复杂高层建筑结构设计要点分析.pdf

江苏建筑 2 0 1 3年增刊 总第 1 5 8期 复杂高层建筑结构设计要点分析 石 春 民 江苏省建筑设计研究院有限公司。 江苏南京 2 1 0 0 1 9 [ 摘 要】 近年来国内建筑市场， 复杂高层建筑越来越多， 对其结构的抗震设计方法和技术有了更高的要求。文章结合作 者工作实践， 对复杂高层建筑结构的设计要点进行分析， 以期参考交流。 [ 关键词】 复杂； 高层建筑； 结构设计； [ 中图分类] T U 9 7 3 ． 2 [ 文献标识码] A [ 文章 - ] 1 0 0 5 6 2 7 0 2 0 1 3 s o 一 0 0 7 0 0 3 Ana l y s i s o n t he Es s e nt i a l s o f t h e S t r uc t ur a l De s i g n o f Co mp l e x Hi g h- Ri s e Bu i l d i n g s S HI Ch u n - mi n 0 i a n g s u P r o v i n c i a l A r c h i t e c t u r a l D R I n s t i t u t e C o ． ， L t d ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 1 9 C h i n a Ab s t r a c t T h e n u mb e r o f c o mp l e x h i g h- r i s e b u i l d i n g s a l l o v e r t h e c o u n t r y h a s b e e n i n c r e a s e d i n r e c e n t y e a r s ， S O h i g h e r d e ma n d s h a v e b e e n e s t a b l i s h e d r e g a r d i n g t h e t e c h n i q u e s a n d me t h o d s u s e d i n a s e i s mi c d e s i g n ． C o mb i n i n g w i t h t h e a u t h o r s p r a c t i c a l e x p e r i e n c e ，t h e p a p e r a n a l y z e d t h e e s s e n t i als o f t h e s t r u c t u r al d e s i g n o f c o mp l e x h i g h - r i s e b u i l d i n g s ． Ke y wo r d s c o mp l e x；h i g h r i s e b u i l d i n g；s t ruc t u r a l d e s i g n 1 如何确定科学合 理的结构方案 1 ． 1 重视复杂高层建筑的结构概念设计 为 了更好地开展复杂高层 建筑 的结构初步设计 、施工 图设计 以及合理控制配筋指标等 ．在方案初始阶段就应该 采用结 构受力传递途径 清晰和材料利用 高效的结构体 系。 所 以必须重视复杂高层建筑结构 的概念设计 ．一定要充分 做好结构方案 的可行性研究与论证 工作 对 于复杂高层建 筑结构 的概念设计 。 要注意一下几个方面 1 建筑结构的均匀性和规则性 要尽量得 到提高 ； 2 结构竖 向一级侧 向的受力传递途径一定要直接而 明确 3 结构要具有 良好的整体性 4 结构的耗能机制要科学和合 理 5 为提高结构 的材料利用率 ．应形成空间 的整体受 力 。 1 ． 2 结构的抗 侧力体 系要科学合理 对于复杂高层建筑而言 ．科学合理 的抗侧力体系是保 证建筑安全的基础 1 要根据高层建筑 的高度情况来选择与之相匹配 的 抗侧力体系 ．表 1为不同高度 的建筑一般所采用 的抗侧力 体系。 2 在条件允许的情况下 ． 结构 的抗侧力构件应尽量互 相连接组合 成一个整 体。例如 ． 在纵向和横向连接至墙体 ， 表 1 不同高度的建筑 一般所采 用的抗侧力体 系 苎 苎 筑 一 般 所 采 用 的 抗 侧 力 体 系 的 高 度 ， 小 于 1 0 0 l o o 一2 0 0 2 0 o 一3 o 0 3 0 0 4 o 0 4 O 0 -6 0 0 框架 、 框剪 、 剪力墙 剪力墙 、 框架～ 核心筒 框架一 核心筒 、 框架一 核心筒一 伸臂 框 架一 核心筒一 伸臂 、 筒 中筒 筒中简一 伸臂、 巨型框架／ 巨型斜撑 、 巨型桁架 、 组合体 以形成组合墙体或混凝土简体 利用伸臂桁架将框架柱与 核心筒连接成一个 整体 通过环带桁架 、 巨型斜撑等将框架 柱连接成一个整体 ． 以形成巨型框 架和巨型桁架 3 如果结构采用多重抗侧力体 系， 则要仔细分析每一 种抗侧力体 系的作 用效果 ．对其在建筑结构中的贡献进行 评估 ． 并根据评估结果有侧重地布置抗 侧力构件 。 4 为 了提高材料的利用率 ． 要针对同一种抗侧力体 系 中不同类型的构件进行试算 ． 以分 析其对抗侧力 的影 响。 5 结构 的竖 向刚度应连续而平缓地沿 高度方向变化 ， 要把混凝土墙体的强度等级与厚度 的变化错开进行 。还应 采用“ 有 限刚度 ” 的加 强层来 降低加强层刚度 以及 内力 突变 【 收稿日 ] 2 0 1 3 ． 1 1 ． 0 7 [ 作者简介] 石 春 民 ， 江 苏 省 建 筑 设 计 研 究 院 有 限 公 司 ， 一 级 注 册 结 构 工 程 师 ． 高 级 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 3年增刊 总第 1 5 8 期 的激烈程度。在结构整体刚度进行 弥补 的同时也要尽 力减 小 刚度 与内力突变的程度 ．以避免 由于加强层过强使得 附 近楼层 出现了薄弱环节 6 在确定建筑结构 体系所用材料 以及截面类型 的同 时 。 也需要综合考虑施工建设单位对 于施 工工期的要求 1 - 3 结构重 力荷 载传 递路 径要合理 1 结构的重力荷载传递路径要尽量直接 和明确 。 2 要从高层建筑 的实际情况 出发 ， 综合 建筑净高 、 设 备 、吊顶形式 以及经 济性 等多方面 的要求 ．对 楼板采取平 板 、 1 3道单 向次梁或 者 1 3道双 向次梁 方案进 行分 析和 比较 ． 以确定最为合理的方案 3 为降低结构 的 自重以及缩短施工工 期 ， 可采用 “ 钢 梁 组合楼板” 的形式。 对于组合次梁 ． 可 以采用下大上小 的 钢梁翼来提高经济性 。大跨度 混凝 土平板楼板 可以填充 圆 柱形 、块状和球形 的轻质材料 以形 成空腔来有效 降低 结构 自重。 4 要对 楼板及板 中配 筋提高梁端承 载力 的作用 进行 考虑 ． 还要 扣除柱宽对较大柱截面 的梁端设 计弯矩 的影 响， 以实现强柱弱梁 的破坏机制 2主楼 与裙房 之间的关 系 建筑地基基础设 计规范要 求．在建筑物 高度差异 或荷 载差异处， 建筑结构或基础类 型不同处， 宜设 置沉降缝 ； 建筑 抗震设计规 范也 要求。 对体形 复杂 、 平立面特 别不规则 的建 筑结构， 可按照实 际需要在适 当部位设 置防震 缝。 高规 l 2 ． 1 ． 9高层 建筑 的基 础 和与其 相连 的裙房 的基 础 ． 设置沉 降缝 时． 应考虑高层主楼基础 有可靠 的侧 向约束 及有 效埋 深 不设沉 降缝 时 。 应采取有效 措施减少差异沉 降 及其 影响 现代 高层建筑无论从 使用要求 和立 面效 果考虑．以及 防水 处理 、 采 暖通风 、 电气管线 设置等诸 多方 面考虑 ， 要求 主楼 和裙楼之 间少设缝 或不设缝．以保持建筑 空间的连续 性 和完整性 高规 1 2 ． 1 ． 9条文说 明提到 ． 带裙 房的大底盘 高层 建筑 ． 高层 主楼 与裙 房之间根据使用功能要求 多数 不设永久沉 降 缝 。地基沉 降曲线 在高低层 连接处是连续 的 ， 未 出现 突变。 由于土 的剪切传递 ． 高层主楼地基下沉 ． 高层 主楼 以外 的地 基也 随之下沉 ， 其影响范 围随土质 而异 。因此 ， 裙 房与主楼 连接处不会发 生突变的差异沉降 ．而是在裙 房若 干跨 内产 生连续 的差异沉 降 高层建筑 主楼基础 与其 相连的裙房基础 ．若 采取有效 措施 的．或经过计算差异沉 降引起的 内力满 足承载力要求 的． 裙 房与主楼连接处可 以不设沉降缝 。 若高层建筑与裙房之 间连接为整体时 ．要采 取必要 的 措施来减少高层建筑 的沉 降．同时保证裙房 的沉 降量不能 太小 ， 使得 两者之间的沉降量趋于平衡 。此 外 ． 还要 在裙房 一 侧距离主楼边柱 的第二跨 内设 置后浇带 ．并根 据实际测 量的沉降值对后期沉降差进行计 算 ．尽量推迟后 浇带 的浇 筑时间 ． 使两者后期沉降基本接近 3 复杂高层建筑结构设计扭转 问题 的解决 对 于复杂高层建 筑的结构 ．要 确保建筑结构整体 刚度 的中心．几何形状 的中心 以及 整体结构的重心能够重合 于 一 点 ． 只有这三个点重合 ． 才能有效 保证复杂高层建筑 的结 构符合要求 ， 但在实际结构设计过程 中． 一般都难 以保证上 诉 三点完全重合 ．从 而导致复杂 高层建筑的整体结构发生 扭转 。 而复杂高层建筑 的结构一旦发生扭转 。 在水平荷载发 生变化 时． 就会对建筑造成极大的危害 ． 使其中安性和稳定 性遭到破坏 。 因此 ． 必须要重视复杂高层建筑结构设计 中扭 转 问题 要想使 复杂高层建 筑结构设 计 的扭 转问题得 到解决 ． 就要尽可能地平均分布每层楼 的水平作 用力 ．让 由于扭转 而导致 的结构振动大为减少 ．而建筑平 面则要尽量采用方 形 ， 矩形 。 圆形和正多边形等 比较简单 的平面形式。当在一 些特殊情况下 ．由于城市规划或者建筑外形 美观要求以及 建筑所在场地根制的条件下 ．不能全部采用 简单平面形式 的 ．需要采用不规制 I 形 ． T形以及十字形等较为复杂的平 面形式时 ．要将凸出部分的厚度与宽度 比值控 制在规划所 允许的范围 以内 。此外 ， 在布置结构 平面时 ， 也要 尽量使结 构处于对称状态 4注重抗震设计 在满足建筑的功能性的基础上 ．抗震设计是 高层和超 高层建筑的设计重点 ．这是确保建筑安全性最 为关键 的一 环 ． 应重点从 以下几点着手 1 在高层建筑的抗震方案设计 中 ， 建筑结构 的材 料选 择 也非 常重要 2 促进地震发生时能量的输入能有效地减少 。 实践证 实 ， 应做 好 以下几 个方面 一是 ． 在对建 筑构件 的承载力进 行验 收的同时应 对建 筑结 构在 地震 作用下 的层 间位移 限值 实施有 效的控制 。二是 ． 具体的高层建筑工程项 目设计时 ， 我们应该采用积极 的、 基于位移的结构抗震方 法 ， 对设计方 案进行定量 的分析 ．确保结构 的变 形弹性可 以满足地震 的 预期要求 。 三是 ． 应综 合分 析建 筑构件 的变形 和建 筑结构 的 位移两者之 间精确 的关系 ．有效地 确定构件 的变形值 。四 是 ．结合建筑物 的实 际如建筑界 面的应 变分布及其大小来 对建筑构件 的构造需求进行有针对性 的设计 。 五是 ． 选择坚 固的场地 ． 实施 建筑施工 ． 亦是有效减少 地震 发生作用时能 量 的输入 的另一个方面 3 大量理 论研 究和实践表明 ， 对 于一个具体 的高层建 筑而言 ．如果其承载能力不是很大 ．但 是其具有 的延性较 高 ． 那么 当地 震发生 时 ． 它也 是不容易 出现倒塌 事故 的 ， 这 是 因为延性构件可 以将地震带来 的能量 充分地吸收 ．如此 一 来 。 建筑 物能够经受住 的结 构变形将 非常大。 大量工程实 践证实 ．在很多情况下延性结构的运用 的效果是 非常 明显 的 ． 借助该结构 能够 消耗掉地震 的能量 ． 从而使得 地震反应 得以有效的减轻 ．促使地震给高层建筑带来 的破 坏被有效 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m