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高層鋼結(jié)構(gòu)和高層混凝土結(jié)構(gòu)的區(qū)別
2019-01-15 15:41 高層鋼結(jié)構(gòu) 華邦建設(shè)
隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，世界各國莫不致力于高層建筑，甚至超高層建筑的發(fā)展。高層建筑之所以有如此大的生命力，是因為它能有效地利用空間，能在有限的土地面積內(nèi)增加建筑面積，緩解用地緊張的問題，同時高層建筑的建筑高度的競爭也反映了國家的政治地位和經(jīng)濟實力。而先如今，我國的高層建筑結(jié)構(gòu)采用的比較多的是鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并且高層鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展僅處于起步發(fā)展階段，高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展較成熟。下面就從多個角度對高層鋼結(jié)構(gòu)和高層混凝土結(jié)構(gòu)進行比較分析，試圖能為高層結(jié)構(gòu)的發(fā)展大概地指出一個方向，并為之努力。
一、從定義方面進行比較
聯(lián)合國教科文組織所屬的世界高層建筑委員會1972年召開的國際高層建筑會議，將9層和9層以上的建筑定義為高層建筑。當(dāng)然主體用的鋼筋混凝土的是高層混凝土結(jié)構(gòu)，目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種建筑，而主體是剛結(jié)構(gòu)的是高層鋼結(jié)構(gòu)，目前主要用于輕鋼廠房，大跨建筑，高層建筑等。
二、從優(yōu)缺點進行比較
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：1、整體性好;2、可模性好;3、耐火性好;4、耐久性好;5、易于就地取材。
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點：1、自重大;2、性質(zhì)脆;3、抗裂性差。
綜上所述不難看出，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點多于其缺點。而且，人們已經(jīng)研究出許多克服其缺點的有效措施。例如，為了克服鋼筋混凝土自重大的缺點，已經(jīng)研究出許多質(zhì)量輕、強度高的混凝土和強度很高的鋼筋。為了克服普通鋼筋混凝土容易開裂的缺點，可以對它施加預(yù)應(yīng)力。為了克服混凝土的脆性，可以在混凝土中摻入纖維做成纖維混凝土。
鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：1、自重輕;2、抗震性能好;3、環(huán)保效果好;4、工業(yè)化程度高，施工周期短。
鋼結(jié)構(gòu)的缺點：1、耐火性能差;2、注意防銹;3、變形大，設(shè)計需注意控制。亦用體系方法;4、特有的冷橋問題，有時需要考慮;5、常常造價偏高;6、當(dāng)前國內(nèi)設(shè)計，制造水平低。
解決辦法當(dāng)前主要有：1、大力發(fā)展了耐火鋼和耐火涂料;2、大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)，逐步降低鋼結(jié)構(gòu)的造價;3、大力鼓勵建設(shè)高層鋼結(jié)構(gòu)，積累更多的經(jīng)驗，為鋼結(jié)構(gòu)地發(fā)展打下基礎(chǔ)。
三、從計算的原理進行分析
不論混凝土結(jié)構(gòu)還是鋼結(jié)構(gòu)都依據(jù)“板—梁—柱—基礎(chǔ)”這樣傳力途徑進行受力傳遞。不論二者結(jié)構(gòu)模形有多大的差別，從受力上講計算原理都是相同的。都需要借助傳統(tǒng)的力學(xué)與數(shù)學(xué)公式進行分析，借助相應(yīng)的規(guī)范和軟件進行設(shè)計。
四、從結(jié)構(gòu)類型進行比較
高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要有框架結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，框筒結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)等，高層鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系和混凝土結(jié)構(gòu)基本相同，同時高層鋼結(jié)構(gòu)主要有四類：鋼結(jié)構(gòu)、鋼—混凝土結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。它們各有各的特點，例如框筒結(jié)構(gòu)有剪力滯后的特性，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)能是鋼管約束了混凝土的變形，充分發(fā)揮鋼筋和混凝土的有點，增強結(jié)構(gòu)的綜合性能。
五、從設(shè)計特點進行比較
相同點：1、水平荷載成為決定因素(風(fēng)荷載和地震作用);2、結(jié)構(gòu)側(cè)移成為控制目標;3、軸向變形不容忽略;4、梁柱節(jié)點域的剪切變形影響不能忽略;5、 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標;6、高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)選用空間構(gòu)件;7、防雷、防飛機撞擊系統(tǒng)應(yīng)完全可靠;8、提供合理的抗側(cè)力能力。
不同點：1、高層混凝土結(jié)構(gòu)延性差，而鋼結(jié)構(gòu)卻相對好很多;2、高層鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計必不可少，防銹處理必須到位。
六、從結(jié)構(gòu)布置進行分析
相同點：1、高層房屋應(yīng)首選由光滑曲線構(gòu)成的平面形式;(為了減少風(fēng)壓作用，圓形比方形好);盡可能地采用中心對稱或雙軸對稱的平面形式;(以減小或避免在風(fēng)荷載作用下的扭轉(zhuǎn)振動);避免以狹長形作平面形式;(因風(fēng)荷載作用會產(chǎn)生嚴重的剪切滯后現(xiàn)象);框筒結(jié)構(gòu)采用矩形平面形式時，應(yīng)控制其平面長寬比小于1.5;(不滿足時，宜采用束筒結(jié)構(gòu));需抗震設(shè)防時平面尺寸關(guān)系應(yīng)符合相關(guān)要求;2、因此高層建筑一般不宜設(shè)置防震縫;一般也無須設(shè)置溫度縫;地震區(qū)的高層建筑，應(yīng)當(dāng)建立精細的力學(xué)模型，作較精確的地震分析，并采取相應(yīng)的措施提高其薄弱部位和構(gòu)件的抗震能力;3、任一層的偏心率大于0.15時，稱為平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。樓層剛度小于其相鄰上層剛度的70%，且連續(xù)三層總的剛度降低超過50%，稱為豎向布置的不規(guī)則結(jié)構(gòu);4、采用天然地基時，不宜小于H/15;采用樁基時，不宜小于H/20 ，H ：室外地坪至屋頂檐口的高度。當(dāng)有可靠根據(jù)時，基礎(chǔ)埋深可適當(dāng)減小;5、樓蓋結(jié)構(gòu)的方案選擇原則：滿足建筑設(shè)計要求;較小自重;便于施工;有足夠的整體剛度。用于高層建筑的樓板主要有三種：現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板 、預(yù)制樓板、壓型鋼板組合樓板;6、粱錫布置需考慮的因素：鋼梁的間距要與上覆樓板類型相協(xié)調(diào)，盡量取樓板經(jīng)濟跨度以內(nèi)(壓型鋼板組合樓板取2～3m);主梁應(yīng)與豎向抗側(cè)力構(gòu)件直接相連;(充分發(fā)揮整體空間作用)豎向構(gòu)件縱橫兩個方向均應(yīng)有主梁與之相連，以保證兩個方向的長細比不致相差懸殊;梁系布置應(yīng)能使盡量多的樓面重力荷載份額傳遞到豎向構(gòu)件; (如，設(shè)置斜向主梁)為減小樓蓋結(jié)構(gòu)的高度，主次梁通常不采取疊接方式。
不同點：高層鋼結(jié)構(gòu)主次梁較混凝土結(jié)構(gòu)那樣現(xiàn)澆連接方式多樣，有簡支連接和剛性連接兩種，主要是通過螺栓和焊接方式。
七、從連接方式來比較
1、鋼結(jié)構(gòu)高層建筑連接主要有焊接，螺栓連接，原柱頭栓釘，錨栓連接，化學(xué)錨栓連接。
2、為了避免因連接較弱而使結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，節(jié)點連接應(yīng)采用強連接弱構(gòu)件的原則。構(gòu)件的拼接應(yīng)采用與構(gòu)件等強或比等強度更高的設(shè)計原則，一般采用摩擦型高強度螺栓連接或焊接連接。
3、高層鋼結(jié)構(gòu)柱腳分埋人式、外包式和外露式三種。
八、從計算方法比較。
基本相同：1、高層建筑結(jié)構(gòu)的計算模型，可采用平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)同計算模型;當(dāng)結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、質(zhì)量及剛度沿高度分布均勻、不計扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時，可采用平面結(jié)構(gòu)計算模型;當(dāng)結(jié)構(gòu)平面或立面不規(guī)則、體型復(fù)雜、無法劃分成平面抗側(cè)力單元的結(jié)構(gòu)，或為筒體結(jié)構(gòu)時，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計算模型;2、豎向荷載下的分層法，水平荷載下的D值法;3、地震作用常采用振型分解反應(yīng)譜法，用時程分析法輔助。
九、從荷載組合分析
二者的荷載組合在組合的項目上基本相同，但相應(yīng)的荷載分項系數(shù)和其他一些系數(shù)，需要根據(jù)荷載規(guī)范、混凝土相關(guān)規(guī)范、鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范以及經(jīng)驗確定。
十、從發(fā)展趨勢分析
二者發(fā)展趨勢統(tǒng)一。1、構(gòu)件立體化;2、巨柱周邊化;3、支撐大型化;4、體系巨型化;5、體形圓錐化;6、材料輕質(zhì)高強化;7、動力反應(yīng)智能化;8、結(jié)構(gòu)分析設(shè)計高度集成化。但是由于高層鋼結(jié)構(gòu)起步比較晚，在未來一段時間必將會得到迅猛發(fā)展，而高層混凝土結(jié)構(gòu)最近幾年或是幾十年仍會在建筑業(yè)擔(dān)任主力軍的地位。所以這兩種結(jié)構(gòu)都應(yīng)該得到重視，充分理解兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，能做到了然于心，這樣才能給未來增加發(fā)展機會。
最好的結(jié)構(gòu)是如何最有效地把鋼和混凝土的優(yōu)點發(fā)揮出來，現(xiàn)在比較好的結(jié)構(gòu)形式有型鋼混凝土和鋼管混凝土，如何把那些新穎的結(jié)構(gòu)形式深入地研究下去，并加以推廣利用，在實踐中了解結(jié)構(gòu)，并把經(jīng)驗加以總結(jié)，為以后發(fā)掘更有效的結(jié)構(gòu)形式。
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