超高层建筑论文

高层建筑结构特点、现状及发展趋势摘要：高层建筑是社会生产的需要和人类生活需求的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。而科学技术的发展，高强轻质材料的出现以及机械化、电气化在建筑中的实现等，为高层建筑的发展提供了技术条件和物质基础。简要论述了高层建筑结构的特点、现状及今后的发展趋势。关键词：高层建筑结构；特点；现状；趋势前言超过一定层数或高度的建筑称为高层建筑。高层建筑的起点高度或层数，各国规定不一,且多无绝对、严格的标准。它与各个国家和地区的地理环境、地震强度、建筑材料、建筑技术、电梯的设置标准以及防火的特殊要求等很多因素有关。如在美国，ｍ 或7 层以上视为高层建筑；日本则为31ｍ 或8 层以上；英国为等于或大于ｍ；在我国一般8 层以上的房屋就需要设置电梯，对10 层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范，因此我国的《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-９５） 将10 层及10 层以上的住宅建筑与高度超过24ｍ 的公共建筑和综合性建筑称为高层建筑。从结构受力性态的角度来看,8 层以上的房屋,风和地震等水平荷载或作用显得越来越重要，甚至起控制作用，因此《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）将10 层及10 层以上或高层超过28m 的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑结构高度超过100m 时，称为超高层建筑。1 高层建筑的特点建筑结构需同时承受水平和竖向的荷载或作用。低层建筑结构通常抵抗竖向荷载为主，水平荷载（如风荷载）或作用（如地震作用）的影响较小，它所产生的内力和位移较小，一般可以忽略。因此在低层建筑结构中，竖向荷载往往就是设计的控制因素。但在高层建筑结构中，较大的建筑高度造成了完全不同的受力情况，水平荷载不仅是主要荷载的一种，跟竖向荷载共同起作用，而且往往还成为设计中的控制因素。因此，在水平荷载作用下，若高层建筑结构的抵抗侧向变形能力或侧向刚度不足，将会产生过大的侧向变形，不仅使人产生不舒服的感觉，而且会使结构在竖向荷载作用下产生附加内力，会使填充墙、建筑装修和电梯轨道等服务设施出现裂缝、变形，甚至会导致结构性的损伤或裂缝，从而危及结构的正常使用和耐久性。因此设计高层建筑结构时，不仅要求结构有足够的强度，而且要求结构有合理的刚度，使水平荷载所产生的侧向变形限制在规定的范围内。同时，有抗震设防要求的高层建筑还应具有良好的抗震性能，使结构在可能的强震作用下当构件进入屈服阶段后，仍具有良好的塑性变形能力，即具有良好的延性性能。除了上述的结构受力特点之外，高层建筑还具有建筑功用上的特点。人们常说建筑是凝固的音乐，优美的高层建筑犹如艺术品，成为城市的一道道绚丽景观；建筑同时是时代跳动的脉搏，高层建筑占地面积小，符合了地价昂贵时代的需求，它可以节约建设用地或获得更多的空闲地面，以作为绿化等环境用地，并因向高空方向发展而缩短了城市道路和各种管线（如给排水管线等）的长度，减少了基础设施的投资。当然，大量高层建筑的建设，也会给城市带来不利的影响，如人口会密集化而造成交通拥挤问题；城市局部热场发生不利的变化以及地质的沉陷、消防的复杂化等问题。综合高层建筑的上述受力特点可知，与低层结构不同，高层建筑结构在强度、刚度和延性三方面要满足更多的设计要求。抗侧力结构的设计成为高层建筑结构设计的关键。2 高层建筑的发展概况随着工业化、商业化、城市化的进程，城市人口剧增，造成城市生产和生活用房紧张，地价昂贵，迫使建筑物向高空发展，由多层发展为高层。19 世纪末期，开始出现了现代形式的钢框架和钢筋混凝土框架结构的高层建筑。1898 年修建的secodRandMeNa119 层大楼（美国，芝加哥），是世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，为世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，为1903 年修建的位于美国Cincinnati 的InallaBuildin和法国巴黎Franklin 公寓。所以，现代形式的高层建筑，只有117 年的历史。到了20 世纪50 年代以后，由于轻质高强材料研制成功，抗风、抗震结构体系的发展，新的设计计算理论的创立，电子计算机在设计中的应用，以及新的施工技术和机械不断涌现，为大规模地、较经济地建造高层建筑提供了充分的条件，使高层建筑得到迅速发展。在钢筋混凝土结构方面，其结构体系的发展历程也类似于钢结构的结构体系，由最初的框架结构（1903 年，glnallsBuildin ） 逐渐发展出框架剪力墙结构或框架简体结构和巨型结构等结构体系，使得混凝土结构的建造高度越来越高。钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好等优点，钢结构的构件可在工厂加工和制作，施工速度快，工期短。钢是建造高层建筑结构比较理想的材料，但是全钢结构用钢量大，造价高，耐火性能差，需用昂贵的防火涂料。而钢筋混凝土结构具有节省钢材、造价低、材料来源丰富、可模性好等优点，且承载力也不低，经过合理设计也可获得较好的抗震性能。因此，只有在发达国家，大多数的高层建筑才采用钢结构形式，而在发展中国家，绝大部分的高层建筑采用钢筋混凝土材料建造，且由于高性能混凝土的发展和施工技术的进步，钢筋混凝土结构仍是今后高层建筑的主要结构形式。特别是近年来，由于钢筋混凝土结构的优点，发达国家采用钢筋混凝土材料建造的高层建筑的数量也在日益增多。当然，钢筋混凝土结构的构件断面尺寸大，减少了建筑使用面积；自重大，致使基础造价增高，抗震性能也不如钢结构。因此为充分发挥钢材和混凝土这两种材料的特点，更为合理的结构形式是同时采用钢和钢筋混凝土材料的混合结构或组合结构。该结构形式经合理设计，可取得经济合理、技术性能优良的效果，近年来已成为研究的热点和发展的方向。3 高层建筑结构的发展趋势高层建筑的发展，充分显示了科学技术的力量，使建筑师从过去强调艺术效果转向重视建筑特有功能与技术因素。未来的高层建筑将朝着技术功能先进和艺术完美相结合的方向发展。 新材料、超强材料的开发和应用在高层建筑结构的技术问题中，首先要解决的是材料问题。现在混凝土的强度等级已经达到Ｃ100 以上。高强度和良好韧性的混凝土有利于减小结构构件的尺寸，减轻结构的自重，改善结构抗震性能。同时，为了达到轻质高强的目的，必须在高层建筑结构中，发展轻骨料混凝土、轻混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、侧限（约束）混凝土和预应力混凝土。高性能混凝土的开发和应用，将继续受到人们的重视，也必将给高层建筑结构带来重大和深远的影响。从强度和塑性方面考虑，钢是高层建筑结构的理想材料，增进或改善钢材的强度、塑性和可焊性性能的工作人们从未停止过。特别是对新型耐火耐候钢的研发，具有重要意义，可使钢材减小或抛弃对防火材料的依赖，提高建筑用钢的竞争力。复合材料用于制作高层建筑部分构件正在开发和实践中。 混合结构在高层建筑结构中广泛应用如前所述，经合理设计的混合结构可取得经济合理、技术性能（如抗震性能）优良的效果，且易满足高层建筑的侧向刚度的需求，可建造比钢筋混凝土结构更高的建筑，因此在较高的建筑中，混合结构往往仍是合理、可行的结构方案，今后建造混合结构的比率将会越来越大。 新的设计概念、新的结构形式的应用现代建筑功能趋于多样性，建筑的体形和结构体系趋向复杂多变，趋向立体化，应运而生新的设计概念和结构技术的深化，采用新的结构体系，如巨型结构体系，蒙皮结构，带加强层的结构，建筑立面设置大洞口以减小风力，采用结构控制技术设置抗震机构等。 高层建筑结构的高度出现新的突破进入20 世纪90 年代后，高层建筑迅猛发展，在数量、质量及高度上都有了大飞跃，高层建筑中的科技含量越来越高。参考文献[1]常跃峰,赵文忠.高层建筑结构用钢板的开发与生产[A].1999 中国钢铁年会论文集（下） [C].1999.

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1高层建筑结构抗震设计的主要要点由于地震的不可预知性，高层建筑结构在设计过程中很难准确地预测建筑物所遭遇的地震特性和基本参数，只靠计算很难使高层建筑结构具备良好的抗震性能，这就要求每个结构工程师必须重视建筑结构的抗震概念设计。因此，高层建筑结构在抗震设计中，应注意以下几点:1)建筑结构的平面布置。建筑结构的平面布置是影响结构抗震的重要因素，合理的建筑平面布置对建筑结构设计是至关重要的。大量地震灾害表明，平面布置简单、对称规则、质量和刚度分布比较均匀并且具有明确传力途径的建筑结构在地震时不容易发生破坏。规则结构能较为准确地预估结构的作用效应和地震时的反应，较容易采取有效的抗震措施及相应的结构措施来加强其抗震性能。相反，平面布置复杂、不对称且不规则的结构，其地震作用效应很难估计的。因此，高层建筑结构中规范规定，宜采用规则结构，不应采用严重不规则的结构。2)建筑结构的体系选择。高层建筑结构设计中，就优先采用具有多道防线的结构体系。例如:框架—剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构。这三种结构可以作为地震区高层建筑的首选体系。当建筑物高度不高且层数不多时，可采用框架结构。但当建筑物位于地震区，且高度均较高时，应避免采用框架结构、板柱剪力墙结构。因为，地震具有强破性且持续时间很长，往复次数较多，能够对建筑物造成累积破坏。单一的结构体系在遭遇地震时，一旦发生破坏，很容易造成房屋倒塌，危及人们的生命及财产的安全。当结构体系具有多道防线时，当遭遇地震时，第一道防线遭破坏后，后续的防线仍然能抵抗地震的冲击力，可以最低限度的防止建筑物的倒塌，给人们以充分的时间进行逃生，保证人民的生命安全。因此，高层建筑结构抗震设计中的多道防线是进行抗震设计时所必须设置的。3)结构薄弱层。当建筑结构的侧向刚度分布不均匀、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变时，容易产生薄弱层。薄弱层在地震中是最先遭受破坏的部位。因此，对有明显薄弱层的结构，应采用相应的抗震构造措施来提高其抗震能力。结构构件的实际承载能力是判断薄弱层部位的基础，有意识、有目的地控制薄弱层部位，让它有足够的变形能力，而且不使薄弱层发生转移是提高结构抗震性能的重要手段。2高层建筑抗震设计常见问题1)高层建筑结构的地基问题。高层建筑结构在设计阶段，应有完善的岩土工程勘察报告，为结构工程提供基本的设计依据。建筑结构场地应选择在有较稳定的基岩、开阔、平坦、土层坚硬或较密实的有利地段，不应建造在容易发生滑坡、地陷、崩塌和泥石流等不利地段及抗震的危险地段，有利地段的建造对建筑物的抗震是十分有利的。有时由于建设单位工期要求，在确定方案后设计人员就直接进入了施工图设计阶段，从而忽略了岩土工程勘察资料和场地的选择，从而给后续工作带来不必要的麻烦。2)高层建筑结构平面布置问题。高层建筑为了追求外立面效果的美观而设计成平面不规则、不对称且有较大凹进或较大开洞的结构，这种结构对抗震十分不利。因此，在建筑方案正式确定前，结构工程师就应对建筑平面布置、体型方面的内容提出自己的见解，及时和建筑师进行沟通，尽量选用平面、竖向规则对称、质量和刚度、承载力均匀的平面布置，这对抗震十分有利。3)高层建筑结构的高度问题。如今的高层建筑结构的高度越来越高，甚至出现了很多超高层的高层建筑，这就对结构工程师的专业知识提出了更高的要求。不同的高度对应不同的结构体系，规范上有明确规定。一旦结构超过了规范规定的限制高度，就应通过专门的审查、论证进行更严格的计算分析和研究。4)高层建筑抗震设防等级的选取问题。抗震等级是结构抗震设计的重要依据，抗震等级选取不当将给建筑物的安全带来许多隐患，对工程造价也会带来不必要的浪费。抗震等级根据房屋的场地类别、抗震设防烈度、建筑高度、结构类型等因素综合评定。每个结构工程师应当熟练掌握结构的抗震概念设计和规范知识，做到该提高的应当提高其抗震等级，该降低则应适当降低。5)计算软件的合理应用。高层建筑结构抗震设计时，应该应用正规的结构设计软件进行设计，软件中的各个参数指标能够正确反映建筑物的特征。结构工程师能正确分析结构软件所计算的结果，并做出正确的判断。但有时计算机设计会给结构工程师带来一种错觉，有的结构工程师往往过分依赖计算结果，而减少了结构的概念学习。一旦选择了错误的计算参数，就会导致结构设计出现问题，对结构的安全和经济方面造成影响。因此，结构工程师应加强自身的业务学习和抗震概念设计的理解，做到熟练掌握相关的结构概念设计，并且根据自身的专业知识配合计算结果选择最佳的结构设计方案。在现代化进程高速发展的今天，高层建筑的发展也突飞猛进。建筑造型独特新颖的建筑，规模和高度也在不断增加。随着建筑业的进一步发展，满足高层建筑的材料、形式、整体力学模型都将趋于复杂和多元化，这就要求每个结构工程师要有过硬的专业知识、清晰的概念分析和熟练掌握处理问题的能力，不断的探索和研究，为我国建筑业的发展贡献自己的力量。以上抗震设计与高层建筑论文由中达咨询搜集整理更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：