El siguiente es el contenido relevante sobre las características estructurales y los sistemas de los edificios de gran altura que Zhongda Consulting le ofrece para su referencia.
Desde la reforma y apertura de mi país, la industria de la construcción se ha desarrollado a pasos agigantados. En los últimos diez años, nuestro país ha construido 10.000 edificios de gran altura con una superficie de construcción de 200 millones de cuadrados. Entre ellos, edificios representativos como Shenzhen Diwang El edificio tiene 81 pisos y 325 metros de altura; Guangzhou Zhongtian Plaza tiene 80 pisos y 322 metros de altura; la Torre Shanghai Jinmao tiene 88 pisos y 420,5 metros de altura. Además, también se ha construido el edificio más alto en la ciudad de Nanning: el Centro de la Cámara de Comercio Internacional Diwang, edificio Diwang, tiene 54 pisos y 206,3 metros de altura. Con el desarrollo acelerado de la urbanización, continúan surgiendo edificios de gran altura en todo el país. Como diseñadores de ingeniería civil, deben comprender completamente las características de diseño estructural de los edificios de gran altura y sus sistemas estructurales. principios avanzados, económicamente razonables, seguros, aplicables y básicos para garantizar la calidad.
1. Características del diseño estructural de edificios de gran altura
En comparación con las estructuras de edificios de poca altura y de varios pisos, el diseño estructural de los edificios de gran altura ocupa una posición más importante en varias especialidades Diferentes estructuras La elección del sistema está directamente relacionada con la distribución del plano del edificio, la forma de la fachada, la altura del piso, la instalación de las tuberías electromecánicas, los requisitos de la tecnología de la construcción y la duración del período de construcción. y el nivel del costo de inversión. Sus características principales son:
(1) La fuerza horizontal es el principal factor de diseño
En estructuras de casas de poca altura y de varios pisos, la carga vertical representada por la gravedad a menudo controla la estructura. . diseño. En los edificios de gran altura, aunque las cargas verticales todavía tienen un impacto importante en el diseño estructural, las cargas horizontales juegan un papel decisivo. Porque la fuerza axial y el momento flector causados por el peso propio del edificio y la carga de uso del piso en los componentes verticales son solo proporcionales a la primera potencia de la altura del edificio y el momento de vuelco causado por la carga horizontal sobre la estructura, y el resultante; vertical La fuerza axial provocada en el componente es proporcional al cuadrado de la altura del edificio. Por otro lado, para un edificio de cierta altura, la carga vertical es generalmente un valor constante, mientras que los valores de la carga del viento y de la acción sísmica como cargas horizontales varían mucho con las diferentes dinámicas de la estructura.
(2) El movimiento lateral se ha convertido en un indicador de control
A diferencia de los edificios de poca altura o de varios pisos, el movimiento lateral estructural se ha convertido en un factor clave en el diseño de estructuras de gran altura. . A medida que aumenta la altura del edificio, la deformación lateral de la estructura bajo carga horizontal aumenta rápidamente, lo cual es proporcional a la cuarta potencia de la altura del edificio H (△=qH4/8EI).
Además, con el aumento de la altura de los edificios de gran altura, la aplicación de materiales ligeros y de alta resistencia, la aparición de nuevas formas de construcción y sistemas estructurales, y el rápido aumento del desplazamiento lateral, la El diseño no solo requiere que la estructura tenga suficiente resistencia. También se requiere que tenga suficiente rigidez al empuje para que el desplazamiento lateral de la estructura bajo carga horizontal se controle dentro de un cierto límite; de lo contrario, ocurrirán las siguientes situaciones:
1.Debido al desplazamiento lateral Las grandes fuerzas internas adicionales, especialmente los componentes verticales, aumentarán la excentricidad cuando el desplazamiento lateral aumente. Cuando el valor de las fuerzas internas adicionales generadas exceda un cierto valor, provocará el colapso de la casa.
2. Hacer que los residentes se sientan incómodos o alarmados.
3. Agrietar o dañar la pared de relleno o la decoración del edificio, dañar las tuberías de los equipos mecánicos y eléctricos y deformar la vía del ascensor, provocando que no funcione normalmente.
4. Provocar grandes grietas o incluso daños en los principales componentes estructurales.
(3) Requisitos más altos para el diseño sísmico
El diseño estructural de edificios de gran altura con fortificaciones sísmicas no solo debe considerar la carga vertical y la carga del viento durante el uso normal, sino también tener en cuenta la estructura Tiene buena resistencia sísmica y puede sobrevivir a pequeños terremotos y grandes terremotos.
(4) Reducir el peso propio de los edificios de gran altura es más importante que los edificios de varios pisos
Reducir el peso propio de los edificios de gran altura es más importante que los edificios de varios pisos -Edificios de pisos. Teniendo en cuenta la capacidad de carga de los cimientos o cimientos de pilotes, si se utiliza el mismo cimiento o cimientos de pilotes, reducir el peso propio de la casa no significa aumentar el costo de los cimientos y se pueden construir más capas, lo que tiene ventajas sobresalientes. en capas de suelo blando. Beneficios económicos.
El efecto sísmico es directamente proporcional al peso del edificio. Reducir el peso propio de la casa es una forma eficaz de mejorar la resistencia sísmica de la estructura. El gran peso de los edificios de gran altura no sólo aumenta la fuerza de corte sísmica que actúa sobre la estructura, sino que también provoca un gran momento de vuelco debido al alto centro de gravedad del terremoto, lo que produce una gran fuerza axial adicional sobre los componentes verticales. lo que resulta en un momento flector adicional mayor.
(5) No se puede ignorar la deformación axial
En edificios de gran altura que utilizan sistemas de marco y sistemas de muro de corte marco, la tensión de compresión axial de las columnas centrales del marco a menudo es mayor que la de las columnas laterales. La deformación por compresión axial de la columna central es mayor que la de las columnas laterales. Cuando la casa es muy alta, la diferencia en la deformación axial alcanzará un valor grande, y la consecuencia es equivalente al hundimiento del apoyo medio de la viga continua, reduciendo así el valor del momento flector negativo en el apoyo medio de la viga continua. , y el valor positivo en la mitad del tramo aumenta el valor del momento flector y el valor del momento flector negativo del soporte final.
(6) El diseño conceptual y el cálculo teórico son igualmente importantes
El diseño sísmico se puede dividir en dos partes: diseño computacional y diseño conceptual. Los cálculos de diseño sísmico de estructuras de edificios de gran altura se llevan a cabo bajo ciertas condiciones imaginarias. Aunque los métodos de análisis se mejoran continuamente y los principios de análisis se mejoran constantemente, debido a la complejidad e incertidumbre de la acción sísmica, la complejidad de la influencia del terremoto. suelo de cimentación y el sistema estructural La complejidad inherente puede hacer que el análisis teórico y el cálculo difieran varias veces de la situación real. Especialmente cuando la estructura entra en la etapa elástico-plástica, pueden ocurrir grietas locales o incluso destrucción de los componentes. , La estructura es difícil de analizar mediante principios de cálculo convencionales. La práctica demuestra que también es muy importante comprender el diseño conceptual de los edificios de gran altura durante el diseño.
2. Sistema estructural de edificios de gran altura
(1) Principios de diseño estructural de edificios de gran altura
1. Los edificios de gran altura deben ser consistentes con la construcción, el equipo y Trabajar en estrecha colaboración con la construcción para garantizar la seguridad, la aplicación, la tecnología avanzada y la racionalidad económica, y adoptar activamente nuevas tecnologías, nuevos procesos y nuevos materiales.
2. En el diseño estructural de edificios de gran altura, se debe prestar atención a la selección y construcción estructural, y se deben utilizar sistemas estructurales y planos de distribución de pisos y fachadas económicos y razonables con buen rendimiento de resistencia sísmica y al viento. seleccionados, y se debe prestar atención al fortalecimiento de las conexiones estructurales. En el diseño sísmico, se debe garantizar el comportamiento sísmico general de la estructura de modo que toda la estructura tenga suficiente capacidad de carga, rigidez y ductilidad.
(2) Sistema estructural de edificios de gran altura y ámbito de aplicación
En la actualidad, los edificios de gran altura domésticos adoptan básicamente estructuras de hormigón armado. Sus sistemas estructurales incluyen: estructura de marco, estructura de muro de corte, estructura de marco-muro de corte, estructura de cilindro, etc.
1. Sistema de estructura de marco. El sistema de estructura del marco se compone de cuatro componentes portantes: losas de piso, vigas, columnas y cimientos. El marco plano se compone de vigas, columnas y cimientos, que es la estructura de carga principal. Cada marco plano está conectado mediante vigas de conexión para formar un sistema de estructura espacial. Es una de las formas estructurales comúnmente utilizadas en edificios de gran altura. .
Las ventajas del sistema de estructura de marco son: el diseño del edificio es flexible, se puede obtener un gran espacio, la fachada del edificio es fácil de manejar, la estructura es liviana y la teoría de cálculo es relativamente madura. y el costo es bajo dentro de un cierto rango de altura.
Las desventajas de la estructura del marco son: la estructura del marco en sí es relativamente flexible y tiene poca resistencia a las fuerzas laterales. Producirá grandes desplazamientos horizontales bajo cargas de viento y los componentes no estructurales se dañarán durante un terremoto. Cargas. Más serio.
Ámbito de aplicación de la estructura del marco: el número razonable de capas de la estructura del marco es generalmente de 6 a 15 capas, y el número de capas más económico es de aproximadamente 10 capas. Debido a que la estructura del marco puede proporcionar un espacio de construcción más grande, el diseño es flexible y puede adaptarse a una variedad de requisitos de proceso y uso, se ha utilizado ampliamente en oficinas, residencias, tiendas, hospitales, hoteles, escuelas y edificios de varios pisos. plantas industriales y almacenes.
2. Sistema estructural de muros de corte. En edificios de gran altura, para mejorar la rigidez de la resistencia a las fuerzas laterales de la estructura de la casa, el muro de hormigón armado instalado en él se denomina "muro de corte". La función principal del muro de corte es mejorar la resistencia al corte y la rigidez. de toda la casa. La pared también sirve como elemento de mantenimiento y división de espacios. En la estructura del muro de corte, el muro de hormigón armado soporta todas las cargas horizontales y verticales. Los muros de corte están dispuestos ortogonalmente en las direcciones transversal y longitudinal o diagonalmente a lo largo de múltiples ejes. Tiene alta rigidez, buena integridad espacial y ahorra acero. En los terremotos históricos, las estructuras de muros de corte han mostrado una buena resistencia sísmica. Los daños sísmicos ocurren con menos frecuencia y son menos severos. El uso de estructuras de muros de corte en residencias y habitaciones de hoteles puede adaptarse mejor a la gran cantidad de muros y al tamaño de las habitaciones. No es demasiado grande y puede hacer que la habitación esté limpia y hermosa sin exponer las vigas y columnas.
La estructura de muro de corte tiene muchas paredes y no es fácil organizar habitaciones más grandes para cumplir con los requisitos de los hoteles para organizar salas públicas de gran superficie, como vestíbulos, restaurantes y salas de conferencias. Al igual que en los edificios residenciales, para cumplir con los requisitos de distribución de tiendas e instalaciones públicas en la planta baja de un edificio, los muros de corte se pueden quitar de parte de la planta baja o de algunos pisos y reemplazarlos con marcos para formar un muro de corte soportado por marcos. estructura de la pared.
En el muro de corte soportado por marco, la rigidez de la columna inferior es pequeña, lo que resulta en un cambio repentino en la rigidez superior e inferior. Bajo la acción de un terremoto, la columna inferior producirá una gran rigidez. Fuerza interna y deformación plástica. Por lo tanto, este método no está permitido en áreas sísmicas. Una estructura de muro de corte soportada por un marco.
3. Sistema estructural marco-muro de cortante. La disposición de un cierto número de muros de corte en una estructura de marco puede formar una estructura de muro de corte de marco. Esta estructura no solo tiene las características de disposición flexible y fácil uso de la estructura de marco, sino que también tiene una mayor rigidez y una fuerte resistencia a los terremotos. Ampliamente utilizado en edificios de gran altura, como edificios de oficinas y hoteles.
4. Sistema de estructura cilíndrica. A medida que aumenta el número de capas y alturas de los edificios y aumentan los requisitos de protección sísmica, el sistema estructural de los edificios de gran altura compuesto por marcos y muros de corte en un estado de trabajo plano a menudo no puede cumplir con los requisitos. En este momento, el muro de corte se puede utilizar para formar un cilindro de paredes delgadas en el espacio, que puede convertirse en una viga de caja en voladizo vertical, y las columnas se pueden cifrar para mejorar la rigidez de la viga. También se puede formar un marco. Tubo que soporta la tensión general en el espacio y está compuesto por uno o más cilindros. La estructura que resiste principalmente fuerzas horizontales se llama estructura cilíndrica. Habitualmente la estructura del cilindro incluye:
(1) Estructura marco-cilindro. En el centro se dispone un tubo de muro de corte de paredes delgadas, que soporta la mayor parte de la fuerza horizontal, y alrededor de él se disponen marcos ordinarios con un gran espacio entre columnas. Las características de tensión de esta estructura son similares a las de la estructura de muro de corte de marco actual. , el edificio Diwang en la ciudad de Nanning también utiliza este tipo de estructura.
(2) Estructura tubo dentro de tubo. La estructura de tubo dentro de tubo se compone de un tubo interior y exterior. El tubo interior es un tubo de pared delgada con pared de corte y el tubo exterior es un tubo de estructura compuesto por columnas densas (normalmente el espacio entre columnas no es superior a 3). metros). Debido a que las columnas exteriores son muy densas, las vigas son muy rígidas y el área de apertura de la puerta es pequeña (generalmente no más del 50% del área de la pared), el tubo del marco funciona de manera diferente a un marco plano ordinario, pero tiene una buena apariencia general. Efecto en el espacio, similar a una viga cajón vertical porosa que tiene buena resistencia al viento y a los terremotos. En la actualidad, las estructuras de hormigón armado más altas de China, como la Torre Jinmao de Shanghai (88 pisos, 420,5 metros) y el Edificio Guangzhou Zhongtian Plaza (80 pisos, 320 metros), adoptan estructuras de tubo dentro de tubo.
(3) Estructura de tubo haz. Se instalan múltiples cilindros de pared de corte de paredes delgadas en el plano, cada cilindro es relativamente pequeño. Esta estructura se usa principalmente en edificios con formas planas complejas.
(4) Mega sistema estructural. Una estructura gigante se compone de varias columnas gigantes (generalmente compuestas por huecos de ascensores o columnas sólidas de gran superficie) y vigas gigantes (instaladas cada pocos pisos o una docena de pisos, y la sección transversal de la viga generalmente representa uno o dos pisos). para formar un gigante del primer nivel El marco soporta la fuerza horizontal principal y la carga vertical, y las vigas y columnas restantes del piso forman una estructura secundaria, que solo transfiere la carga del piso a la estructura del marco del primer nivel. Las vigas y columnas estructurales secundarias de esta estructura tienen secciones transversales más pequeñas, lo que permite una mayor flexibilidad y espacio en planta para la distribución del edificio.
Además de los diversos sistemas estructurales presentados anteriormente, existen otras formas estructurales que también se pueden aplicar, como carcasas delgadas, cables de suspensión, estructuras de membrana, rejillas, etc. Sin embargo, el más utilizado en la actualidad es el marco, muro de corte, marco-muro de corte y cilindro.
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