高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

王帥

摘要：地震災(zāi)害一直是困擾人類社會的最主要的自然災(zāi)害之一。高層住宅結(jié)構(gòu)在地震活動當(dāng)中損壞尤其嚴(yán)重，造成的傷亡在各類建筑中也是最大的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員往往由于結(jié)構(gòu)選型的不合理而造成各種不必要的浪費(fèi)。本文分析了混凝土結(jié)構(gòu)和高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使高層住宅結(jié)構(gòu)在符合安全性的條件下達(dá)到最節(jié)省的效果。

關(guān)鍵詞：高層建筑;混凝土;結(jié)構(gòu)

1 高層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及類型

1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

垂直荷載、水平荷載和抗地震能力是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮的三個方面。垂直荷載對于高層建筑而言影響重大，其大小與建筑物的高度成線性關(guān)系。建筑物本身越高其底層承受的荷載也將越大。因此，建筑物大多都會減輕其自身重量?？沟卣鹦阅苁墙ㄖ锉旧硭鶓?yīng)該擁有的。高層建筑本身建設(shè)投資巨大，收益顯著，但是萬一發(fā)生坍塌事故時破壞能力強(qiáng)大，因此其抗震能力務(wù)必應(yīng)該增強(qiáng)。高層建筑因?yàn)樗胶奢d的存在將使得其自身產(chǎn)生搖晃，并且隨著建筑的增高其側(cè)移逐漸增大。過大的搖擺一方面會讓人感覺不適，另一方面還將部分消耗建筑物本身的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，從而影響其使用年限。

1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)類型

1.2.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)類型因?yàn)殇摬牡氖褂昧枯^少，而混凝土價格較之鋼材來說又偏低，所以較于鋼結(jié)構(gòu)來說成本較低。并且混凝土材料本身也非常普遍，混凝土結(jié)構(gòu)的水平和豎向承載能力也較高。所以在欠發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)建設(shè)當(dāng)中占有較大比重。

1.2.2 鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)由于日趨成熟的施工技術(shù)和施工質(zhì)量，而逐步變成了高層建筑的第一選擇。鋼結(jié)構(gòu)本身較其他結(jié)構(gòu)形式來說有著很多優(yōu)勢，譬如，結(jié)構(gòu)自重較輕，加工工藝成熟，組裝快捷，較好的韌性等等。鋼結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)形式有：鋼框架結(jié)構(gòu)、鋼框架一支撐結(jié)構(gòu)、鋼框架一混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼框架一混凝土核心筒結(jié)構(gòu)、框一筒結(jié)構(gòu)、桁架一筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、束筒結(jié)構(gòu)。

2 高層住宅建筑結(jié)構(gòu)選型的影響因素

2.1 水平荷載因素

首先，樓房的自重和樓面的恒活荷載可以引起豎向構(gòu)件的軸力與彎矩?cái)?shù)值的變化，樓房自重和恒活荷載只與樓層高度成線性關(guān)系;相比之下，風(fēng)荷載和地震作用（統(tǒng)稱為水平荷載）對結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生傾覆力矩，風(fēng)荷載和地震作用對豎向構(gòu)件也可以引起軸力。眾所周知，傾覆力矩和軸力是同建筑物本身高度的平方成線性關(guān)系的，水平荷載的大小隨結(jié)構(gòu)動力特性不同變化很大。

2.2 軸向變形因素

高層建筑本身因?yàn)樨Q向荷載過大，就會在豎向構(gòu)件中引起很大的軸向變形，進(jìn)而對連續(xù)梁的彎矩造成影響，這就會造成梁跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值變大，而中間支座處的負(fù)彎矩值變小。

2.3 側(cè)移因素

側(cè)移過大已經(jīng)變成影響高層設(shè)計(jì)過程的一個不可忽略的因素。高度持續(xù)增加導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形在水平荷載作用下急速增大。

2.4 結(jié)構(gòu)延性因素

相比較于多層房屋，高層顯得更“柔”，因而水平作用力下的變形也就變的較大。要使得建筑物擁有較大的變形儲備，尤其要在構(gòu)造方面制定更加穩(wěn)妥的方案，以使得結(jié)構(gòu)擁有安全范圍內(nèi)的延性。3高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)常見結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)

3.1 框架結(jié)構(gòu)

3.1.1 框架結(jié)構(gòu)的定義

框架結(jié)構(gòu)是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成，構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu)，即由梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現(xiàn)的水平荷載和豎向荷載。結(jié)構(gòu)的房屋墻體不承重，僅起到圍護(hù)和分隔作用，一般用預(yù)制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、空心磚或多孔磚、浮石、蛭石、陶粒等輕質(zhì)板材等材料砌筑或裝配而成。

3.1.2 框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

框架建筑的主要優(yōu)點(diǎn)：空間布置靈活多變，梁柱相對體積較小，質(zhì)量輕，節(jié)約建筑材料，相對降低成本。

框架結(jié)構(gòu)體系的缺點(diǎn)為：梁和柱因?yàn)樗胶奢d的作用造成彎矩和整體側(cè)移明顯增大，因而使得梁和柱的截面尺寸與配筋顯著變大，這就對建筑平面布局和空間利用上帶來較大難度，阻礙了建筑空間的充分利用。

3.2 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

3.2.1 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)概念

框架剪力墻結(jié)構(gòu)也稱框剪結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，構(gòu)成靈活自由的使用空間，滿足不同建筑功能的要求，同時又有足夠的剪力墻，有相當(dāng)大的側(cè)向剛度（剪力墻的側(cè)向剛度大就是指在水平荷載（風(fēng)荷載和水平地震力）的作用下抵抗變形能力強(qiáng)）。

3.2.2 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

它介于框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)之間，既有前者平面布置上的多變和較大空間的的特點(diǎn)，又兼具后者側(cè)向剛度較大的特點(diǎn)。

3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)

3.3.1 剪力墻結(jié)構(gòu)概念

剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在高層房屋中被大量運(yùn)用。

3.3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

a.抵抗水平荷載和承擔(dān)豎向荷載是墻體部分的關(guān)鍵作用。

b.樓板與墻通過現(xiàn)澆共同構(gòu)成受力體系，因而墻體本身不易發(fā)生損毀。較多墻體的布置很難產(chǎn)生大空間，用戶不能任意布置房間。

c.就當(dāng)下我國的發(fā)展來看，純剪力墻結(jié)構(gòu)造價過高，施工較為困難，耗材也極浪費(fèi)。

d.剪力在樓體下部最大。

3.4 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

3.4.1 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)概念

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的橫截面高度為厚度（墻厚）的4-8倍的剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.4.2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

此體系抗震性能很差，最新《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》建議慎用。

4 結(jié)論

本文總結(jié)了高層住宅建筑結(jié)構(gòu)選型的影響因素和小高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)常見類型及特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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