高層建筑結構研究論文
高層建筑結構研究論文
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,高層建筑越來越多。高層建筑結構的設計,目前很多設計人員過多依賴計算機軟件,對高層建筑結構的抗震設計從理論上并沒有從真正意義上去掌握和應用。下面是學習啦小編為大家整理的高層建筑結構研究論文，供大家參考。
高層建筑結構研究論文范文一：高層、超高層建筑的結構體系
摘要： 本文簡要介紹了，并結合“ 科技 研發(fā)中心”超高層全鋼結構的制作與安裝及鋼結構主要構件的翻樣、下料、制作等各個重要環(huán)節(jié)的質量控制和材料選用提供一些粗淺的意見。對于支撐體系，消能減震裝置不在此文內介紹。
關鍵詞： 超高層 智能大樓 節(jié)點域 MST組合梁
一、概況
高層鋼結構建筑在國外已有110多年的 歷史 ，1883年最早一幢鋼結構高層建筑在美國芝加哥拔地而起，到了二次世界大戰(zhàn)后由于地價的上漲和人口的迅速增長，以及對高層及超高層建筑的結構體系的 研究 日趨完善、 計算 技術的 發(fā)展 和施工技術水平的不斷提高，使高層和超高層建筑迅猛發(fā)展。鋼筋混凝土結構在超高層建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面積比率越來越大，在超高層建筑中采用鋼筋混凝土結構受到質疑;同時高強度鋼材應運而生，在超高層建筑中采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。
超高層建筑的發(fā)展體現(xiàn)了發(fā)達國家的建筑科技水平、材料 工業(yè) 水平和綜合技術水平，也是建設部門財力雄厚的象征。
我國的高層與超高層鋼結構建筑自改革開放以來已有20年的歷史，并在設計和施工中積累了不少經(jīng)驗，已有我國自行編制的《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》JGJ 99-98。
二、高層及超高層結構體系
對于高層及超高層建筑的劃分，建筑設計規(guī)范、建筑抗震設計規(guī)范、建筑防火設計規(guī)范沒有一個統(tǒng)一規(guī)定，一般認為建筑總高度超過24m為高層建筑，建筑總高度超過60m為超高層建筑。
對于結構設計來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以 經(jīng)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、剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、框—筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。
高層和超高層建筑在結構設計中除采用鋼筋混凝土結構(代號RC)外，還采用型鋼混凝土結構(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(fā)中心，建筑高度100m，柱網(wǎng)為8.4m，抗震設防烈度為6度，采用框架—剪力墻或框—筒結構體系較為經(jīng)濟合理，這種結構體系的剪力墻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，且滿足玻璃幕墻的外裝飾要求。
三、材料的選用
鋼結構有很多優(yōu)點，但其缺點是導熱系數(shù)大，耐火性差。隨著冶金技術的提高，耐火鋼的研究成功并投入生產，為鋼結構的進一步發(fā)展創(chuàng)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、化學性能及抗沖擊韌性和可焊性，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筑當采用框—剪、框—筒結構體系時的經(jīng)濟性統(tǒng)計為：鋼結構造價=鋼材費用(約占40%)+制作安裝費用(約占30%)+防火涂料費用(約占30%)，防火涂料所占總造價的比重較大。如果使用高強度耐火鋼雖價格略有上升，但防火涂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、制作與安裝
(一)統(tǒng)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、玻璃幕墻和各類設備的安裝，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鑒定。
高層、超高層 建筑施工周期較長，尚需定期對測量儀器和鋼尺量具進行定期校驗以保證建筑物各項指標符合規(guī)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(jù)場地的寬窄，在建筑物外部或內部設置控制軸線。本工程高度在100m，設置二個控制樁，以供架設經(jīng)緯儀或激光儀控制樁的位置，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?shù)目赡苄?，一般?～3層為一節(jié)，對每一節(jié)柱子安裝不得使用下一節(jié)柱子的定位軸線，應從地面控制軸線引到高空，以保證每節(jié)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接，一般采用埋入式剛性柱腳，地腳螺栓是在安裝就位第一節(jié)鋼柱時，控制平面尺寸和標高的臨時固定措施。
(三)鋼柱的制作與安裝
鋼柱是高層、超高層建筑決定層高和建筑總高度的主要豎向構件，在加工制造中必須滿足現(xiàn)行規(guī)范的驗收標準。
100m高的超高層鋼柱一般分為8～12節(jié)構件，鋼柱在翻樣下料制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于設計長度，即使只有幾毫米也不能忽略不計。而且上下兩節(jié)鋼柱截面完全相等時也不允許互換，要求對每節(jié)鋼柱應編號予以區(qū)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(xiàn)行規(guī)范要求采用熔嘴電渣焊，不允許采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. 按相對標高制作安裝。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，建筑物的總高度只要達到各節(jié)柱子制作允許偏差總和及鋼柱壓縮變形總和就算合格，這種制作安裝一般在12層以下，層高控制不十分嚴格的建筑物。
2. 按設計標高制作安裝。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(jié)鋼柱底面標高，每節(jié)鋼柱的累加尺寸總和應符合設計要求的總尺寸。每一節(jié)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(jié)鋼柱加工長度中去。
無論采用何種安裝方式，都應在翻樣下料制作過程中充分表達出來，并應符合設計要求的總高度。
(四)框架梁的制作與安裝
高層、超高層框架梁一般采用H型鋼，框架梁與鋼柱宜采用剛性連接，鋼柱為貫通型，在框架梁的上下翼緣處在鋼柱內設置橫向加勁肋。
框架梁應按設計編號正確就位。
為保證框架梁與鋼柱連接處的節(jié)點域有較好的延性以及連接可靠性和樓層層高的精確性，在工廠制造時，在框架梁所在位置設置懸臂梁(短牛腿)，懸臂梁上下翼緣與鋼柱的連接采用剖口熔透焊縫，腹板采用貼角焊縫?？蚣芰号c鋼柱的懸臂梁(短牛腿)連接，上下翼緣的連接采用襯板(兼引弧板)全熔透焊縫，腹板采用高強螺栓連接。
由于鋼筋混凝土施工允許偏差遠遠大于鋼結構的精度要求，當框架梁與鋼筋混凝土剪力墻或鋼筋混凝土筒壁連接時，腹板的連接板可開橢圓孔，橢圓孔的長向尺寸不得大于2d0(d0為螺栓孔徑)，并應保證孔邊距的要求。
框架梁的翻樣下料長度同樣不等于設計長度，需考慮焊接收縮變形。焊接收縮變形可用 經(jīng)驗公式 計算 再按實際加工之后校核，確定其翻樣下料的精確長度。
框架梁上下翼緣的連接可采用高強螺栓連接或焊接連接， 目前 大部分采用帶襯板的全熔透焊接連接。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。
腹板則采用高強度螺栓連接，要充分理解設計時采用摩擦型還是承壓型高強螺栓。采用摩擦型高強螺栓的摩擦系數(shù)應選用合理。
采用高強螺栓群連接時，孔位的精度十分重要。目前制孔一般采用模板制孔和多軸數(shù)控鉆孔，前者精度低，后者精度高，應優(yōu)先考慮采用后者。當采用模板制孔時，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。如果孔位局部偏差，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展，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、超高層建筑的樓板和屋蓋具有很大的平面剛度，是豎向鋼柱與剪力墻或筒體的平面抗側力構件，同時使鋼柱與各豎向構件(剪力墻或筒體)起到變形協(xié)調作用。
一般鋼結構建筑物的樓板和屋蓋，都采用軋制的壓型鋼板加現(xiàn)澆鋼筋混凝土(簡稱鋼承混凝土)樓板和屋蓋，厚度一般不小于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梁共同作用。主要是對于板底呈波形的計算原理不甚了解或認為計算繁瑣，就按平板計算，這樣既不安全又增加了鋼梁的用鋼量。
如果采用鋼梁與鋼承混凝土樓板共同作用，簡稱MST組合梁，只要計算正確，配筋合理，栓釘可靠，則可以節(jié)約樓層和屋蓋鋼梁的用鋼量20%左右，而且不需對鋼梁進行穩(wěn)定驗算。
高層建筑結構研究論文范文二：試論高層建筑結構設計
[摘 要]高層建筑的結構設計合理與否，會對整個工程的質量、使用性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筑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筑物結構設計的特點，而后對高層建筑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]高層建筑 結構設計 特點 要求
中圖分類號：TU587 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X(2015)17-0125-01
隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)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。從建筑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。這導致建筑用地的不斷增多，使得當前我國可用耕地面積不斷減少。為了緩解此種情況，我國建筑企業(yè)開始將發(fā)展的目光聚焦于高層建筑物的建設上。也正因為如此，當前我國高層建筑物的數(shù)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筑物供不應求的狀況，但同時我們也必須注意到一個現(xiàn)象：很多高層建筑在使用過程中都出現(xiàn)了這樣或者那樣的問題，嚴重影響了建筑物的使用壽命，不利于建筑行業(yè)的健康發(fā)展。究其原因，這主要是因為部分高層建筑的結構設計不合理。下面，筆者將對高層建筑物的結構設計方面進行相關探討。
1.高層建筑結構設計的特點
與一般建筑物不同，高層建筑物的結構設計工作更為復雜。一旦結構設計不合理，整個建筑物的施工過程及使用都會出現(xiàn)嚴重的問題。因此，工作人員必須從高層建筑建設的實際情況出發(fā)，制定合理的設計方案。下面，筆者將對高層建筑結構設計的主要特點進行一一闡述。
首先，在高層建筑結構設計的過程中，工作人員必須注意結構產生的水平力。一般來說，低層建筑物結構中，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，高層建筑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于超過一定的限度。同時，要保證高層建筑物的外墻等其他的維護材料或者裝飾構件與主體結構之間可靠連接起來，減少不必要的破壞。要根據(jù)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，高層建筑的結構設計應盡可能地減輕房屋的自重。對于那些土層比較軟的施工地點，由于其自振周期長，盡管增加建筑物的層數(shù)可以減小地震剪力，提高整個建筑物的性能，但高建筑也是自振周期長，容易引起共振對抗震不利，因此應確定合理的層數(shù)。另外，某些高層建筑會設有抗震設防的結構。工作人員在進行高層建筑結構設計時，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(fā)現(xiàn)某一地段發(fā)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(xiàn)代高層建筑結構設計的注意事項
結合自己多年的工作經(jīng)驗，筆者分析了現(xiàn)代高層建筑結構設計的要求，并總結出以下幾個方面的注意事項。
2.1 充分考察高層建筑的受力情況，選擇合理的結構類型
高層建筑物結構類型的選擇，主要是由其結構體系和材料特征所決定的。我們都知道，高層建筑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，豎向荷載的方向并不發(fā)生變化，但隨著建筑物高度的不斷增加，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。高層建筑結構作用力主要分為兩種：直接作用力和間接作用力。前者主要指高層建筑物結構上所承載的各種集中力和分布力，包括建筑物及機器設備的自重等;后者則是指引起高層建筑結構發(fā)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，會受到建筑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，會導致高層建筑的整個結構構件發(fā)生變形等。而同時，高層建筑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(fā)揮高層建筑物的優(yōu)良性能，延長其使用壽命。
2.2 選擇合理的結構平面布置 .協(xié)調好建筑與結構的關系
建筑物的結構平面布置必須符合以下原則：獨立結構的建筑物單元，形狀最好簡單規(guī)則，而剛度和承載力分布要均勻，絕對不要采用不規(guī)則的平面布置方式。也就是說，平面應盡可能規(guī)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，剪力墻結構45米左右最為合適。同時，最好使用標準層，同意布置柱網(wǎng)和層高。
2.3 做好高層建筑物的結構布局
現(xiàn)代社會，經(jīng)濟發(fā)展水平的迅速增長，使人們的思想觀念、意識等都發(fā)生了較大的變化，審美觀等方面也發(fā)生了較大的變化。高層建筑物在進行結構布局時，必須從現(xiàn)代人的生活理念出發(fā)，合理設置建筑物的結構。眾所周知，高層建筑物垂直方向的承載力較大。因此，在進行結構設計時，工作人員要重視建筑物地基受力結構的穩(wěn)定性，平衡不同地點之間的受力關系。
2.4 高層建筑物結構設計必須經(jīng)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(jīng)濟性，保證建設單位的經(jīng)濟效益。例如，合理設置結構的跨度，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，井字梁的使用要優(yōu)于十字梁，而十字梁的使用比沒有梁更好。同時，在保證建筑物穩(wěn)定性的前提下，高層建筑基坑的深度不應過大，但要超過冰凍深度。
除此之外，高層建筑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(qū)，工作人員應該合理設置建筑物結構，避免或者減少地震作用對高層建筑的不利影響。首先，建筑單位要合理設計抗震縫，調整平面形狀和結構布置。但必須注意，如果建筑平面較為復雜，而形狀結構等都難以調整時，要盡量將抗震縫劃分成幾個較為簡單的結構。高層建筑的高度一般大于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?？傊?，工作人員要根據(jù)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進程的不斷推進，我國的城市化進程的速度也在不斷加快，同時為了進一步緩和耕地不足與建筑物供不應求之間的矛盾，高層建筑物的數(shù)量越來越多。與普通建筑物相比，高層建筑物的結構設計有其獨特性。同時，任何建筑物的結構設計工作合理與否，會對整個建筑物的外觀以及穩(wěn)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筑的用途和基本功能，而后做好合理的設計工作。相信未來，在我國高層建筑物數(shù)量不斷增長的同時，質量也能獲得較大的提高，我國建筑行業(yè)能夠朝著更加健康的方向發(fā)展。
參考文獻
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