高層建築結構研究論文

　　隨著我國經濟的發展,高層建築越來越多。高層建築結構的設計,目前很多設計人員過多依賴計算機軟體,對高層建築結構的抗震設計從理論上並沒有從真正意義上去掌握和應用。下面是小編為大家整理的，供大家參考。

　　範文一：高層、超高層建築的結構體系

　　摘要： 本文簡要介紹了，並結合“ 科技 研發中心”超高層全鋼結構的製作與安裝及鋼結構主要構件的翻樣、下料、製作等各個重要環節的質量控制和材料選用提供一些粗淺的意見。對於支撐體系，消能減震裝置不在此文內介紹。

　　關鍵詞： 超高層 智慧大樓 節點域 MST組合樑

　　一、概況

　　高層鋼結構建築在國外已有110多年的 歷史 ，1883年最早一幢鋼結構高層建築在美國芝加哥拔地而起，到了二次世界大戰後由於地價的上漲和人口的迅速增長，以及對高層及超高層建築的結構體系的 研究 日趨完善、 計算 技術的 發展 和施工技術水平的不斷提高，使高層和超高層建築迅猛發展。鋼筋混凝土結構在超高層建築中由於自重大，柱子所佔的建築面積比率越來越大，在超高層建築中採用鋼筋混凝土結構受到質疑;同時高強度鋼材應運而生，在超高層建築中採用部分鋼結構或全鋼結構的 理論 研究與設計建造可說是同步前進。

　　超高層建築的發展體現了發達國家的建築科技水平、材料 工業 水平和綜合技術水平，也是建設部門財力雄厚的象徵。

　　我國的高層與超高層鋼結構建築自改革開放以來已有20年的歷史，並在設計和施工中積累了不少經驗，已有我國自行編制的《高層民用建築鋼結構技術規程》JGJ 99-98。

　　二、高層及超高層結構體系

　　對於高層及超高層建築的劃分，建築設計規範、建築抗震設計規範、建築防火設計規範沒有一個統一規定，一般認為建築總高度超過24m為高層建築，建築總高度超過60m為超高層建築。

　　對於結構設計來講，按照建築使用功能的要求、建築高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以 經濟 、合理、安全、可靠的設計原則，選擇相應的結構體系，一般分為六大類：框架結構體系、剪力牆結構體系、框架—剪力牆結構體系、框—筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。

　　高層和超高層建築在結構設計中除採用鋼筋混凝土結構代號RC外，還採用型鋼混凝土結構代號SRC，鋼管混凝土結構代號CFS和全鋼結構代號S或SS。

　　> 東南科技研發中心，建築高度100m，柱網為8.4m，抗震設防烈度為6度，採用框架—剪力牆或框—筒結構體系較為經濟合理，這種結構體系的剪力牆或筒體是很好的抗側力構件，常常承擔了大部分的風載和地震荷載產生的水平側力，總體剛度大，側移小，且滿足玻璃幕牆的外裝飾要求。

　　三、材料的選用

　　鋼結構有很多優點，但其缺點是導熱係數大，耐火性差。隨著冶金技術的提高，耐火鋼的研究成功並投入生產，為鋼結構的進一步發展創造了條件。

　　目前 寶鋼投入生產的有B400RNQ和B490RNQ兩種型號的耐火鋼，其物理力學指標、化學效能及抗衝擊韌性和可焊性，都能達到結構鋼的要求。普通鋼材當達到600 ℃ 的高溫時已完全喪失承載能力，寶鋼生產的這兩個品種鋼材當達到 600 ℃ 時其屈服強度還有 150～220Mpa。

　　一般高層和超高層建築當採用框—剪、框—筒結構體系時的經濟性統計為：鋼結構造價=鋼材費用約佔40%+製作安裝費用約佔30%+防火塗料費用約佔30%，防火塗料所佔總造價的比重較大。如果使用高強度耐火鋼雖價格略有上升，但防火塗料價格有較大幅度下降，可望部分抵消由此帶來的成本上升，而且可靠度及安全性有了一定的保障。

　　四、製作與安裝

　　一統一測量儀器和鋼尺量具

　　建造一幢超高層大樓，涉及到土建、鋼結構、玻璃幕牆和各類裝置的安裝，使用的測量儀器和使用的鋼尺必須由國家法定的同一計量部門由同一標準鑑定。

　　高層、超高層 建築施工週期較長，尚需定期對測量儀器和鋼尺量具進行定期校驗以保證建築物各項指標符合規定的指標。

　　一般以土建部門的測量儀器和鋼尺量具為準。

　　二定位軸線、標高和地腳螺栓

　　鋼柱的定位軸線可根據場地的寬窄，在建築物外部或內部設定控制軸線。本工程高度在100m，設定二個控制樁，以供架設經緯儀或鐳射儀控制樁的位置，要求以能滿足通視、可視為原則。

　　鋼柱的長度以滿足起重量的大小和運輸的可能性，一般為2～3層為一節，對每一節柱子安裝不得使用下一節柱子的定位軸線，應從地面控制軸線引到高空，以保證每節柱子安裝正確無誤，避免產生累積誤差。

　　柱腳與鋼筋混凝土基礎的連線，一般採用埋入式剛性柱腳，地腳螺栓是在安裝就位第一節鋼柱時，控制平面尺寸和標高的臨時固定措施。

　　三鋼柱的製作與安裝

　　鋼柱是高層、超高層建築決定層高和建築總高度的主要豎向構件，在加工製造中必須滿足現行規範的驗收標準。

　　100m高的超高層鋼柱一般分為8～12節構件，鋼柱在翻樣下料製作過程中應考慮焊縫的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形，所以鋼柱的翻樣下料長度不等於設計長度，即使只有幾毫米也不能忽略不計。而且上下兩節鋼柱截面完全相等時也不允許互換，要求對每節鋼柱應編號予以區別，正確安裝就位。

　　矩形或方形鋼柱內的加勁板的焊接應按現行規範要求採用熔嘴電渣焊，不允許採用其他如在箱板上開孔、槽塞焊等形式。

　　鋼柱標高的控制一般有二種方式：

　　1. 按相對標高製作安裝。鋼柱的長度誤差不得超過3mm，不考慮焊縫收縮變形和豎向荷載引起的壓縮變形，建築物的總高度只要達到各節柱子製作允許偏差總和及鋼柱壓縮變形總和就算合格，這種製作安裝一般在12層以下，層高控制不十分嚴格的建築物。

　　2. 按設計標高製作安裝。一般在12層以上，精度要求較高的層高，應按土建的標高安裝第一節鋼柱底面標高，每節鋼柱的累加尺寸總和應符合設計要求的總尺寸。每一節柱子的接頭產生的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形應加到每節鋼柱加工長度中去。

　　無論採用何種安裝方式，都應在翻樣下料製作過程中充分表達出來，並應符合設計要求的總高度。

　　四框架樑的製作與安裝

　　高層、超高層框架樑一般採用H型鋼，框架樑與鋼柱宜採用剛性連線，鋼柱為貫通型，在框架樑的上下翼緣處在鋼柱內設定橫向加勁肋。

　　框架樑應按設計編號正確就位。

　　為保證框架樑與鋼柱連線處的節點域有較好的延性以及連線可靠性和樓層層高的精確性，在工廠製造時，在框架樑所在位置設定懸臂樑短牛腿，懸臂樑上下翼緣與鋼柱的連線採用剖口熔透焊縫，腹板採用貼角焊縫。框架樑與鋼柱的懸臂樑短牛腿連線，上下翼緣的連線採用襯板兼引弧板全熔透焊縫，腹板採用高強螺栓連線。

　　由於鋼筋混凝土施工允許偏差遠遠大於鋼結構的精度要求，當框架樑與鋼筋混凝土剪力牆或鋼筋混凝土筒壁連線時，腹板的連線板可開橢圓孔，橢圓孔的長向尺寸不得大於2d0d0為螺栓孔徑，並應保證孔邊距的要求。

　　框架樑的翻樣下料長度同樣不等於設計長度，需考慮焊接收縮變形。焊接收縮變形可用 經驗公式 計算 再按實際加工之後校核，確定其翻樣下料的精確長度。

　　框架樑上下翼緣的連線可採用高強螺栓連線或焊接連線， 目前 大部分採用帶襯板的全熔透焊接連線。施工時先焊下翼緣再焊上翼緣，先一端點焊定位，再焊另一端。

　　腹板則採用高強度螺栓連線，要充分理解設計時採用摩擦型還是承壓型高強螺栓。採用摩擦型高強螺栓的摩擦係數應選用合理。

　　採用高強螺栓群連線時，孔位的精度十分重要。目前制孔一般採用模板制孔和多軸數控鑽孔，前者精度低，後者精度高，應優先考慮採用後者。當採用模板制孔時，應保證模板的精度，以確保高強螺栓的組裝孔和工地安裝孔的精度要求。如果孔位區域性偏差，只允許使用鉸刀擴孔。嚴禁使用氣割擴孔，若用氣割擴孔，則應按重大質量事故處理。

　　高強螺栓群應同一方向插入螺栓孔內，高強螺栓群的擰緊順序應由中心按幅射方向逐層向外擴充套件，初擰和終擰都得按預先設定的鮮明色彩在螺帽頭上加以表示。

　　五、樓蓋的設計

　　高層、超高層建築的樓板和屋蓋具有很大的平面剛度，是豎向鋼柱與剪力牆或筒體的平面抗側力構件，同時使鋼柱與各豎向構件剪力牆或筒體起到變形協調作用。

　　一般鋼結構建築物的樓板和屋蓋，都採用軋製的壓型鋼板加現澆鋼筋混凝土簡稱鋼承混凝土樓板和屋蓋，厚度一般不小於150mm。目前在設計鋼承混凝土樓板和屋蓋時沒有考慮鋼承混凝土樓板和屋蓋與鋼樑共同作用。主要是對於板底呈波形的計算原理不甚瞭解或認為計算繁瑣，就按平板計算，這樣既不安全又增加了鋼樑的用鋼量。

　　如果採用鋼樑與鋼承混凝土樓板共同作用，簡稱MST組合樑，只要計算正確，配筋合理，栓釘可靠，則可以節約樓層和屋蓋鋼樑的用鋼量20%左右，而且不需對鋼樑進行穩定驗算。

　　範文二：試論高層建築結構設計

　　[摘 要]高層建築的結構設計合理與否，會對整個工程的質量、使用效能及使用壽命等方面產生十分重要的影響。因此，做好結構設計工作是高層建築物施工之前最重要的任務之一。在本論文中，筆者首先分析了高層建築物結構設計的特點，而後對高層建築物結構設計的相關要求及注意事項進行了深入探討。

　　[關鍵詞]高層建築 結構設計 特點 要求

　　中圖分類號：TU587 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X201517-0125-01

　　隨著我國經濟的迅速發展，人們的生活水平等方面都獲得了較大的提高，對生活質量的要求也愈來愈高。從建築物需求量的方面來說，近年來，我國人民對住房的需求量也不斷增多。這導致建築用地的不斷增多，使得當前我國可用耕地面積不斷減少。為了緩解此種情況，我國建築企業開始將發展的目光聚焦於高層建築物的建設上。也正因為如此，當前我國高層建築物的數量急劇增長。從積極方面來說，這確實從很大程度上緩和了建築物供不應求的狀況，但同時我們也必須注意到一個現象：很多高層建築在使用過程中都出現了這樣或者那樣的問題，嚴重影響了建築物的使用壽命，不利於建築行業的健康發展。究其原因，這主要是因為部分高層建築的結構設計不合理。下面，筆者將對高層建築物的結構設計方面進行相關探討。

　　1.高層建築結構設計的特點

　　與一般建築物不同，高層建築物的結構設計工作更為複雜。一旦結構設計不合理，整個建築物的施工過程及使用都會出現嚴重的問題。因此，工作人員必須從高層建築建設的實際情況出發，制定合理的設計方案。下面，筆者將對高層建築結構設計的主要特點進行一一闡述。

　　首先，在高層建築結構設計的過程中，工作人員必須注意結構產生的水平力。一般來說，低層建築物結構中，水平力產生的影響相對較小，而導致的側向移位也往往被人忽視。

　　其次，高層建築結構設計必須能夠承受較大的承載力和足夠的抵抗側向力和剛度，這樣才能保證水平力作用下的側向位移不至於超過一定的限度。同時，要保證高層建築物的外牆等其他的維護材料或者裝飾構件與主體結構之間可靠連線起來，減少不必要的破壞。要根據施工地點地基的承載力和剛度來確定上部結構的承載力及相應的剛度。

　　再次，高層建築的結構設計應儘可能地減輕房屋的自重。對於那些土層比較軟的施工地點，由於其自振週期長，儘管增加建築物的層數可以減小地震剪力，提高整個建築物的效能，但高建築也是自振週期長，容易引起共振對抗震不利，因此應確定合理的層數。另外，某些高層建築會設有抗震設防的結構。工作人員在進行高層建築結構設計時，必須充分勘察施工地點的地形及地質土層情況，最好選擇那些地勢平坦、地形開闊、土層堅硬、土質均勻的地段，避開那些地勢差異較大的、非巖質的陡坡或者軟土地帶。同時，工作人員要注意，在勘察過程中，如果發現某一地段發生地震的可能性較大，抗震能力較差，則決不能進行盲目的工程建設。

　　2.現代高層建築結構設計的注意事項

　　結合自己多年的工作經驗，筆者分析了現代高層建築結構設計的要求，並總結出以下幾個方面的注意事項。

　　2.1 充分考察高層建築的受力情況，選擇合理的結構型別

　　高層建築物結構型別的選擇，主要是由其結構體系和材料特徵所決定的。我們都知道，高層建築實質上是一種豎向懸臂結構，其使用過程會產生兩種荷載：水平荷載和豎向荷載。一般來說，豎向荷載的方向並不發生變化，但隨著建築物高度的不斷增加，水平荷載也會相應的提高，包括各種結構作用力和結構抗力等。高層建築結構作用力主要分為兩種：直接作用力和間接作用力。前者主要指高層建築物結構上所承載的各種集中力和分佈力，包括建築物及機器裝置的自重等;後者則是指引起高層建築結構發生變形的作用力，如溫度變化、地基變形、混凝土遇冷收縮等產生的力。相比直接作用力來說，間接作用力的破壞效應可能會更大，會受到建築物地基條件及其他外在條件的影響。直接作用力和間接作用力過大，會導致高層建築的整個結構構件發生變形等。而同時，高層建築的結構設計會承擔一部分的迫使其變形的力量，這種能力被稱為結構的抗力。只有抗力較高的結構，才能充分發揮高層建築物的優良效能，延長其使用壽命。

　　2.2 選擇合理的結構平面佈置 .協調好建築與結構的關係

　　建築物的結構平面佈置必須符合以下原則：獨立結構的建築物單元，形狀最好簡單規則，而剛度和承載力分佈要均勻，絕對不要採用不規則的平面佈置方式。也就是說，平面應儘可能規整，最好對稱;平面的長度不宜過長;伸縮縫的框架結構在55米左右，剪力牆結構45米左右最為合適。同時，最好使用標準層，同意佈置柱網和層高。

　　2.3 做好高層建築物的結構佈局

　　現代社會，經濟發展水平的迅速增長，使人們的思想觀念、意識等都發生了較大的變化，審美觀等方面也發生了較大的變化。高層建築物在進行結構佈局時，必須從現代人的生活理念出發，合理設定建築物的結構。眾所周知，高層建築物垂直方向的承載力較大。因此，在進行結構設計時，工作人員要重視建築物地基受力結構的穩定性，平衡不同地點之間的受力關係。

　　2.4 高層建築物結構設計必須經濟合理

　　在進行結構設計時，工作人員不僅要考慮結構的安全合理性，還要保證結構的經濟性，保證建設單位的經濟效益。例如，合理設定結構的跨度，板跨度越大，要求的板厚度也會相應的越大，需要的鋼筋也會較多。這將會給建設單位帶來較大的成本花費。一般來說，井字樑的使用要優於十字樑，而十字樑的使用比沒有樑更好。同時，在保證建築物穩定性的前提下，高層建築基坑的深度不應過大，但要超過冰凍深度。

　　除此之外，高層建築施工單位在施工之前，要對施工地點的地址等狀況進行認真勘察。在那些地震較為頻繁的地區，工作人員應該合理設定建築物結構，避免或者減少地震作用對高層建築的不利影響。首先，建築單位要合理設計抗震縫，調整平面形狀和結構佈置。但必須注意，如果建築平面較為複雜，而形狀結構等都難以調整時，要儘量將抗震縫劃分成幾個較為簡單的結構。高層建築的高度一般大於15米，在15米之下的結構上面，縫寬最小可為100毫米，但隨著高度的增加，縫寬也要較大。總之，工作人員要根據不同的結構體系，合理設定抗震縫的寬度。

　　3.總結

　　隨著中國特色社會主義程序的不斷推進，我國的城市化程序的速度也在不斷加快，同時為了進一步緩和耕地不足與建築物供不應求之間的矛盾，高層建築物的數量越來越多。與普通建築物相比，高層建築物的結構設計有其獨特性。同時，任何建築物的結構設計工作合理與否，會對整個建築物的外觀以及穩定性等方面產生十分重要的作用。工作人員需要不斷更新自己的設計理念，運用先進的設計方法，才能將此項工作落到實處。同時，在進行結構設計時，相關人員必須充分考慮高層建築的用途和基本功能，而後做好合理的設計工作。相信未來，在我國高層建築物數量不斷增長的同時，質量也能獲得較大的提高，我國建築行業能夠朝著更加健康的方向發展。

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