高層建築結構的基本引數及構件

　　在建築行業中，面對高層建築的結構，需要先了解其基本引數及構件。下面就由小編為你帶來高層建築結構的基本引數及構件，希望你喜歡。

　　高層建築結構的基本引數

　　1*** 軸壓比

　　控制軸壓比主要是為了控制結構的延性。規範對牆肢和柱均有相應限值要求。

　　2*** 週期比

　　控制週期比主要是為了控制結構的扭轉效應，減少扭轉對結構產生的不利影響。週期比不滿足要求，說明結構的扭轉剛度相對於側移剛度較小，結構扭轉效應過大。

　　3*** 位移比

　　控制層間位移比主要是為了控制結構平面的規則性，以避免產生過大的偏心而導致結構產生較大的扭轉效應。

　　4*** 剛度比

　　主要為控制結構豎向規則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層，對於形成的薄弱層則按高規予以加強。

　　5*** 剛重比

　　主要為控制結構的穩定性，避免結構在風載或地震力的作用下整體失穩。剛重比不滿足要求，說明結構的剛度相對於重力荷載過小;但剛重比過分大，則說明結構的經濟技術指標較差，宜適當減少牆、柱等豎向構件的截面面積。

　　6*** 層間受剪承載力比

　　控制豎向不規則性，以免豎向樓層受剪承載力突變，形成薄弱層，見抗規3.4.2，高規4.4.3;對於形成的薄弱層應按高規5.1.14予以加強。

　　7*** 剪重比

　　剪重比為地震作用與重力荷載代表值的比值。

　　主要為限制各樓層的最小水平地震剪力，確保週期較長的結構的安全。

　　剪重比是規範考慮長週期結構用振型分解反應譜法和底部剪力法計算時，因地震影響係數取值可能偏低，相應計算的地震作用也偏低，因此出於安全考慮，規範規定了樓層水平地震剪力的最小值。若樓層水平地震剪力小於規範對剪重比的要求，水平地震剪力的取值應進行調整。

　　當剪重比偏小且與規範限值相差較大時，宜調整增強豎向構件，加強牆、柱等豎向構件的剛度。但剪重比過大時，則說明結構的經濟技術指標較差。

　　剪重比是結構整體控制設計的一項重要指標，當其不能滿足規範的要求時，就應該進行必要的調整。

　　當與規範限值相差較大的情況，就只能提高結構的剛度。

　　但是在對結構剛度進行調整的時候，我們有時會遇到這樣一種情況，我們加大了結構下部剪重比不滿足規範要求樓層的剛度，但這些樓層的剪重比沒有多大的變化，有時反而略有減小。

　　最小剪力系數與許多引數有關：

　　***1*** 剪重比不滿足要求，調質量要比調剛度來得更有效;

　　***2*** 在確定剪力系數時沒考慮高階振型，但高階振型一般是有貢獻的;

　　***3*** 跟場地的特徵週期Tg有關係;

　　***4*** 有的地區烈度低，但風荷載很大，僅僅控制剪重比是不夠的，還需要滿足在風荷載下具有足夠的底部剪力;

　　***5*** 地震安全評價有的與抗震規範有衝突，如在6度區地震加速度很高，底部剪力很容易滿足規範要求，這明顯是不對的;

　　***6*** 風荷載下的位移、建築舒適度、牆和柱子軸壓比和拉力等等，都在制約著抗震規範，所以不僅僅是考慮延性問題。

　　8*** 軸向變形

　　超高層建築豎向構件的變位是由彎曲變形、軸向變形及剪下變形三項因素的影響疊加求得的。

　　在計算多層建築結構內力和位移時，只考慮彎曲變形，因為軸力項影響很小，剪力項一般可不考慮。

　　但對於超高層建築結構，由於層數多，高度高，軸力值很大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會使超高層建築結構的內力數值與分佈產生明顯的變化。

　　因此，超高層建築必須考慮軸向變形對結構的影響。

　　軸向變形通常採用線性有限元分析豎向荷載下的牆、柱內力和位移。

　　但隨高度增加，這種分析方法會偏離真實情況，因為施工是一個長期過程，即與時間相關的施工順序、徐變、收縮都會引起內力重分佈，而且豎向荷載還會產生水平側移，這些採用常規分析是不可能實現的，必須對超高層建築的軸向變形進行專項分析和研究。

　　高層建築結構的基本引數及構件

　　1*** 核心筒--鋼筋混凝土核心筒

　　相對經濟的材料

　　較重-更高的基礎荷載，牆在底部將會非常厚***減少淨面積***

　　固有的防火特性

　　抗震延性值得關注

　　堅固的材料***對逃生路線有很好的保護***

　　高地震烈度區通過審查有風險

　　2*** 核心筒--鋼+混凝土組合核心筒

　　自重較輕

　　比混凝土核心筒柔度大-水平位移或水平加速度較大

　　吊裝速度快

　　鋼核心筒需要防火措施

　　與混凝土核心筒相比具有更好的延性

　　組合核心筒自身具有良好的防火效能

　　3*** 巨型柱結構

　　450m以上的超高層建築，巨型柱的應用會越來越多。巨型柱的地位非常重要，對構件的選型需要重點考慮。

　　例如：上海中心巨型柱受力情況：豎向荷載分配：54%;底部剪力分配：57%;底部傾覆力矩分配：79%。

　　目前常用的兩種構件形式：

　　***1***SRC型鋼混凝土柱，如上海中心、深圳平安、上海環球金融中心等;

　　***2***CFT鋼管混凝土柱，如天津117、臺北101、深圳京基中心、北京CBD-Z15等。

　　4*** 伸臂桁架結構

　　在外框柱與核心筒之間設定伸臂桁架的主要目的是減小結構側移，它的機理是提高水平荷載作用下的外框架柱的軸力，從而增加框架承擔的傾覆力矩，同時減小了核心心筒的傾覆力矩。它對結構形成的反彎作用可以有效的增大結構的抗側剛度，減小結構側移，一般情況下也會減小外框架的剪力分擔比。

　　結構可以根據具體情況，僅設定一種或者同時設定以上兩種構件，設定了伸臂桁架、環向桁架的樓層可統稱為加強層。

　　設定加強層後，造成結構沿高度方向剛度不均勻，剛度突變帶來內力突變，因此在加強層及上下相鄰層構件的內力會出現較大的改變，設定是方向性的改變，加強層的剛度越大，內力突變的程度也越大，這種突變會產生薄弱層效應。

　　因此，在結構抗風設計中，採用伸臂桁架、環向桁架的效果很好，它可以採用剛度大的加強層，以形成較大的抗側剛度。

　　而在抗震設計的結構中，應儘可能的減小出現薄弱層形成的不利效應，因此可以不設定加強層時，就不必設定加強層，需要設定加強層時，也不宜採用剛度過大的伸臂和環向桁架，以避免加強層範圍出現過大的剛度突變。

　　沿高度可以佈置一個樓層***一道***或多個樓層***多道***的伸臂桁架和環向桁架。研究表明，多道伸臂桁架減小側移的效果優於一道伸臂桁架，但是伸臂結構數量與減小側移並不成正比，當設定四道以上的伸臂桁架時，減小側移的效果就不再明顯。

　　伸臂設定的位置不同，其減小側移的效果也不相同，研究表明，當沿高度僅設定一道伸臂桁架時，可以設定在結構的2/3H處減小側移效果最好，而要減小內筒傾覆彎矩則越靠下越好;設定兩道伸臂桁架時，其中一道可設定在0.7H高度處，另一道大約設定在0.5H處。

　　一般的高層結構設計中，伸臂桁架設定位置需要與建築專業配合。

　　5*** 環向桁架

　　在結構周圍設定環向桁架的作用是使各框架柱承受的軸力均勻變化，因此也可以達到提高外框架抗傾覆力矩的能力以及減小側移的目的，但是不如伸臂有效。

　　在框架核心筒結構中，視外框柱的數量和佈置方式，可以設環向桁架，也可以不設定;由於環向桁架可以減小框筒結構的剪力滯後，因而在筒中筒結構中，環向桁架可以加大結構的整體剛度並減小其側移。

　　6*** 巨型斜撐

　　巨柱之間佈置交叉巨型斜撐可以有效提高外框筒的側向剛度並抵抗水平力。

　　為保證建築使用功能，斜撐與四周次框架柱可以位於同一平面，同時與腰桁架起到共同承擔重力荷載的作用，並可為次框架柱提供冗餘度。

　　巨型斜撐採用焊接箱形截面，典型截面尺寸較大，如Z15巨型斜撐的最大截面為1600x900x60x60。

　　應用工程案例有上海環球金融中心、天津117、深圳平安大廈、中國尊、武漢綠地等。

　　7*** 樓板體系--鋼樑+組合樓板

　　自重較輕：降低了地震荷載和基礎荷載

　　鋼樑有防火要求

　　安裝速度快，無需採用臨時支撐

　　允許機電開洞

　　高層建築常用的基礎形式

　　1*** 嵌巖基礎

　　基礎底一般為中風化或微風化巖

　　2*** 人工挖孔大直徑灌注樁基礎

　　基礎底至中風化或微風化巖持力層較淺

　　3*** 大直徑鑽孔灌注樁基礎

　　當持力層為非基岩時，常採用的基礎形式。

　　4*** 樁筏基礎

　　超高層建築的特點是：高度高、荷載重、沉降大，其荷載通過基礎傳給地基，並在地基中應力擴散。