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1、高层建筑结构选型的影响因素与选取方法 在高层建筑设计中,结构设计赋予建筑物一个支撑骨架.该骨架型式及其空间关系的合理性不仅直接关系到建筑物的安全,而且关系到建筑物能否实现其预定的功能和能否达到预期的经济效益.依据工程实践经验,若高层建筑结构体系选型不当,同样难以做出安全可靠、经济合理的高层建筑结构设计.正确处理高层建筑结构体系的选型问题,对于高层建筑的设计、施工乃至使用、维护而言,都具有至关重要的意义. 1高层建筑结构选型的问题 当前我国高层建筑结构选型普遍不重视结构选型决策工作,而且缺乏一套完整系统、可行的方法来操作,仅以上部结构土建造价单一指标或几个易于转换成计
2、量单位评估的定量指标来进行决策.因此高层建筑结构选型存在如下问题:第一是影响因素的不确定性.结构选型决策工作具有很强的综合性,包含大量确定与不确定的因素,多因素共同作用的结果决定结构的型式,需要对诸多因素做大量细致分析.对一栋高层建筑来说,按当前常规做法是不太可能得到完善合理的结构型式的.选错结构型式,不仅会使高层建筑综合经济效益低下,而且使该建筑物给社会经济环境带来不良影响[1].第二是影响因素的多样性.结构体系的选择受到诸多条件和因素影响,除了要考虑工程造价和投资能力,还要考虑所选结构型式对建筑功能的适应性、施工条件、技术能力、施工工期、建筑材料和能源供应、建筑美学要
3、求,包括建筑群及其环境的配合,建设场地的地形、地貌、自然灾害等等.一个合理的结构型式是通过进行多目标决策,将诸多因素统一协调而产生.而设计人员正是缺乏这种从整体(或全局)的综合经济效益出发来处理结构选型问题的观念,并由于缺乏处理模糊概念的方法和手段,不自觉地把不少本来为模糊的量忽略或当成确定性的,这使得设计变量和目标函数不能达到应有的取值范围,从而导致决策结果不是真正的最满意的. 2高层建筑结构选型的影响因素分析 2.1高层建筑结构选型不合理的情况及原因分析 2.1.1超出建筑结构设计规范中规定的适用范围 高层建筑的各种结构体系有各自的适用范围,我国《钢筋混凝土高
4、层建筑结构设计与施工规程》(以下简称为《高规》)给出了各类钢筋混凝土结构房屋适用的最大高度.首先房高超规.如高规规定对位于IV类场地的建筑或不规则建筑高度应适当降低.抗震规范条文说明指出:“不规则或在IV类场地上的结构,适用高度一般降低20%左右.有框支剪力墙的结构,抗震的不利因素是明显的,适用高度一般降低20%~30%”.有的不规则高层建筑高度未按要求降低.其次是剪力墙间距超规主要体现为框剪结构中超过高规中关于剪力墙间距的规定和在有框支墙的现浇剪力墙结构中,落地剪力墙间距超过《高规》规定.超过的原因主要是为满足建设方对大空间的要求. 2.1.2选用建筑设计规范中没有的
5、结构体系 近年来,由于建筑功能、建筑艺术以及城市规划的需要,高层建筑不仅在层数、高度上迅速增长,而且结构体系日益复杂多变,很多高层建筑的高度已处于《高规》适用范围之外.这些非常规结构往往没有先例可依循,理论和实验依据不够,设计人员在没有充分计算、试验、论证的情况下自行”创新”出一些结构;这些结构型式本身就很可能受力不合理,更谈不上综合经济效益好[2]. 2.1.3选用不合理的结构型式 首先有的地方新建高层住宅采用重量大、刚度过大、地震反应力大、基础大、造价高、工期长、不利抗震、不便使用的小开间剪力墙结构.如新建4栋23层~25层高层住宅采用小开间剪力墙结构,两层箱形
6、基础,结构方案不合理,造成很大浪费.其次高层建筑与裙房用后浇缝连成整体(包括基础与上部结构),一般裙房用框架结构,主楼用框剪结构或框筒结构或剪力墙结构.在用后浇缝连成整体前,高层建筑与裙房选用的结构型式均无问题,用后浇缝连成整体后则明显有剪力墙布置不均匀、不符合《高规》关于框剪结构中剪力墙最大间距的要求和剪力墙数量过少,其承担的底部弯矩小于总地震弯矩的50%等问题. 2.2影响高层建筑结构选型的因素 2.2.1结构受力合理性 结构受力合理性包括结构能有效抗风、可靠抗震、传力途径明确、应力分布合理、破坏机制合理等等.结构选型必须保证结构体系的受力合理,要根据力学要求比
7、较各种结构体系优缺点,选择出合适的几个结构体系,结合影响因素做分析、筛选.水平荷载在高层建筑结构设计中起控制作用,具体到非地震区,起控制作用的水平荷载就是风荷载.在风荷载作用下,高层建筑可能出现层间位移过大,导致结构体系中的承重构件如梁、柱、墙等出现不同程度损坏;或者整个结构摆动过大.因此,在非地震区,特别是风荷载较大的地区,高层建筑结构选型应对风荷载作用引起足够重视,选择时要考虑结构体系在强度、变形方面满足要求,还要使结构在风荷载作用下产生的振动控制在人对不适感的容许限度范围之内.现有地震灾害资料及工程经验表明,在满足建筑物
