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高层建筑结构体系有哪些各有什么特点

2024-12-12 16:17:02

当前,我国高层建筑采用的主要结构体系包括框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。这些结构体系在设计时需重点考虑水平力的影响。在低层和多层建筑中,竖向荷载通常是设计的主要因素,但在高层建筑中,水平荷载如风荷载和地震作用,则起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中引起的轴力和弯矩,与建筑高度成正比;而水平荷载产生的倾覆力矩及其引起的轴力,则与建筑高度的平方成正比。因此,对于一定高度的建筑,竖向荷载是相对稳定的,而水平荷载则受结构动力性影响较大。随着建筑高度的增加,结构侧移成为关键问题。水平荷载下的侧向变形迅速增大,与建筑高度的四次方成正比。设计时不仅需要确保结构有足够的强度,还需具备足够的抗推刚度,以控制侧移。若侧移过大,会导致附加内力增加,竖向构件偏心加剧,极端情况下可能引发房屋倒塌;同时,侧移还可能使居住人员感到不适,导致填充墙或建筑装饰开裂,甚至损坏机电设备和电梯轨道,影响建筑的整体性能。抗震设计要求更高,不仅需考虑正常使用条件下的竖向荷载和风荷载,还需确保结构具有良好的抗震性能,实现小震不坏、大震不倒的目标。减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要,因为这不仅有助于减少基础建设成本,提高经济效益,还能有效降低地震剪力,减少地震作用导致的倾覆力矩,从而减小附加弯矩。在框架和框架-剪力墙体系中,中柱的轴压应力和轴向压缩变形往往大于边柱,当建筑高度显著增加时,这种差异将变得明显。这将导致连续梁中间支座处的负弯矩减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩增大。因此,设计师在进行概念设计时,必须充分考虑这些因素,确保结构的安全性和稳定性。高层建筑的抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。尽管计算设计能提供详细的分析和预测,但实际地震作用的复杂性和不确定性可能导致理论分析与实际情况存在较大差异。因此,在设计过程中,概念设计同样重要,它帮助设计师把握整体结构的安全性和稳定性。