高层建筑施工论文

高层建筑施工论文摘要：随着社会的快速发展，高层建筑已经成为一种主要趋势，在现代城市建设中发挥着非常重要的作用。各国对高层建筑的计算有着不同的规定，针对高层建筑，本文简要介绍了我国高层建筑的结构设计以及高层建筑产生和发展的历史，阐述了我国高层建筑发展的特点，指出了中国高层建筑的发展前景。关键词：高层建筑、发展、结构、展望高层建筑的出现是我国城市化发展必然需求，随着城市规模的不断扩大，城市功能越来越复杂，高层建筑在城市建设中的份额迅速增长。高层建筑结构设计中，如何合理运用结构概念，准确理解规范，把控设计的关键节点，做到安全可靠、经济合理是建筑结构优化设计的手段和目标。一、高层建筑结构定义及优化设计房屋的高度是指建筑物室外地面到屋面或屋面板的高度，不包括电梯房、水箱、框架等高度。在我国，高层建筑的边界规则并不完全统一。根据《高层建筑混凝土结构技术规范》，高层建筑是指10层以上、28m以上的钢筋混凝土民用建筑。根据《高层民用建筑设计》（GB500451995），高层建筑是指10层以上的住宅建筑（包括一楼有商业服务点的住宅）和24m以上的公共建筑。根据使用的结构材料，高层建筑可分为三种类型：钢结构、混凝土结构和钢-混凝土混合结构。钢结构具有强度高、重量轻、抗震性能好、施工速度快等优点。但由于国内钢材供应量大、造价高、施工精度高、防火性能差、舒适性差等原因，钢结构的广泛应用受到限制。混凝土结构具有可塑性强、钢材消耗量小、材料使用方便、施工简单、造价低、维护成本低等优点。随着各种高效抗震墙组合结构的应用，混凝土和钢筋的强度等级不断提高，促进了混凝土结构在超高层建筑施工中的快速响应。混凝土结构的缺点是自重、延性差、施工速度慢、构件占地面积大、占地面积大。钢-混凝土组合结构是指由钢混凝土组合构件和钢筋混凝土构件组成的结构类型。由于钢-混凝土组合构件形式多样，可形成混合结构体系。该结构能有效发挥钢构件的作用。钢-混凝土组合构件和钢筋混凝土构件是它们各自的特点。与钢结构相比，混合结构具有以下优点：结构整体侧刚度明显提高，钢用量减少，成本低，耐火性能好。与混凝土结构相比，混合结构具有占地面积小、占地面积小、施工速度快等优点。1高层建筑结构设计高层和多层建筑在结构设计上不存在本质区别，因二者只有层数和高度上的区别，都需要承受对水平和竖向荷载，理论与计算方法基本相同。对于高层建筑来说，水平与竖向荷载非常大，需要使用更多的轻质高强材料来承担水平和竖向荷载，将建筑材料自重产生不利影响降到最低。因高层建筑楼层较高，如何进行抗侧力设计同时兼顾竖向承载力成为区别于多层建筑结构设计的主要特征。1.1水平荷载设计随着高度的增加，除轴力基本与高度呈正比外，弯矩、位移都呈指数增加，水平荷载与竖向荷载相比成为结构设计的主导因素。因此尽量采用轻质高强材料减小水平及竖向荷载，合理选用及布置抗侧力构件抵抗水平力作用，才能优化结构设计，既降低工程成本又确保安全。1.2抗震设计地震作用对于高层建筑结构的影响非常大，地震区烈度越高，建筑物楼层越高，地震力对结构的作用就越大。所以在结构优化设计中，地震区建筑结构的抗震设计，相对于其他荷载组合，是结构师的主要工作。非地震区可不考虑地震作用但应考虑其他水平荷载作用。1.3侧移指标侧移是高层建筑结构变形的主要方面。随着高度的不断增加，建筑结构的水平荷载逐渐增大，产生的侧移变形越来越大。侧移限值是结构设计中的控制指标，要合理控制侧移符合相关规范要求。1.4轴向变形由于高层建筑层数较多故竖向荷载较大，使得竖向承重构件轴向压缩变形增加，会影响结构构件的剪力及侧移。例如多跨连续梁端支座弯矩增大，跨中弯矩及中间支座弯矩减小，剪力也会相应变化。轴向压缩变形引起的不利影响在结构优化设计时均应考虑。1.5结构延性设计同多层建筑相比，高层建筑的高宽比更大，刚度更小，在地震作用下侧向变形更显著，周期比、位移比、剪重比、刚重比均应符合相关规范要求，确保建筑物具有足够合理的刚度。刚度大则地震作用大，为了更好地消耗地震力需要采取合理的抗震构造措施，使结构进入塑性变形阶段仍具有一定的变形能力，而不至倒塌。即确保结构优化设计时具有足够的延性。2高层建筑结构体系分类2.1按结构材料划分2.1.1钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构是钢筋和混凝土的合体，融合了钢筋与混凝土各自的优势，材料充足、成本低廉，还具有很好的耐火性和耐久性，后期维护成本低，被广泛应用在现今高层建筑工中，用量最大。2.1.2钢结构体系钢结构的优势是强度高、抗震性能好、构件截面小、工厂化程度高、施工方便、建设周期短，适用于大跨度轻载的建筑物。但其劣势也比较明显，材料成本高，防锈、火性能较差，后期维护成本高。近几年随着我国高强钢产量的增加，钢结构在高层建筑中使用越来越多。2.1.3钢-钢筋混凝土混合结构钢-钢筋混凝土混合结构是将钢构件与钢筋混凝土构件组合起来使用，发挥各自优势。通过两者的相互作用，实现大跨度大空间的设计效果。钢-钢筋混凝土混合结构，需要结构构件大跨度小构件截面时采用钢结构，需要抗侧移承及承受竖向重载时，采用钢筋混凝土结构。一般情况下，该结构被应用在30~80层左右的高层建筑中。2.1.4钢-混凝土组合结构钢-混凝土组合结构主要有型钢混凝土结构和钢管混凝土结构两种。型钢混凝土结构是在混凝土中添加型钢劲性配筋；钢管混凝土结构则是在钢管内注入混凝土。钢-混凝土组合结构的优势为截面小承载能力强、抗裂性以及抗震性较好，在施工过程中不需要设置支撑或模板，节省了施工时间。与钢结构相比且具有良好的耐火性能。2.2按结构形式划分2.2.1框架结构框架结构是通过梁、柱组成的结构体系来承受竖向及水平荷载，框架结构布置灵活多样，能够较好的满足建筑功能要求。一般应用于多层或者高度在50m以下的高层建筑中。在设计时，宜布置均匀传力简单明了。框架结构常规以主次梁将楼屋面竖向荷载传导给柱为主。框架柱与框梁连接处形成刚节点共同抵抗水平力。框架结构平面布置适用性强，但抗侧刚度较差，楼层较高时不宜选用。2.2.2剪力墙结构剪力墙结构是将建筑承重墙作为竖向受荷和抗侧力构件的结构体系。剪力墙的间距设置一般为3~8m，所以通常情况下应用在空间要求较小的高层建筑中，如住宅，宾馆等。剪力墙结构的主要材料大多为钢筋混凝土，包括现浇筑剪力墙、预制墙板剪力墙和两者混合剪力墙结构这三种形式。其中现浇筑剪力墙结构的整体性好、抗侧刚度强、竖向承载力大，抗震性能最优。2.2.3框架剪力墙结构框架剪力墙结构是框架和剪力墙发挥各自优势结合在一起而形成的结构，既平面布置灵活又抗侧力好，在高层公共建筑中应用较多。在水平荷载作用下框架是剪切变形，剪力墙是弯曲变形，框架和剪力墙共同发挥作用，来提升结构整体抗侧刚度，楼屋盖是两者协同工作的媒介，水平力通过楼屋盖在两者之间传递转移，故楼屋盖受力较大，往往会产生应力集中。尤其是剪力墙设置不均匀且数量较少时应力集中非常明显。剪力墙应在两个主轴方向均匀设置，使结构的动力特性在两个方向接近。剪力墙与框架承受地震倾覆力矩的比值应符合相关规范的要求。比值不同则选取的计算方法和采取的技术措施都不同。框架剪力墙结构中的剪力墙墙体应设有端柱或翼缘，端柱或翼缘纵筋及箍筋应加强；墙体总高与总长度之比宜控制在8~10，使其以弯曲变形为主。重力荷载代表值作用下的轴压比不宜过大，应与框架柱轴压比匹配，减少竖向荷载作用下的二次应力影响。2.3高层建筑结构体系的新变化高层建筑结构体系的新变化具体可概括为以下几点：2.3.1轻型化高层建筑设计中，选用的材料逐渐向着轻质、高强度方向发展，有效降低建筑物自重。2.3.2巨型化随着建筑高度的提升及建筑功能的日趋复杂化，对建筑超大空间的需求促使巨型化结构体系的出现。如巨型框架结构。2.3.3柱网尧开间扩大化在现今发展中，高层建筑的柱网和开间尺寸正在不断扩大。2.3.4转换层的设置近年来高层建筑较为注重功能的多样化，所以在结构选型中，会结合建筑功能要求选择合适的结构体系以及柱网尺寸，再通过转换层强行将它们联系在一起，形成一栋完整的建筑。2.3.5加强层的设置加强层能够使外住参与到整体抗弯中来，使内筒与外柱更好的协同工作，减小结构侧移，提升整体结构的抗弯刚度。在这些新变化的影响下，设计人员要强化概念设计，不断吸收新的设计理念，善于借鉴成熟经验应用于工程实践当中。新的结构体系缺少规范依据，在做结构选型时一定要充分实验，反复论证，提升设计的安全性。3高层建筑结构体系的选择高层建筑结构体系种类较为繁多，进行结构体系选择时肯定要对比经济性、安全性。既能够提高承载力，造价还增加不多，结构体系的优化就显得尤为重要了。例如增加建筑物的宽度，增加宽度可以直接增大抗倾覆力臂，提高结构刚度，进而减少变形问题的产生。在其他条件不变的情况下，侧移将会按照宽度增加的三次方逐渐减小。结构设计过程中，应细化到每个构件的承载力同时注确保构件之间的连接方式最合理，充分利用材料性能，提升整个结构体系的承载力。例如采用现浇楼屋盖来增加结构体系的整体性，使各种抗侧力构件共同工作成为一个整体。4结构构件的优化4.1混凝土梁超筋情况软件对混凝土梁计算显示超筋信息的情况分为四种：梁弯矩设计值大于梁的极限承载弯矩；一级抗震等级受压区高度与有效高度比值大于0.25，2~4级抗震等级，受压区高度与有效高度比值大于0.35；抗规要求，梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率大于2.5%。混凝土梁斜截面剪力设计值大于抗截面剪要求时。4.2剪力墙超筋情况（1）剪力墙暗柱超筋。通常情况下，软件设定剪力墙暗柱的最大配筋率不得超过4%左右。一旦暗柱配筋情况超出规定的标准范围，则会出现超筋提示。（2）剪力墙水平筋超筋。说明剪力墙的抗剪承载力不足，需要对其进行截面调整。（3）连梁超筋。连梁超筋表明其抗剪承载力不足，规范允许对连梁刚度折减，折减后的剪力墙连梁在都会出现塑性变形，即开裂。连梁设计过程中，应保证配筋满足弹性变形要求的承载力。4.3柱的轴压比计算柱的轴压比计算，需要对地震和非地震作用下的荷载组合分别考虑。软件在考虑地震作用影响时，采用地震作用组合下柱轴力设计值计算轴压比；转件在不考虑地震作用影响时，采用非地震作用组合下柱轴力设计值计算轴压比。4.4剪力墙轴压比计算剪力墙轴压比的计算应满足相关规范限值，保证剪力墙地震力作用下的延性。4.5构件截面优化设计经过初步计算得出构件截面尺寸后，还应对构件进行截面优化，在保证构件截面和形状合理性的基础上，减少材料浪费。另外，在优化设计中，还要对结构周期、位移、地震力等因素在截面减小后的变化情况予以分析，以此来确保截面优化设计的合理性，提升高层建筑结构的设计水平。二、高层建筑结构难点分析1结合当前高层建筑结构设计的重要性针对高层建筑结构设计来说，如何更好的实现和完善高层建筑的设计阶段，为了完善其中的关联性，就要以完善设计的条件。一般来说，在高层建筑结构设计中，设计师需要根据建筑物的使用要求、拟建场地的地理特征以及施工技术来确定建筑结构的设计要点。因此，高层建筑结构设计的实际过程具有相关性和基础性的特征。在掌握技术实施要点的时候，设计者必须结合工程的具体结构设计条件。同时，在高层建筑结构设计过程中，设计者还需要保证设计创新，结合高层建筑结构的建筑案，必须保证高层建筑结构设计的美学和可靠性的协调统一。2结合当前高层建筑结构设计的不足来进行分析2.1坚持以基础设计为主2.1.1通过理论来进行分析和探究对高层建筑的整体结构设计来说，为了完善高层建筑的设计标准，就要按照国家的高层建筑为依据，规范设计理念，同时在此阶段还要以最佳的工作状态来实现保证，因此在此阶段需要坚持以安全性和稳定性来强化[1]。因此在进行高层建筑设计上，如何更好的保证高层建筑的标准，在此阶段需要结合参考标准，完善高层建筑的基础的安全设计。作为建筑结构安全设计的主要参考标准，必须进行基础的安全设计。为此，设计者必须把高层建筑结构基础设计作为一个比较完善的系统计划，进行科学、经济、合理的基础设计，把握高层建筑结构基础设计的难点，通过各种方案的对比最终确定正确的建筑结构基础设计方案。2.1.