 做好结构方案的概念设计结构设计人员在进行设计时不能盲目完全信任和依靠运算机,只要高度重 视概念设计才能设计出经济合理的结构；结构的概念设计与建筑师的方案设计 是相互和谐和影响的；结构概念设计的目的第一是在初步设计以前为所设计的 工程工程设定一个总体性的方案,依据建

11、筑意图和使用功能的需要,依据当地 建造条件、材料来源和业主对资金的使用等多方面因素的要求,使得下一步的 设计施工和保护使用都能做到又好、又快、又省；其次,在结构的概念设计中 仍应当确定选用一个合理的高层建筑结构体系；3. 挑选合适的基础方案基础设计应依据工程地质条件,上部结构类型与载荷分布,相邻建筑物影名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 响及施工条件等多种因素进行综合分析,挑选经济合理的基础方案,设计时宜 最大限度地发挥地基的潜力,必要时应进行地基变形验算；基础设计应有详尽 的地质勘察报告,对一些缺少地质报告的建筑应进

12、行现场查看和参考接近建筑 资料；通常情形下,同一结构单元不宜用两种不同的类型；4. 合理挑选构方案一个合理的设计必需挑选一个经济合理的结构方案,也就是要挑选一个切 实可行的结构形式和结构体系；结构体系应受力明确,传力简捷；同一结构单 元不宜混用不同结构体系,地震区应力求平面和竖向规章；总而言之,必需对 工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情形进行综合分析,并与 建筑、电、水、暖等专业充分协商,在此基础上进行结构选型,确定结构方 案,必要时应进行多方案比较,择优选用；四、高层建筑结构体系及适用范畴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

13、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；框架结构体系优点是：建筑平面布置敏捷,能获得大空间,建筑立面也容 易处理,结构自重轻,运算理论也比较成熟,在肯定高度范畴内造价较低；框 架结构的缺点是：框架结构本身柔性较大,抗侧力才能较差,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峻；框架结构的适用范畴：框架结构的合理层数一般是6 到 15 层,最经济的层数是 10 层左右；由于框架结构能供应较大的建筑空间,平面布置敏捷,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

14、社、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,墙体同时也作为保护及房间分格构件；剪力墙结构中,由钢筋混凝土墙体承担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,而且程度也较稍微,在住宅和旅 馆客房中采纳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,不简单布置面积较大的房

15、间,为了满意旅社布置门 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,在地震区不答应采纳这种框支 剪力墙结构；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3. 框架剪力墙结构体系；在框架结构中布置肯定数量的剪力墙,可以组 成框架剪力墙结构,这种结构既有框架结构布置敏捷、使用便利的特点,又 有较大的刚度和较强的抗震才能,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,往往不能满意要求；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抗击水 平力的结构称为筒体结构；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页