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小茗同学
正文
2017-07-21 11:35:58 | 分类:结构专业| 标签:结构专业

    随着经济和科技的发展,世界各国莫不致力于高层建筑,甚至超高层建筑的发展。高层建筑之所以有如此大的生命力,是因为它能有效地利用空间,能在有限的土地面积内增加建筑面积,缓解用地紧张的问题,同时高层建筑的建筑高度的竞争也反映了国家的政治地位和经济实力。而先如今,我国的高层建筑结构采用的比较多的是钢筋混凝土结构和钢结构,并且高层钢结构发展仅处于起步发展阶段,高层钢筋混凝土结构发展较成熟。钢结构自重小,延性好,但耐火性差,易受外界腐蚀,密闭性差。混凝土结构自重大,刚度大,地震作用下震害比较明显,但抗压性、整体性比较好,不易受外界侵蚀,密闭性好。本文从多个角度对高层混凝土结构和高层钢结构进行比较分析,试图能为高层结构的发展大概地指出一个方向,并为之努力。

    1.从定义方面进行比较。联合国教科文组织所属的世界高层建筑委员会1972年召开的国际高层建筑会议,将9层和9层以上的建筑定义为高层建筑。当然主体用的钢筋混凝土的是高层混凝土结构,目前钢筋混凝土结构广泛应用于各种建筑,而主体是刚结构的是高层钢结构,目前主要用于轻钢厂房,大跨建筑,高层建筑和嗦膜结构等。

    2.从二者的优缺点进行比较。

    首先谈谈混凝土结构的优缺点。优点:(1)可模性好。(2)整体性好。(3)耐久性好。(4)耐火性好。(5)易于就地取材。缺点:(1)自重大。(2)抗裂性差。(3)性质脆。综上所述不难看出,钢筋混凝土结构的优点多于其缺点。而且,人们已经研究出许多克服其缺点的有效措施。例如,为了克服钢筋混凝土自重大的缺点,已经研究出许多质量轻、强度高的混凝土和强度很高的钢筋。为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺点,可以对它施加预应力。为了克服混凝土的脆性,可以在混凝土中掺入纤维做成纤维混凝土。

    钢结构优点:(1)自重轻。(2)抗震性能好。(3)工业化程度高,施工周期短。(4)环保效果好。缺点:(1)耐火性能差。(2)需要注意防锈。(3)变形大, 设计需注意控制。亦用体系方法。(4)特有的冷桥问题,有时需要考虑。(5)常常造价偏高。和传统结构相比。(6)当前国内设计,制造水平低……解决办法当前主要有:(1)大力发展了耐火钢和耐火涂料。(2)大力发展钢结构,逐步降低钢结构的造价。(3)大力鼓励建设高层钢结构,积累更多的经验,为钢结构地发展打下基础。

    3.从计算的原理进行分析。不论混凝土结构还是钢结构都依据“板-梁-柱-基础”这样传力途径进行受力传递。不论二者结构模形有多大的差别,从受力上讲计算原理都是相同的。都需要借助传统的力学与数学公式进行分析,借助相应的规范和软件进行设计。

    4.从二者的结构类型进行比较。高层钢筋混凝土结构主要有框架结构,剪力墙结构,框架剪力墙结构,框筒结构,筒体结构,钢—混凝土组合结构等,高层钢结构的结构体系和混凝土结构基本相同,同时高层钢结构主要有四类:钢结构、钢—混凝土结构、型钢混凝土结构和钢管混凝土结构。它们各自有自己的特点,例如框筒结构有剪力滞后的特性,钢管混凝土结构能是钢管约束了混凝土的变形,充分发挥钢筋和混凝土的有点,增强结构的综合性能。

    5.从选用混凝土和钢的方面比较。对于钢筋混凝土结构,据《混凝土结构设计规范GB 50010-2010》2015年版,第4.1.2条规定:素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15;钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20;采用强度等级400MPa及以上的钢筋时,混凝土强度等级不应低于C25。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40,且不应低于C30。承受重复荷载的钢筋混凝土构件,混凝土强度等级不应低于C30。

中华人民共和国国家标准 混凝土结构设计规范 Code for design of concrete structures GB 50010-2010 (2015年版) 主编部门:中华人民共和国住房和城乡建设部 批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部 施行日期:2011年7月1日 中华人民共和国住房和城乡建设部 公 告 第919号 住房城乡建设部关于发布国家标准 混凝土结构设计规范局部修订的公告

混凝土结构设计规范[附条文说明] GB50010-2010(2015年版)


    《高层民用钢结构技术规程》(JGJ 99-2015)规定:

    1 主要承重构件所用钢材的牌号宜选用Q345钢、Q390钢,一般构件宜选用Q235钢,其材质和材料性能应分别符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T 1591或《碳素结构钢》GB/T 700的规定。有依据时可选用更高强度级别的钢材。

    2 主要承重构件所用较厚的板材宜选用高性能建筑用GJ钢板,其材质和材料性能应符合现行国家标准《建筑结构用钢板》GB/T 19879的规定。

    3 外露承重钢结构可选用Q235NH、Q355NH或Q415NH等牌号的焊接耐候钢,其材质和材料性能要求应符合现行国家标准《耐候结构钢》GB/T 4171的规定。选用时宜附加要求保证晶粒度不小于7级,耐腐蚀指数不小于6.0。

    4 承重构件所用钢材的质量等级不宜低于B级;抗震等级为二级及以上的高层民用建筑钢结构,其框架梁、柱和抗侧力支撑等主要抗侧力构件钢材的质量等级不宜低于C级。

    5 承重构件中厚度不小于40mm的受拉板件,当其工作温度低于—20℃时,宜适当提高其所用钢材的质量等级。

    6 选用Q235A或Q235B级钢时应选用镇静钢。

    《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)2016年修订版 规定:抗震等级为一、二、三级的框架和斜撑构件(含梯段),其纵向受力钢筋采用普通钢筋时,钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25;钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3,且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

    对钢结构的钢材应符合下列规定:

        1)钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85;

        2)钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率不应小于20%;

        3)钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。

    6.从二者的设计特点进行比较。

    共同点:(1)水平荷载成为决定因素(风荷载和地震作用)。(2) 结构侧移成为控制目标。(3) 轴向变形不容忽略。(4) 梁柱节点域的剪切变形影响不能忽略。(5) 结构延性是重要设计指标。(6) 高层建筑结构构件应选用空间构件。(7) 防雷、防飞机撞击系统应完全可靠。(8)提供合理的抗侧力能力。

    不同点:(1)高层混凝土结构延性差,而钢结构却相对好很多。(2)高层钢结构抗火设计必不可少,防锈处理必须到位。

    7.从二者的结构布置进行分析。

    相同点:(1)高层房屋应首选由光滑曲线构成的平面形式;(为了减少风压作用,圆形比方形好);尽可能地采用中心对称或双轴对称的平面形式;(以减小或避免在风荷载作用下的扭转振动);避免以狭长形作平面形式;(因风荷载作用会产生严重的剪切滞后现象);框筒结构采用矩形平面形式时,应控制其平面长宽比小于1.5;(不满足时,宜采用束筒结构);需抗震设防时平面尺寸关系应符合相关要求。(2)因此高层建筑一般不宜设置防震缝;一般也无须设置温度缝;地震区的高层建筑,应当建立精细的力学模型,作较精确的地震分析,并采取相应的措施提高其薄弱部位和构件的抗震能力。(3)任一层的偏心率大于0.15时,称为平面不规则结构。楼层刚度小于其相邻上层刚度的70%,且连续三层总的刚度降低超过50%,称为竖向布置的不规则结构。(4)采用天然地基时,不宜小于H/15;采用桩基时,不宜小于H/20 ,H :室外地坪至屋顶檐口的高度。当有可靠根据时,基础埋深可适当减小。(5)楼盖结构的方案选择原则:满足建筑设计要求;较小自重;便于施工;有足够的整体刚度。用于高层建筑的楼板主要有三种:现浇钢筋混凝土楼板 、预制楼板、压型钢板组合楼板。(6)粱锡布置需考虑的因素:钢梁的间距要与上覆楼板类型相协调,尽量取楼板经济跨度以内(压型钢板组合楼板取2~3m);主梁应与竖向抗侧力构件直接相连;(充分发挥整体空间作用)竖向构件纵横两个方向均应有主梁与之相连,以保证两个方向的长细比不致相差悬殊;梁系布置应能使尽量多的楼面重力荷载份额传递到竖向构件; (如,设置斜向主梁)为减小楼盖结构的高度,主次梁通常不采取叠接方式。

    不同点:高层钢结构主次梁较混凝土结构那样现浇连接方式多样,有简支连接和刚性连接两种,主要是通过螺栓和焊接方式。

    8.从连接方式来比较。(1)钢结构高层建筑连接主要有焊接,螺栓连接,原柱头栓钉,锚栓连接,化学锚栓连接。(2)为了避免因连接较弱而使结构发生破坏,节点连接应采用强连接弱构件的原则。构件的拼接应采用与构件等强或比等强度更高的设计原则,一般采用摩擦型高强度螺栓连接或焊接连接。(3)高层钢结构柱脚分埋人式、外包式和外露式三种。

    9.从计算方法比较。二者基本相同。(1)高层建筑结构的计算模型,可采用平面抗侧力结构的空间协同计算模型;当结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应时,可采用平面结构计算模型;当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成平面抗侧力单元的结构,或为筒体结构时,应采用空间结构计算模型。(2)竖向荷载下的分层法,水平荷载下的D值法。(3)地震作用常采用振型分解反应谱法,用时程分析法辅助。

    10.从荷载组合分析。二者的荷载组合在组合的项目上基本相同,但相应的荷载分项系数和其他一些系数,需要根据荷载规范、混凝土相关规范、钢结构相关规范以及经验确定。

    11.从发展趋势分析。二者发展趋势统一。(1)构件立体化(2)巨柱周边化(3)支撑大型化(4)体系巨型化(5)体形圆锥化(6)材料轻质高强化(7)动力反应智能化(8)结构分析设计高度集成化。但是由于高层钢结构起步比较晚,在未来一段时间必将会得到迅猛发展,而高层混凝土结构最近几年或是几十年仍会在建筑业担任主力军的地位。所以这两种结构都应该得到重视,充分理解两种结构的优缺点,能做到了然于心,这样才能给未来增加发展机会。

 

    最好的结构是如何最有效地把钢和混凝土的优点发挥出来,现在比较好的结构形式有型钢混凝土和钢管混凝土,如何把那些新颖的结构形式深入地研究下去,并加以推广利用,在实践中了解结构,并把经验加以总结,为以后发掘更有效的结构形式。


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