建筑結(jié)構(gòu)論文(2)
建筑結(jié)構(gòu)論文
建筑結(jié)構(gòu)論文篇4
試談高層建筑結(jié)構(gòu)
摘 要：本文主要對高層建筑的結(jié)構(gòu)類型及體系分類進(jìn)行了總結(jié)與分析，此外，還說明了高層建筑的在現(xiàn)代建筑中的重要性及其發(fā)展前景，展望了高層建筑的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)類型;結(jié)構(gòu)體系;發(fā)展
1 前 言
人類有史以來就有脫離地面、接近蒼穹的渴望，從圣經(jīng)故事中的巴別通天塔到保羅大教堂，人們渴望建筑高大建筑的愿望從未泯滅。人們在攀登珠穆朗瑪峰的時(shí)候是為了能夠體驗(yàn)九天攬?jiān)碌哪撤N愿望，在建造摩天大樓的時(shí)候或許也與這種愿望有關(guān)。[1]而且，隨著社會的進(jìn)發(fā)展，當(dāng)人們的經(jīng)濟(jì)實(shí)力得到一定發(fā)展之后，對生活的條件也期待能夠有進(jìn)一步的改善。對于生活條件的改善，人們首先想到的就是居住條件的改善。無論是為了土地資源的節(jié)約還是體現(xiàn)我們的技術(shù)與實(shí)力，高層甚至超高層建筑的建造范圍已經(jīng)變得越來越廣泛。高層建筑距今已經(jīng)有100多年的歷史了，本文主要從其結(jié)構(gòu)類型與體系方面對高層建筑進(jìn)行了總結(jié)與分析。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)類型
目前，高層建筑的結(jié)構(gòu)類型主要有鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)鋼-鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)三種。不同的結(jié)構(gòu)類型其優(yōu)缺點(diǎn)也不一樣，下面我們依次對三種結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn)進(jìn)行分析：
2.1 鋼結(jié)構(gòu)
現(xiàn)代高層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是非常廣泛的。輕質(zhì)高強(qiáng)成了它的主要特點(diǎn)，這也成為了人們在建造高層建筑的時(shí)候首先選用它的主要原因。此外，鋼結(jié)構(gòu)還有其他優(yōu)點(diǎn)，比如，鋼材的內(nèi)部組織比較均勻，有良好的塑性和韌性;鋼結(jié)構(gòu)的裝配化的程度比較高，其施工速度很快，對于工期要求嚴(yán)格的工程使用鋼結(jié)構(gòu)則可以大大縮短工期;當(dāng)制造某些具有特殊要求的密閉結(jié)構(gòu)的時(shí)候，鋼結(jié)構(gòu)則能很好的滿足。任何事物都具有兩面性，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑也不例外，有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)缺點(diǎn)也都一直存在。至今仍被全世界人民銘記在心的美國“9.11”事件，2011年9月11日，恐怖份子襲擊了年僅“28歲”的美國世貿(mào)大廈，這個(gè)世界上曾經(jīng)最高的雙塔很快倒塌，這座建筑就是應(yīng)用了我們所說的鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)就是其耐火性以及耐腐蝕性很差。所以美國世貿(mào)大廈才會在被飛機(jī)撞擊了之后很快就倒塌。此外，鋼結(jié)構(gòu)在后期的維護(hù)費(fèi)用也是相當(dāng)?shù)拇螅@個(gè)缺點(diǎn)也是我們必須面對的。
2.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)
與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐火性能要好得多，而且其防水性能也比較好，而且鋼筋混凝土的造價(jià)比較低，材料的來源也比較豐富，尤其對建筑高層建筑而言來說，使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以節(jié)約鋼材，它的耐久性也比較好，相對鋼結(jié)構(gòu)而言，其后期的維護(hù)成本就要低得多。然而，其缺點(diǎn)則主要有自重大、抗拉強(qiáng)度比較低，因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)處于受拉狀態(tài)的時(shí)候則很容易被破壞。對于施工工期有要求的工程而言，使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工周期相對來說則會比較長，而且由于施工人員技術(shù)以及施工現(xiàn)場管理、人員素質(zhì)等多方面的原因可能會導(dǎo)致我們整個(gè)施工過程的質(zhì)量很難得到控制。
2.3 鋼-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)
隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，就高層建筑而言。鋼-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)體系的采用，已經(jīng)變成看一種越來越合理的一種結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@樣兩種材料結(jié)合在一起的時(shí)候可以各種發(fā)揮自己的優(yōu)勢，使建筑物的結(jié)構(gòu)性能達(dá)到最優(yōu)化。顧名思義，這結(jié)構(gòu)就是講鋼材與鋼筋混凝土組合作為一種結(jié)構(gòu)，目前，這種結(jié)構(gòu)主要有兩種具體的使用形式：第一種就是以鋼桶的形式組合使用，使用鋼材制造而成的鋼管，然后在鋼管內(nèi)澆筑鋼筋混凝土，這樣就形成了鋼柱，可以用來做高層建筑結(jié)構(gòu)的柱子使用;另外一種則是整個(gè)結(jié)構(gòu)的外部是澆筑的鋼筋混凝土，而降鋼材澆筑在混凝土的內(nèi)部，鋼材是一種不耐腐蝕性的材料，然而，這種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)則是鋼筋混凝土內(nèi)部的鋼材維護(hù)比較困難。
3 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
從高層建筑的發(fā)展至今經(jīng)歷了100多年的歷史，我們所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系主要包括了框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框-剪結(jié)構(gòu)以及筒體結(jié)構(gòu)等幾種類型。
3.1 框架結(jié)構(gòu)體系
框架結(jié)構(gòu)體系的使用，可以讓人們獲得較大的使用空間，而且其內(nèi)部的平面布置也相對比較靈活。因?yàn)椴捎每蚣芙Y(jié)構(gòu)體系的建筑，其墻體基本上是不承重的，而且，此類建筑的施工方便、結(jié)構(gòu)自重也比較輕。但是框架結(jié)構(gòu)的柔性較大、其抗側(cè)移的能力差，在水平荷載的作用下易產(chǎn)生較大的水平位移。所以，我國框架結(jié)構(gòu)體系的建筑高度一般控制在15～20層。
3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系
在城市發(fā)展如此迅速的今天，剪力墻體系建筑隨處可見。其受力特點(diǎn)主要以彎曲變形為主，其抗側(cè)移的能力要比框架結(jié)構(gòu)體系好的多，而且，其抗震性能也比較好，可以很好的抵制剪切變形。在我國，當(dāng)建筑物的層數(shù)在30～40這個(gè)范圍內(nèi)的時(shí)候，我們一般選擇剪力墻結(jié)構(gòu)作為我們的結(jié)構(gòu)體系。
3.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)組合體系
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系和鋼-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一樣，是一種組合的結(jié)構(gòu)體系，它把框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在了一起。使用這種結(jié)構(gòu)體系的建筑可以讓我們的建筑在滿足空間靈活的前提下的同時(shí)也具有較好的抗側(cè)移的能力。
3.4 筒體結(jié)構(gòu)
相比之下，筒體結(jié)構(gòu)的歷史并不悠久，它的概念是在20世紀(jì)60年代初的時(shí)候被人們提出來的。當(dāng)建筑物的高層達(dá)到40～50層的時(shí)候，我們就要采用筒體結(jié)構(gòu)了，筒體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移的剛度很大，而且也可以使得建筑物的平面布置非常的靈活。我國上海的金茂大廈以及美國芝加哥的西爾斯大廈等具有標(biāo)志性意義的建筑均選擇了筒體結(jié)構(gòu)。
4 結(jié)束語
隨著建筑師們對建筑的高度的不斷追求以及世界各地高層建筑建造步伐的加劇，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)類型的選擇是一個(gè)非常值得研究和考慮的問題，在建造新的高層建筑的時(shí)候，我們要不斷地總結(jié)過去的經(jīng)驗(yàn)，加大對高層建筑結(jié)構(gòu)體系的研究力度，其中也包括抗震性能技術(shù)的研究。只有將各個(gè)方面都考慮到位了，高層建筑的發(fā)展才不會受到任何的阻礙，相反，可以促進(jìn)高層建筑行業(yè)的健康發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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建筑結(jié)構(gòu)論文篇5
談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[摘 要]建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)的，全面的工作。需要扎實(shí)的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。作為設(shè)計(jì)人員，要掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程，保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的安全，還要善于總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)。本文根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，對建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要注意的事項(xiàng)進(jìn)行闡述。
[關(guān)鍵詞]建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);過程;注意事項(xiàng)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡而言之就是用結(jié)構(gòu)語言來表達(dá)建筑師及其它專業(yè)工程師所要表達(dá)的東西。用基礎(chǔ)，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細(xì)部等結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)成建筑物的結(jié)構(gòu)體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產(chǎn)生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。
一、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段大體可以分為三個(gè)階段，結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設(shè)防烈度，工程地質(zhì)勘查報(bào)告，建筑場地的類別及建筑的高度和層數(shù)來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式(例如，磚混結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)等等以及由這些結(jié)構(gòu)來組合而成的結(jié)構(gòu)形式)。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和要求來布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。
結(jié)構(gòu)計(jì)算階段的內(nèi)容為：首先，荷載的計(jì)算。荷載包括外部荷載(例如，風(fēng)荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等)和內(nèi)部荷載(例如，結(jié)構(gòu)的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等等)上述荷載的計(jì)算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)等來進(jìn)行不同工況下的組合計(jì)算。其次，構(gòu)件的試算。根據(jù)計(jì)算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計(jì)算手冊上推薦的試算方法來初步確定構(gòu)件的截面。再次，內(nèi)力的計(jì)算，根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。
二、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)
1、 關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板挑板的陽角問題
(1) 陽角面積在整個(gè)基礎(chǔ)底面積中所占比例極小，可砍成直角或斜角。
(2) 如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽角不必加輻射筋。
2、 關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板問題 從結(jié)構(gòu)角度來講，如果能出挑板，能調(diào)勻邊跨底板鋼筋，特別是當(dāng)?shù)装邃摻钔ㄩL布置時(shí)，不會因邊跨鋼筋而加大整個(gè)底板的通長筋，較節(jié)約;出挑板后，能降低基底附加應(yīng)力，當(dāng)基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時(shí)，加挑板就可能采用天然地基;能降低整體沉降，當(dāng)荷載偏心時(shí)，在特定部位設(shè)挑板，還可調(diào)整沉降差和整體傾斜;窗井部位可以認(rèn)為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計(jì)算時(shí)此處板并不應(yīng)按挑板計(jì)算。
3、 關(guān)于梁、板的計(jì)算跨度 一般的手冊或教科書上所講的計(jì)算跨度，如凈跨的1.1倍等，這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在應(yīng)用日廣的寬扁梁中是不合適的。梁板結(jié)構(gòu)，簡單點(diǎn)講，可認(rèn)為是在梁的中心線上有一剛性支座，取消梁的概念，將梁板統(tǒng)一認(rèn)為是一變截面板。在扁梁結(jié)構(gòu)中，梁高比板厚大不了多少時(shí)，應(yīng)將計(jì)算長度取至梁中心，選梁中心處的彎距和梁厚，及梁邊彎距和板厚配筋，取二者大值配筋。(借用臺階式獨(dú)立基礎(chǔ)變截面處的概念)柱子也可認(rèn)為是超大截面梁，所以梁配筋時(shí)應(yīng)取柱邊彎距。削峰是正常的，不削峰才有問題。
4、 基坑開挖時(shí)，摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當(dāng)基礎(chǔ)較小，坑底受到很大約束，回彈可以忽略，在計(jì)算沉降時(shí)，應(yīng)按基底附加應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)基坑很大時(shí)，相對受到較小約束，如箱基，計(jì)算沉降時(shí)應(yīng)按基底壓力計(jì)算，被坑邊土約束的部分當(dāng)做安全儲備，這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。
5、 抗震縫應(yīng)加大，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，按規(guī)范要求設(shè)的防震縫在地震時(shí)有40%發(fā)生了碰撞。故應(yīng)增大抗震縫間距。
6、 關(guān)于回彈再壓縮 基坑開挖時(shí)，摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當(dāng)基礎(chǔ)較小，坑底受到很大約束，如獨(dú)立基礎(chǔ)，回彈可以忽略，在計(jì)算沉降時(shí)，應(yīng)按基底附加應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)基坑很大時(shí)，相對受到較小約束，如箱基，計(jì)算沉降時(shí)應(yīng)按基底壓力計(jì)算，被坑邊土約束的部分當(dāng)做安全儲備，這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。
7、 主梁有次梁處加附加筋：一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋，附加箍筋可認(rèn)為是：主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺，在次梁兩側(cè)補(bǔ)上，象板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但不應(yīng)絕對。規(guī)范說的清楚，位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載，應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔(dān)。也就是說，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應(yīng)加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定。當(dāng)主次梁截面相差不大，次梁荷載較大時(shí)，應(yīng)加附加筋。
三、建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析
建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性包括內(nèi)容注重經(jīng)濟(jì)性的建筑設(shè)計(jì)包含非常廣泛的內(nèi)容。傳統(tǒng)中只強(qiáng)調(diào)改進(jìn)建筑材料保溫性、改善建筑體形系數(shù)、提高建筑材料的氣密性等一系列節(jié)能降耗措施，現(xiàn)在建筑隨著形勢的發(fā)展，人們對居住環(huán)境不僅從結(jié)構(gòu)性出發(fā)，更要在建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性角度考慮，如空間組織、技術(shù)組織、結(jié)構(gòu)設(shè)置、能源與資源利用，以及建筑循環(huán)再利用等方面全面地確立經(jīng)濟(jì)性的原則、方法。
建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性就是只以較少的成本來獲得最大的效用。其中由美國建筑師、工程師R?B?富勒提出的“少費(fèi)多用”原則是較常用普通的原則。“少費(fèi)多用(more withless)”原則的含義是，憑借有效的手段或方式，利用最小化的量的材料、資源來投資，目的在于獲得盡可能大的發(fā)展效益。“少費(fèi)多用”原則，順應(yīng)目前的發(fā)展形勢，在建筑堅(jiān)持可續(xù)費(fèi)發(fā)展的思路上，該原則是一條重要的、有效的、節(jié)約型的設(shè)計(jì)方式。
在富勒的實(shí)踐中，“少費(fèi)多用”原則最具代表性地表現(xiàn)在他對空間結(jié)構(gòu)及建材應(yīng)用的創(chuàng)意中。他的短桿網(wǎng)架穹隆結(jié)構(gòu)體系(geodesic dome )被稱為人類迄今為止最輕、最高效、最為有力的空間圍合手段，在造型、尺寸、材料選用上具有很大的靈活性，且造價(jià)低廉、營造方便。
“少費(fèi)多用”原則還體現(xiàn)在建筑空間組織、利用的高效化方面。原則堅(jiān)持對平面面積的充分利用，還注重三維空間的挖掘。比如某市圖書館設(shè)計(jì)中提出了“ 模塊式”圖書館的創(chuàng)作思路，將圖書館劃分成不同的功能模塊，采用不同的層高、柱網(wǎng)，進(jìn)行類比布局。這樣可以減少“三統(tǒng)一”標(biāo)準(zhǔn)空間所造成的浪費(fèi)，充分發(fā)揮空間效益。某高效空間住宅的設(shè)計(jì)中則對廚房、廁所的上區(qū)、臥區(qū)上下等潛在空間進(jìn)行了有效的利用。將每戶主、次二個(gè)開間設(shè)置為不同層高，對應(yīng)于不同的功能使用要求，大大提高了住宅空間的使用效益。
總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)、全面的工作，需要扎實(shí)的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。千里之行，始于足下。設(shè)計(jì)人員要從一個(gè)個(gè)基本的構(gòu)件算起，做到知其所以然，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，并密切配合其它專業(yè)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，在工作中應(yīng)事無巨細(xì)，善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。
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