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(duì)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(shuō)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(lái)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?cè)谂实侵槟吕尸敺宓臅r(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(huì)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(duì)生活的條件也期待能夠有進(jìn)一步的改善。對(duì)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(wú)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(lái)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(duì)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(duì)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?cè)诮ㄔ旄邔咏ㄖ臅r(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(duì)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(guó)“9.11”事件，2011年9月11日，恐怖份子襲擊了年僅“28歲”的美國(guó)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(shuō)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(guó)世貿(mào)大廈才會(huì)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?，這個(gè)缺點(diǎn)也是我們必須面對(duì)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(lái)源也比較豐富，尤其對(duì)建筑高層建筑而言來(lái)說(shuō)，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(duì)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(duì)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(duì)來(lái)說(shuō)則會(huì)比較長(zhǎng)，而且由于施工人員技術(shù)以及施工現(xiàn)場(chǎng)管理、人員素質(zhì)等多方面的原因可能會(huì)導(dǎo)致我們整個(gè)施工過(guò)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(lái)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(shì)，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(lái)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(duì)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(guó)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(guó)，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(lái)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(guó)上海的金茂大廈以及美國(guó)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(yǔ)
隨著建筑師們對(duì)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(guò)去的經(jīng)驗(yàn)，加大對(duì)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(huì)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(shí)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(guò)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(duì)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(guò)程;注意事項(xiàng)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)而言之就是用結(jié)構(gòu)語(yǔ)言來(lái)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(lái)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(jiǎn)潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。
一、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)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(chǎng)地的類別及建筑的高度和層數(shù)來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(cè)上推薦的試算方法來(lái)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(lái)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(yáng)角問題
(1) 陽(yáng)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(yáng)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(lái)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(zhǎng)布置時(shí)，不會(huì)因邊跨鋼筋而加大整個(gè)底板的通長(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)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(jiǎn)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(zhǎng)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(tái)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(duì)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(chǔ)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(duì)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(chǔ)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(wú)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(duì)。規(guī)范說(shuō)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(shuō)，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(shì)的發(fā)展，人們對(duì)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(lái)獲得最大的效用。其中由美國(guó)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(lái)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(shì)，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(duì)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(yíng)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在工作中應(yīng)事無(wú)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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