超高層優(yōu)質(zhì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意關(guān)鍵事項(xiàng)

1、 TOC o 1-5 h z 一、 超高層建筑與一般高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)日勺差別2二、構(gòu)造設(shè)計(jì)特點(diǎn)32.1重力荷載迅速增大42.2控制建筑物勺水平位移成為重要矛盾錯(cuò)誤!未定義書簽。2.2.1風(fēng)作用效應(yīng)加大42.2.2地震作用效應(yīng)加大52.3 P效應(yīng)成為不可忽視勺問題42.4豎向構(gòu)件產(chǎn)生勺縮短變形差對構(gòu)造內(nèi)力勺影響增大52.5傾覆力矩增大。整體穩(wěn)定性規(guī)定提高52.6防火、防災(zāi)勺重要性凸現(xiàn)52.7建筑物勺重要性級別提高62.8控制風(fēng)振加速度符合人體舒服度規(guī)定62.9圍護(hù)構(gòu)造必須進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)6三、構(gòu)造設(shè)計(jì)措施63.1減輕自重減小地震作用73.2減少風(fēng)作用水平力73.2.1減小迎風(fēng)面積73.2.2減少風(fēng)力

2、形心83.2.3選用體型系數(shù)較小勺建筑平面形狀73.3減少振動(dòng)。耗散輸入能量73. 4加強(qiáng)抗震措施73.4.1選用規(guī)則構(gòu)造使建筑物具有明確勺計(jì)算簡圖83.4.2采用多種權(quán)威程序（如SATWE、TAT、SAP等）進(jìn)行計(jì)算比較83.4.3進(jìn)行小模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，獲取有關(guān)風(fēng)載作用參數(shù)93.4.4采用智能化設(shè)計(jì)，提高構(gòu)造日勺可控性93.4.5 提高節(jié)點(diǎn)連接勺可靠度93.5超高建筑構(gòu)造類型中勺混合構(gòu)造設(shè)計(jì)103.5. 1混合構(gòu)造勺構(gòu)造類型93.5.2型鋼混凝土和圓鋼管混凝土柱鋼骨含鋼率勺控制11四、高層建筑構(gòu)造方案選擇勺重要考慮因素114.1抗震設(shè)防烈度是超高層構(gòu)造體系選用首要考慮因素之一114.2超高層建

3、筑方案，應(yīng)受到構(gòu)造方案勺制約124.3超高層建筑構(gòu)造體系中構(gòu)造類型勺選擇134.3.1擬建場地勺巖土工程地質(zhì)條件勺影響134.3.2抗震性能目勺勺影響134.3.3采用合理勺構(gòu)造類型，應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)上勺合理性144.3.4施工勺合理性勺影響15五、有關(guān)構(gòu)造勺抗側(cè)剛度問題16六超高層建筑構(gòu)造勺基本設(shè)計(jì)176.1天然地基基本176.2樁基本設(shè)計(jì)18超高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)、超高層建筑與一般高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)勺差別1、從房屋高度上，超高層建筑勺房屋高度在100m以上直至有幾 百米甚至上千米勺設(shè)想，而一般高層建筑勺房屋高度則是在100m 如下。2、超高層建筑由于消防勺規(guī)定，須設(shè)立避難層，以保證遇到火 災(zāi)時(shí)

4、人員疏散的安全。由于機(jī)電設(shè)備使用的規(guī)定，還需要設(shè)立設(shè) 備層。一般超高層建筑是兩者兼而使用，而對于更高的多功能使 用的超高層建筑，它不只每15層設(shè)一種避難層兼設(shè)備層即可，還 需要設(shè)有機(jī)電設(shè)備層。對于這些安放有設(shè)備的樓層設(shè)計(jì)除考慮實(shí) 際的荷載之外，更需考慮設(shè)備的振動(dòng)對相鄰樓層使用的影響。同 步，這些樓層的構(gòu)造設(shè)計(jì)，為提高構(gòu)造的整體剛度，可用來設(shè)立 構(gòu)造加強(qiáng)層。這與一般高層建筑設(shè)計(jì)是不相似的。3、超高層建筑的構(gòu)造類型選擇上相對要廣，除鋼筋混凝土構(gòu)造 外，尚有全鋼構(gòu)造和混合構(gòu)造。而一般高層建筑構(gòu)造除了特殊條 件需要者外，多為鋼筋混凝土構(gòu)造。4、超高層建筑的平面形狀多為方形或近似，對于矩形平面其長 寬比

5、也是在2以內(nèi)，特別抗震設(shè)防的高烈度地區(qū)更應(yīng)采用規(guī)則對 稱平面。否則，在地震作用時(shí)由于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大，易受到損壞。而 一般高層建筑平面形狀選擇余地要大。5、超高層建筑的基本形式除等厚板筏基和箱基外，由于平面為 框架.核心筒或筒中筒，基本沒有一般高層建筑中所采用的梁板 筏基。同步，由于基底壓力大規(guī)定地基承載力很高，除了基巖埋 藏較淺可選擇天然地基外，一般均采用樁基。此外，超高層建筑 基本不采用復(fù)合地基，而一般高層建筑則有采用。6、房屋高度超過150m的超高層建筑構(gòu)造應(yīng)具有良好的使用條件， 滿足風(fēng)荷作用下舒服度規(guī)定，構(gòu)造頂點(diǎn)最大加速度的控制滿足有 關(guān)規(guī)定規(guī)定，而高層建筑設(shè)計(jì)不需要考慮。7、超高層建筑構(gòu)造

6、設(shè)計(jì)一般都需要進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。高 層建筑混凝土構(gòu)造技術(shù)規(guī)程、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中的B級高 度房屋就規(guī)定需要進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查，尚有超過高規(guī)中 第ll章混合構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)定的房屋高度也需要進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng) 審查。即算是采用全鋼構(gòu)造，超過抗規(guī)）第8章規(guī)定的房屋 高度時(shí)，同樣需要進(jìn)行抗設(shè)防專項(xiàng)審查。這是由于超過既有規(guī)范 規(guī)定房屋高度，還沒有這樣的工程經(jīng)驗(yàn)，只有通過國內(nèi)專家的評 估和論證，必要時(shí)還須進(jìn)行振動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)，才干保證工程的安全。 而一般高層建筑的房屋高度多在規(guī)范容許高度范疇并已有大量 的科研成果和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，除非是特別不規(guī)則構(gòu)造，是不需要 進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查的。二、構(gòu)造設(shè)計(jì)特點(diǎn)2.1重力

7、荷載迅速增大隨著建筑物高度的不斷增長重力荷載呈直線上升，作用在豎 向構(gòu)件柱、墻上的軸壓力增長，對基本承載力的規(guī)定也更加提高。 2.2控制建筑物的水平位移成為重要矛盾2.2.1風(fēng)作用效應(yīng)加大風(fēng)是引起構(gòu)造水平位移的重要因素，決定風(fēng)載原則值 （w =8w ）大小的各參數(shù)隨著建筑物高度的增長發(fā)生如下變K Z S Z O化：L只與建筑物的平面形狀有關(guān)，基本不變；8 Z變化不大（總 趨勢隨高度增長會減小，但變化幅度不大）；w取值較一般構(gòu)造O增大許多（超高層建筑屬于特別重要的構(gòu)造，對風(fēng)作用相稱敏感， 應(yīng)按n=1,甚至n=2的重現(xiàn)期采用）；z在梯度風(fēng)高度范疇內(nèi)呈上 升趨勢（以地面粗糙限度C類為例，建筑物高度從

8、100m增長到 400m，拋增大概1.84倍，因此，作用在建筑物上的風(fēng)載沿高度 方向呈倒三角形狀或拋物線狀。建筑物越高，風(fēng)合力就越大，合 力作用點(diǎn)位置就越高，對建筑物產(chǎn)生的作用效應(yīng)（如建筑物底部 總剪力、總彎矩、樓層層間位移角、頂層最大水平位移值等）也 越大。2.2.2地震作用效應(yīng)加大多遇地震下對建筑物進(jìn)行彈性分析計(jì)算時(shí)，建筑物高度的增 長使構(gòu)造自重增長、重心位置提高，地震作用產(chǎn)生的水平剪 力和豎向力增大、作用位置提高，整個(gè)構(gòu)造內(nèi)力增長；在罕遇地 震作用下將導(dǎo)致單薄部位的加速破壞。2.3 P效應(yīng)成為不可忽視的問題超高層建筑高寬比較大，側(cè)向剛度相對較弱，水平位移量大， 重力與水平位移所產(chǎn)生的附加

9、彎矩常常不小于初始彎矩的10%， 必須考慮重力二階?效應(yīng)。2.4豎向構(gòu)件產(chǎn)生的縮短變形差對構(gòu)造內(nèi)力的影響增大豎向構(gòu)件的總壓縮量重要由受力變形、干縮變形和徐變變形 三部分構(gòu)成，對于全鋼構(gòu)造僅需考慮受力變形產(chǎn)生的縮短影響， 對于鋼混構(gòu)造、鋼組合構(gòu)造、混凝土構(gòu)造必須考慮干縮縮短和徐 變縮短的影響。一般受力變形瞬時(shí)完畢，其變形量可用胡克定律 作近似計(jì)算；干縮變形完畢的時(shí)間較長，據(jù)資料記錄約為總壓縮量的30%；徐變變形完畢的時(shí)間更長，線性徐變可由公式簡樸計(jì) 算；構(gòu)件的總壓縮量隨著構(gòu)件的高度H、平均壓應(yīng)力-二N/A的 增長而加大。超高層建筑的豎向構(gòu)件不僅H和。較大，并且構(gòu)件之間的壓 應(yīng)力差也較大，因此設(shè)計(jì)

10、中除了通過控制軸壓比使豎向構(gòu)件之間 的壓應(yīng)力較接近外，對鋼筋混凝土構(gòu)造采用逐漸將各層柱頂找平 后再進(jìn)行下一道工序的施工措施來減小變形差；對鋼構(gòu)造采用 預(yù)留柱、墻壓縮量的措施來減小變形差；總體構(gòu)造分析時(shí)采用模 擬施工措施，減小變形差對內(nèi)力計(jì)算的影響。2.5傾覆力矩增大，整體穩(wěn)定性規(guī)定提高建筑物高度的增長使得側(cè)向力引起的傾覆力矩增大，抗傾覆規(guī)定 提高。實(shí)際工程中常常采用增長基本埋深、加大基本寬度或采用 抗拔樁基等措施來滿足整體穩(wěn)定性規(guī)定。2.6防火、防災(zāi)的重要性凸現(xiàn)超高層建筑多采用鋼混構(gòu)造和鋼構(gòu)造，而鋼材耐熱不耐火的特性 更易加重某些次生災(zāi)害的發(fā)生，例如美國世貿(mào)中心的倒塌。一般 緊急狀況下高樓所需

11、要的疏散時(shí)間較長，從頂層飛機(jī)救援的行動(dòng) 也常會受到各方面因素的制約，使得實(shí)行比較困難，因此防火、 防災(zāi)的設(shè)計(jì)更為重要，目前有關(guān)防災(zāi)方面的具體規(guī)定國內(nèi)還沒有 相應(yīng)的規(guī)程可循。2.7建筑物的重要性級別提高超高層建筑常作為本地的標(biāo)志性建筑，資金投人大，在政治、經(jīng)濟(jì)、文化中所起的作用重大，破壞影響較大、波及范疇較廣，不 管其建筑類別均屬于重要建筑，因此構(gòu)造設(shè)計(jì)的可靠度要提高， 一般狀況下重要性系數(shù)取1.1，特殊狀況下也可取1.2。2.8控制風(fēng)振加速度符合人體舒服度規(guī)定超高層建筑風(fēng)振作用效應(yīng)明顯，風(fēng)作用下的頂層加速度直接影響 到室內(nèi)人體的舒服度，實(shí)現(xiàn)良好的使用條件規(guī)定必須控制頂層的 最大加速度滿足規(guī)程2

12、的限值，同步還要控制由風(fēng)振引起的扭 轉(zhuǎn)加速度，一般不適宜超過0.001 rad / s2。2.9圍護(hù)構(gòu)造必須進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)建筑物高度的增長使得垂直于圍護(hù)構(gòu)造表面上的風(fēng)載原則值也 迅速增大，因此必須對圍護(hù)構(gòu)造進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)。如采用玻璃幕墻 圍護(hù)，則其風(fēng)載更大（w。取值時(shí)，將10min平均風(fēng)速轉(zhuǎn)換為3s陣 風(fēng)風(fēng)速計(jì)算，須采用構(gòu)造玻璃滿足強(qiáng)度規(guī)定，鋁合金龍骨滿足變 形規(guī)定。三、構(gòu)造設(shè)計(jì)措施3.1減輕自重。減小地震作用采用高強(qiáng)輕質(zhì)材料（如全鋼構(gòu)造、幕墻圍護(hù)、輕質(zhì)隔斷等），減輕 構(gòu)造自重，減小地震作用。3.2減少風(fēng)作用水平力3.2.1減小迎風(fēng)面積正方形平面形式，橫向迎風(fēng)面最??；如計(jì)算對角線方向的迎風(fēng)面 寬，

13、則圓形平面最??；在立面上合適位置開洞泄風(fēng)（如上海環(huán)球 金融中心大廈圍)，風(fēng)力減少更直接。3.2.2減少風(fēng)力形心采用下大上小的立面體型，既減小高風(fēng)壓在高處的迎風(fēng)面積，又 減少風(fēng)作用重心，使建筑物底部的傾覆總彎矩減小。同步下大上 小的立面體型對建筑底部來說增大了抵御矩，提高了穩(wěn)定性，如 巴黎的埃菲爾鐵塔。3.2.3選用體型系數(shù)較小的建筑平面形狀體型系數(shù)從小到大可選用下列平面順序：圓形平面正多邊形平 面f正方形平面，采用流線光滑的外形，避免凹凸多變的建筑形 式，減小整體和局部風(fēng)壓的體型系數(shù)。3.3減少振動(dòng)。耗散輸入能量采用阻尼裝置或加大阻尼比，減少振動(dòng)影響，如臺北國際金 融中心大廈。選用耗能、減振的

14、構(gòu)造體系，如采用偏心支撐的鋼 構(gòu)造具有耗能的水平段，采用橡膠支座可以減振等。3. 4加強(qiáng)抗震措施3.4.1選用規(guī)則構(gòu)造使建筑物具有明確的計(jì)算簡圖，合理的地震作用傳遞途徑同。如采用圓形、正多邊形、正方形等 平面形狀，可以使整體構(gòu)造具有多向同性，避免強(qiáng)弱軸的抗力不 同和變形差別。功能復(fù)雜的建筑常常是多種構(gòu)造體系的綜合，具 體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下問題。構(gòu)造平面形狀盡量對稱。由于地震作用的方向具有隨機(jī)性， 風(fēng)作用雖有主導(dǎo)方向，但最大值也具有隨機(jī)性，因此選用品有對 稱性、多向同性布置的抗側(cè)力構(gòu)造體系，有助于形心和剛心的重 疊。豎向構(gòu)件盡量持續(xù)，避免抗側(cè)力構(gòu)件的間斷，從而形成單薄 層、單薄部位，對抗震不利。設(shè)

15、立多道抗震防線，滿足“大震不倒”的抗震設(shè)防規(guī)定。增長超靜定次數(shù)，增長重要構(gòu)件的傳力線路，提高構(gòu)造的抗 震能力。贅余度的增多，可以使構(gòu)造有更多的部位有機(jī)會形成塑 性鉸，吸取更多的地震能量。在滿足強(qiáng)度、剛度規(guī)定的前提下，選擇具有較好延性的構(gòu)造 材料，增長總體變形能力，增長構(gòu)造耗能。建立整體屈服機(jī)制，避免失穩(wěn)破壞，并做到強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪 弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)埋件弱連接設(shè)計(jì)；對容易失穩(wěn)的構(gòu)造， 做到強(qiáng)支撐；對受彎構(gòu)件，做到強(qiáng)壓弱拉等。3.4.2采用多種權(quán)威程序(如SATWE、TAT、SAP等)進(jìn)行計(jì)算比較， 通過動(dòng)力時(shí)程分析，驗(yàn)證單薄部位；對重要構(gòu)件補(bǔ)充有限元分析 計(jì)算，從而使計(jì)算的結(jié)論更為完整，成果

16、更為可靠。3.4.3進(jìn)行小模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，獲取有關(guān)風(fēng)載作用參數(shù)；通過振動(dòng)臺實(shí)驗(yàn)，獲取有關(guān)地震作用參數(shù)。3.4.4采用智能化設(shè)計(jì)，提高構(gòu)造的可控性。應(yīng)用傳感器、質(zhì)量 驅(qū)動(dòng)裝置、可調(diào)剛度體系等和計(jì)算機(jī)共同構(gòu)成積極控制體系，提 供可變側(cè)向剛度，控制構(gòu)造的地震反映等。3.4.5提高節(jié)點(diǎn)連接的可靠度，如鋼構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的焊接解決，鋼混 構(gòu)造中型鋼、鋼板與混凝土的連接等。3.5超高建筑構(gòu)造類型中的混合構(gòu)造設(shè)計(jì)3.5. 1混合構(gòu)造的構(gòu)造類型鋼框架.鋼筋混凝上核心筒(內(nèi)外框梁為鋼梁)；型鋼混凝土框架.鋼筋混凝土核心筒(內(nèi)外框梁為鋼梁或型鋼 混凝上梁)；圓鋼管(矩型鋼管)混凝土框架.鋼筋混凝土核心筒；上述三種混合構(gòu)造類型，在超高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)中均有采 用。從已建的工程來看，是后兩種居多。從既有國家有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī) 程的規(guī)定，上述三種構(gòu)造類型的房屋合用高度，當(dāng)外框?yàn)殇摽蚣?時(shí)低于后兩種，這重要是鋼框架的剛度要低于后兩種；當(dāng)外框?yàn)?框筒時(shí)，三種構(gòu)造類型的房屋合用高度基本相似。這三種構(gòu)造類 型從施工上講，重要問題是型鋼混凝土柱的箍筋要穿越型鋼柱的 腹板；特別采用型鋼混凝土梁