關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點研究

1、<p>　　關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點研究</p><p>　　摘 要：建筑結(jié)構(gòu)作為建筑物的基本組成部分，是建筑物賴以存在的基礎(chǔ)，主要是指建筑物或構(gòu)筑物中用來承受各種荷載以及其他外來因素(建筑地基不均勻沉降，溫度變化引起的伸縮、地震等)對建筑的間接作用，對建筑起到骨架作用的空間受力體系。本文從分析高層建筑的設(shè)計特點出發(fā)，以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理論為基礎(chǔ)，從而討論高層建筑分析與設(shè)計方法。 </p>

2、<p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu) 設(shè)計 </p><p>　　中圖分類號：TU97文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是針對高層建筑特性的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在滿足安全、適用、耐久、經(jīng)濟和施工可行的要求下，按有關(guān)設(shè)計標準的規(guī)定，對建筑結(jié)構(gòu)進行總體布置、技術(shù)經(jīng)濟分析

3、、計算、構(gòu)造和制圖工作，并尋求優(yōu)化的過程。 </p><p>　　一、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計特點 </p><p>　　1水平載荷產(chǎn)生的內(nèi)力及側(cè)移的影響 </p><p>　　任何一個建筑結(jié)構(gòu)都要同時承受垂直荷載和風產(chǎn)生的水平荷載，還要具有抵抗地震作用的能力。在較低樓房中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，對結(jié)構(gòu)的影響也就較??；但在較

4、高樓房中盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生著重要影響，水平荷載卻起著決定性的作用。隨著樓房層數(shù)的增多，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力及側(cè)向位移迅速增大，這同樣也要求結(jié)構(gòu)具有足夠的抗側(cè)剛度，使之在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，保證良好的居住和工作條件?？傊胶奢d愈益成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中不可小視的控制因素。在6度抗震設(shè)防設(shè)計中，很多情況是風作用為控制性工況；在7度以上抗震設(shè)防設(shè)計中地震作用是控制性作用，地震作用對高層建筑危害的可能性也比較大

5、，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計是重點。 </p><p><b>　　2豎向變形的影響 </b></p><p>　　通常在多層建筑結(jié)構(gòu)分析中，由于軸力項影響很小，多以考慮彎矩項為主。但對于高層建筑結(jié)構(gòu)，情況就不同了。由于層數(shù)多，高度大，軸力值很大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會使高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力數(shù)值與分布產(chǎn)生顯著的改變。對連續(xù)梁彎矩的影響：采用框架體系

6、和框－墻體系的高樓中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種差異軸向變形將會達到較大的數(shù)值，其后果相當于連續(xù)梁的中間支座產(chǎn)生沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩增大。 </p><p>　　3結(jié)構(gòu)整體剛度的影響 </p><p>　　高層建筑的剛度決定其在地震中吸收與釋放能量的大小，剛度大的建

7、筑在地震中吸收的能量多，釋放的較少；較柔的結(jié)構(gòu)在地震中吸收的能力少，釋放的多。故此結(jié)構(gòu)在地震中的整體剛度表現(xiàn)一定要適中，特別需要在構(gòu)造上采以恰當?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)的剛度要求。 </p><p>　　二、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系 </p><p>　　不同的建筑會采用不同的結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的構(gòu)件組成方式。在高層建筑中,抵抗水平力是設(shè)計的主要矛盾,因此抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的確定和設(shè)計

8、就成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題。高層建筑中基本的抗側(cè)力單元是框架、剪力墻、實腹筒(又稱井筒)框筒及支撐,由這幾種單元可以組成多種結(jié)構(gòu)體系。 </p><p><b>　　1剪力墻體系 </b></p><p>　　建筑物中的豎向承重構(gòu)件主要由墻體承擔時,剪力墻(抗震規(guī)范稱之為抗震墻)墻體既承擔水平構(gòu)件傳來的豎向荷載,同時承擔風力或地震作用傳來的水平荷載。剪力墻是建筑物的分隔

9、墻和圍護墻,因此墻體的布置必須同時滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。剪力墻結(jié)構(gòu)體系有很好的承載能力,而且有很好的整體性和空間作用,比框架結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)力能力,因此,可建造較高的建筑物。剪力墻的間距應(yīng)有一定限制,故不可能開間太大,對需要大空間時就不太適用、靈活性差,一般適用于住宅、公寓和旅館。剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用平板,可以不設(shè)粱,所以空間利用比較好,可節(jié)約層高。 </p><p>　　2框架—剪力墻體系

10、</p><p>　　當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時,往往需要在建筑平面的適當位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架, 便形成了框架 -剪力墻體系。在承受水平力時,框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載,剪力墻主要承受水平剪力。 </p><p><b>　　3筒體體系 </b></p><

11、p>　　筒體結(jié)構(gòu)由框架或剪力墻圍合成豎向井筒，并以各層樓板將井筒四壁相互連接起來，形成一個空間構(gòu)架。通常簡體結(jié)構(gòu)基本形式有三種：實腹筒、框筒及桁架筒。筒體結(jié)構(gòu)最主要的特點就是它的空間受力性能良好。不論哪一種簡體，在水平力作用下都可看成固定于基礎(chǔ)上的箱形懸壁構(gòu)件，它比單片平面結(jié)構(gòu)具有更大的抗側(cè)剛度和承載力，并具有良好的抗扭剛度。簡中筒結(jié)構(gòu)是一種抵抗較大水平力的有效結(jié)構(gòu)體系，但其抗側(cè)剛度較大，吸收地震能量大，延性不好，這就造成造價比較

12、高，從經(jīng)濟效益角度考慮還需慎重。 </p><p>　　三、高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定 </p><p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。 </p><p><b>　　1彈性假定 </b></

13、p><p>　　目前工程上實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風力作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。但是在遭受地震或強臺風作用時，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫，進入到彈塑性工作階段。 </p><p><b>　　2小變形假定 </b></p><p>　　小變形假定也是

14、各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題( P － △效應(yīng)) 進行了一些研究。一般認為，當頂點水平位移△與建筑物高度 H 的比值△/H ＞1/5O0時，P － △效應(yīng)的影響就不能忽視了。 </p><p><b>　　3剛性樓板假定 </b></p><p>　　許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一

15、假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。 </p><p><b>　　4計算圖形的假定 </b></p><p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計算圖形有三種: </p><p><b>　　4．1維協(xié)同分析 </b></p><p>　

16、　按一維協(xié)同分析時，只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個位移自由度方向上的變形協(xié)調(diào)。在水平力作用下，將結(jié)構(gòu)體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件組成的平面結(jié)構(gòu)。根據(jù)剛性樓板假定，同一樓面標高處各榀抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)移相等，由此即可建立一維協(xié)同的基本方程。在扭矩作用下，則根據(jù)同層樓板上各抗側(cè)力構(gòu)件轉(zhuǎn)角相等的條件建立基本方程。一維協(xié)同分析是各種手算方法采用最多的計算圖形。 </p><p>　　4．2二維協(xié)同分析 </p

17、><p>　　二維協(xié)同分析雖然仍將單榀抗側(cè)力構(gòu)件視為平面結(jié)構(gòu)，但考慮了同層樓板上各榀抗側(cè)力構(gòu)件在樓面內(nèi)的變形協(xié)調(diào)。縱橫兩方向的抗側(cè)力構(gòu)件共同工作，同時計算; 扭矩與水平力同時計算。在引入剛性樓板假定后，每層樓板有三個自由度，樓面內(nèi)各抗側(cè)力構(gòu)件的位移均由這三個自由度確定。 </p><p>　　4．3三維空間分析 </p><p>　　三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點有

18、6 個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點還應(yīng)考慮截面翹曲，有 7 個自由度。 </p><p><b>　　四、結(jié)語 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計是個系統(tǒng)、全面的工作，需要扎實的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責的工作態(tài)度。設(shè)計人員要從一個個基本的構(gòu)件算起，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，并密切配合其它專業(yè)來進行設(shè)計，善于總結(jié)工作中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，準