浅谈高层建筑结构优化设计5400字

1、浅谈高层建筑构造优化设计5400字 摘要:随着社会经济的迅速开展，促使高层建筑得以快速开展，本文主要针对高层建筑构造设计中的几个问题进展了分析，仅供同行参考。 关键词：高层建筑；构造设计；优化设计0引言随着社会经济的迅速开展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建立用地日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以快速开展。构造工程师在高层设计中如何把握设计要点，直接影响到整体构造的平安性、经济性及合理性。1高层建筑构造设计的特点多层和高层构造的差异主要是层数和高度。但是实际上，多层和高层建筑构造没有本质性差异 ，它们都要抵抗竖向及程度荷载作用，从设计原理及设计方法而言，根本上是一样的。但是在高

2、层建筑中，要使用更多构造材料来抵抗外荷载，特别是程度荷载，因此抗测力构造成为本工程构造设计的主要问题，设计时要满足更多的要求，尤其自身有别于多层建筑的特殊要求和设计特点。1.1程度荷载成为控制构造设计的主要因素。构造内力、位移与高度的关系，除轴向力与高度成正比之外，弯矩和位移随高度都呈指数曲线上升，因此，随着高度的增加，程度荷载将成为控制因素。程度力作用下构造是否优化，材料用量将有很大差异。1.2特别是在地震区，随着层数的增加，地震作用对高层建筑危害的可能性也比对多层建筑大，设计建筑构造的抗震设计应受到加倍重视，本工程位于非地震区，无需进展地震作用的计算，仍需要考虑抗震的构造措施。1.3侧移成

3、为控制指标。与多层建筑不同，构造侧移已成为设计建筑构造设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，程度荷载下构造的侧移变形迅速增大，因此应将构造在程度荷载作用下的侧移控制在某一限度之内。1.4轴向变形不容无视。高层建筑中竖向荷载数值很大，使得柱产生较大的轴向变形，从而会使得连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大。轴向变形还会对预制构件的下料长度产生影响，需要根据轴向变形的计算值调整下料长度进展。另外轴向变形对构件的剪力和侧移产生影响，如不考虑构件竖向变形将会得出偏于不平安的计算结果。1.5构造延性是重要设计指标。相对于多层建筑而言 ，高层建筑更柔一些，在地震作用下的变形更大一

4、些。为了防止倒塌，特别需要在构造上采取合理措施，使构造在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形才能，即保证构造具有足够的延性。2高层建筑构造体系的分类2.1高层建筑按构造材料划分2.1.1钢筋混凝土构造体系钢筋混凝土构造合理利用了钢筋和混凝土两种材料的协同受力性能特点，广泛应用于各种工程构造中。它具有取材丰富，造价较低，耐久性和耐火性较好，维护费用低，构造造型灵敏，整体性能好等优点。由于这些优点使得钢筋混凝土构造成为我国传统的构造形式，在我国的高层建筑中占主导地位。2.1.2钢构造体系钢构造具有强度高，抗震性能好，构件截面小，工厂化消费程度高，施工方便，建立周期短，大跨度、大空间、多用处等特点。同

5、时也具有构造材料较昂贵，造价较高，钢材易于锈蚀，日后维护费用高，防火性能差，设计施工技术较复杂等缺点。2.1.3钢混凝土混合构造体系钢混凝土组合构造将钢构件和钢筋混凝土构件两者并用，互相取长补短，既充分利用了钢构件具有的材料强度高，截面尺寸小，能提供较大跨度空间的优点，也利用了钢筋混凝土墙体或简体混凝土混合构造能形成高效的 抗侧力体系，用钢量较小造价较低，具有良好的技术经济效益，因此它在3080层的高层建筑中得到了推广应用。2.1.4钢混凝土组合构造体系钢混凝土组合构造主要包括型钢混凝土和钢管混凝土构造，型钢混凝土构造指混凝土内含型钢劲性配筋混凝土构造，钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的

6、构件。钢混凝土组合构造的优点是，在三向受压状态下极大改善了混凝土脆性性能，承载力高，抗裂性能和抗震性能较好，耐火性能优于钢构造，能在不显著进步造价的情况下增强构造的抗震性能，减小构件截面，施工时无需支撑和模板，施工速度加快。2.2高层建筑按构造形式划分多层及高层建筑中传统的、广泛应用的是框架、剪力墙、框架一剪力墙构造体系。在高度较大的高层建筑中，应用较多的是框架简体构造、框架构造、筒中筒构造及多筒构造等构造体系。2.2.1框架构造体系框架构造体系采用梁、柱组成的构造体系作为建筑竖向承重构造，并同时承受程度荷载，适用于多层或高度不大的高层建筑。框架构造的布置要注意对称均匀和传力途径直接。传统的构

7、造布黄采用主次梁的作法为主，逐步向扁梁或无盖梁开展。框架柱是框架构造的主要竖向承重和抗侧力构件，以受压应力为主。框架体系的整体构造的抗侧移和稳定主要靠框架构造自身，其构造侧身刚度差，侧向位移大，因此一般适用于1012层50m高度以下的建筑。当建筑层数较大时，框架构造的内力和位移很大，不宜选用纯框架构造体系。2.2.2剪力墙构造体系剪力墙构造体系是利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的构造体系。剪力墙的间距受楼板构件跨件的限制，一般为3.8米。因此剪力墙构造适用于要求小房间的住宅、旅馆等建筑。剪力墙一般采用钢筋混凝土材料，可分为全部为现浇的剪力墙，全部用预制墙板装配而成的剪力墙，内墙为现浇、外

8、墙为预制墙板的剪力墙。现浇钢筋混凝土剪力墙构造的整体性好，刚度大，在程度力作用下侧向变形很小。墙体面积大，承载力要求也比拟容易满足，抗震性能也较好。2.2.3框架剪力墙构造体系框架剪力墙构造是将框架和剪力墙结合在一起而形成的构造形式。它既有框架构造平面布局灵敏、适用性强的优点，又有较好的承受程度荷载的才能，是高层建筑中应用比拟广泛的一种构造形式。合理的构造设计，将能使框架、剪力墙两种不同变形性能的抗侧力构造很好地协同工作共同发挥作用。框架剪力墙构造的选型布置设计中要注意以下几个方面。1剪力墙的部位。框架剪力墙构造中，框架、剪力墙两种变形性质不同的构造协同工作，使整体构造的抗侧刚度、抗侧才能大大

9、进步，但与此同时楼屋盖受力较大，程度力将通过楼屋盖在框架柱、剪力墙两种构造体系中互相转移。当剪力墙数量较少时，应力集中的现象突出。剪力墙还应在整体构造两个主轴方向都均匀设置。使整个构造在两个主轴方向都是呈框剪特性，这样有利于增大构造整体空间刚度和抗震、抗风。2剪力墙的合理数量。框架剪力墙构造有其自身的固有特性，它慨不同于纯框构造，又不同于纯剪力墙构造：要使框剪构造合理有效、可靠工作,剪力墙的数量决不能随心所欲,而应有一定的适宜数量。3剪力墙的构成。框架剪力墙构造中剪力墙承受程度荷载作用下的绝大局部基底程度剪力和大局部总倾覆弯矩。其构成要遵循以下原那么：宜墙面完好并设翼缘或端柱，在端柱或翼缘局部

10、纵筋加强，约束箍筋加强；剪力墙不宜过长秃头，而应相对短些，每处剪力墙的高长比墙总高与总长之比宜控制在小于810，以减小剪力墙的剪切变形影响，发挥剪力墙的弯曲特性；轴压比要适宜，一般在垂直重力荷载下组合设计压力产生的轴压比宜控制在0.5左右，使之与框架柱的轴压比比拟接近，以减小高层构造在垂直重力荷载作用下产生的二次应力的影响。3高层建筑构造体系的新变化及其对选型决策的影响随着高层建筑迅速地开展，层数越来越多，建筑造型越来越丰富多样，材料越来越高级，体型越来越复杂，构造体系越来越新颖，传统构造体系不断被变革、被创新、新构造体系不断出现。其特点有以下几个方面。1)构造体系自重的轻型化。构造体系中越来

11、越重视采用轻质高强材料以减轻构造自重。2构造体系的巨型化。建筑高度的不断进步和建筑使用功能上对特大空间的要求，促使巨型构造体系产生。3柱网、开间扩大化。近几年，高层框架内柱网尺寸及高层剪力墙的开间尺寸有渐趋势扩大之势。4高层建筑构造体系中设置转换层。近年来国内外流行集办公、居住、商贸、娱乐为一体的高层综合体。为实现这种功能的综合化，构造选型往往是根据各局部建筑功能要求选择各自适宜的构造体系及合理的柱网尺寸，然后通过转换层的特殊处理将它们联络，组合在同一栋高层建筑中。5高层建筑构造体系中设置加强层。设置加强层可以使外柱参与整体抗弯，增强构造体系整体抗侧才能，减小芯筒的弯矩，减小构造的侧移。面对这

12、些新变化，设计者一方面应建立起选型的新概念，积极掌握新的研究成果，吸收工程建立经历，在工程实例中正确选型，另一方面由于新的构造体系缺乏成熟的标准根据，在做选型分析时应充分试验，充分论证，进步设计的正确性和可信度。 4高层建筑构造体系如何优化 如上文所说，每一种构造体系都有其适用的经济高度，对于同一栋高层建筑，往往可以有不同的构造体系可以选择。到底选择那一种构造体系比拟经济合理，这就牵扯到构造体系优化的问题。在钢筋混凝土以及钢构造的设计中，有一些根本的原那么可以改善构造的受力功能，进步构造的抗震才能，而不需要明显地增大建筑本钱。4.1增加抗弯构造体系的有效宽度，以调整构造的抗侧刚度。这样做好，是

13、非常直接的，也是非常有效的。增加宽度可以直接增大抵抗力臂，从而减小抗倾覆力。从材料力学的根本知识可以知道，同样面积、抗倾覆力同构造宽度的关系不同开关，可以获得不同的其几何特征。例如：相等面积的条件下，工字形截面的截面惯性矩要大于矩形截面，而矩形截面又要大于圆形截面。根据这个原理，不难理解加大宽度以后，整个构造的抗侧刚度得到很大进步。在其它条件不变的前提下，侧移将按宽度增加的三次方的比例减小。当然，必须考虑“剪力滞后的不利影响，构造体系中竖向构件的程度连接应具有足够的刚性，才能真正到达上述效果。4.1.1设计构造分体系时，应使其构件以最有效的方式互相作用。例如，应用具有有效受力状态的弦杆的桁架体

14、系；在钢筋混凝土抗震墙内配置穿插钢筋，以增强其抗剪才能；调整构件风度，使框架的刚度比到达最优以获得良好的受力效果。4.1.2增大最有效承受荷载构件的面积，充分的挥材料的自身强度，是构造工程师应该时刻考虑的问题以及应该具有的根本构造概念。例如，增大较低楼层框架柱和框架梁的截面高度或受压翼缘面积，就可以直接增大构造的抗侧刚度，有效减小侧向位移，从而改善构造的抗震性能。4.1.3程度作用的传递主要是依靠楼板，并且目前几乎所有的构造分析理论所采用的根本假定都是楼板程度刚度无限大。故此，每一层楼盖应该具有足够的刚度和连续性，以起到程度隔板的作用，使各抵抗外力的构件可以协同工作成为整体，而非各自独立。5构

15、造构件的优化设计5.1软件对混凝土梁计算显示超筋信息有四种情况。当梁的弯矩设计值M大于梁的极限承载弯矩Mu时，提示钢筋。在四级抗震及二、三级抗震时 0.35计算时取AS=0.3AS，一级抗震时 0.25计算时取AS=0.5AS，提示超筋。当大于?抗震标准?要求梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率2.5时，提示超筋。混凝土梁斜截面计算结果不满足最小截面的要求时，那么提示超筋。5.2剪力墙超筋的情况。剪力墙暗柱超筋。软件中设定的暗柱最大配筋率是4，而各标准以边缘构件方式给出了剪力墙柱筋的配筋面积，没有最大配筋率。所以当程序给剪力墙超筋的警告信息时，可以酌情考虑；当剪力墙程度筋超筋时那么说明该构造抗剪承载力

16、不够，应予以调整；当剪力墙连梁超筋时，通常说明其在程度地震力作用下抗剪承载力不够。标准中允许在地震作用下对剪力墙连梁的刚度进展折减，折减后的剪力墙连梁在都会出现塑性变形，即开裂。但在进展剪力墙连梁设计时，应考虑其配筋是否满弹性变形时承载力的要求。5.3柱的轴压比计算。软件在计算考虑地震作用下柱的轴压比时，采用的是地震作用组合下的柱轴力设计值；软件在不考虑地震作用下柱的轴压比时，采取的是非地震作用组合下的柱轴力设计值。因此对于同一个工程，考虑地震力和不考虑地震力时柱的轴压比计算结果会不一样。本工程中框支柱最大轴压经为0.68,小于?抗震标准?的限值0.7。5.4剪力墙的轴压比计算。为了保证构造在地震力作用下的延性，新的?高规?和?抗震标准?对剪力墙的轴压比均作了限制。需要指出的是，软件是按单向计算短肢剪力墙的轴压比时，与?高规?中规定按双向计算短肢剪力墙的轴压比有所不同。本工程底部加强区墙肢最大轴压比为0.48,小于?抗震标准?的限