淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設計分析問題

1、<p>　　淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設計分析問題</p><p>　　摘要：目前，伴隨著高層建筑在我國的飛速發(fā)展需求，建筑高度的日益增加，建筑類型以及功能也日新月異，難度相對而言逐漸變大。結(jié)構(gòu)體系各式各樣，高層建筑結(jié)構(gòu)設計現(xiàn)在主要成為結(jié)構(gòu)相關工程設計人員在設計工作重點和難點。 </p><p>　　關鍵詞:高層建筑結(jié)構(gòu)設計 </p><p>　　中圖分類號：[TU

2、208.3]文獻標識碼：A文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，功能俱全的高層建筑越來越多，城市化進程不斷加快以及對高層、超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系的研究日益完善，使得高層、超高層建筑得迅猛發(fā)展。高層建筑的出現(xiàn)，不僅改變了城市的建筑格局和人們的居住模式，還在一定程度上反映出科學技術與社會

3、經(jīng)濟發(fā)展的水平。 </p><p>　　1.高層建筑結(jié)構(gòu)設計特點 </p><p>　　1.1水平荷載成為決定因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，

4、其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。 </p><p>　　1.2軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。 &l

5、t;/p><p>　　1.3側(cè)移成為控制指標。與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應被控制在某一限度之內(nèi)。 </p><p>　　1.4結(jié)構(gòu)延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別

6、需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。 </p><p>　　2.高層建筑結(jié)構(gòu)設計關鍵技術分析 </p><p>　　2.1水平荷載相對于豎向荷載顯得更為重要 </p><p>　　結(jié)構(gòu)需同時承受豎向和水平荷載，低層結(jié)構(gòu)以抵抗重力為代表的豎向荷載為主，而水平荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力、側(cè)向位移很小。對高層結(jié)構(gòu)來說，隨著建筑高度的增加，水平荷載隨建筑高度的增高迅

7、速增大。如把建筑物視作一簡單的豎向懸臂構(gòu)件，構(gòu)件中由豎向荷載產(chǎn)生的軸力與高度（H）成正比；水平作用產(chǎn)生的彎矩與高度（H）的平方成正比；水平作用產(chǎn)生的側(cè)向位移則與高度（H）的四次方成正比。對某一高度確定的建筑，結(jié)構(gòu)豎向荷載的大小基本穩(wěn)定，而水平方向上風載和地震作用的數(shù)值大小往往會隨高層建筑結(jié)構(gòu)的動力特性不同而存在較大幅度的變化?？梢?，水平荷載對高層建筑結(jié)構(gòu)的影響大，側(cè)向位移成為結(jié)構(gòu)設計的主要控制目標之一。 </p><

8、p>　　2.2控制結(jié)構(gòu)側(cè)移是關鍵因素 </p><p>　　與低層建筑結(jié)構(gòu)的設計不同，高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移是其結(jié)構(gòu)設計過程中的關鍵決定性因素。隨著建筑高度的不斷增加，水平側(cè)向荷載下的結(jié)構(gòu)側(cè)移變形會快速增大。側(cè)向位移過大將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，特別是對豎向構(gòu)件，附加偏心力超過一定限值時，將會引起整個結(jié)構(gòu)的倒塌破壞；同時，在風荷載作用下，如果側(cè)向位移過大，將會引起居住者工作者的不適，在地震作用下，如果側(cè)向位移過大，

9、更會讓人感到不安和驚慌。 </p><p>　　2.3結(jié)構(gòu)軸向變形的影響顯著 </p><p>　　對于高層建筑結(jié)構(gòu)，由于層數(shù)多、高度高，軸力很大，從而沿高度逐漸積累的軸向變形很顯著高層建筑結(jié)構(gòu)中，一般豎向荷載的數(shù)值較大，在柱中會引起較大范圍的軸向壓縮變形，對結(jié)構(gòu)體系中的連續(xù)梁彎矩大小產(chǎn)生顯著影響。高層建筑的軸向變形的差異會達到一個比較大的數(shù)值，從而引起跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大，連

10、續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小。 </p><p>　　2.4結(jié)構(gòu)延性的重要性 </p><p>　　高層建筑相對于低層或是多層建筑來說結(jié)構(gòu)更柔一些，受到地震的影響后，結(jié)構(gòu)變化更大一些。所以采取恰當?shù)拇胧┍ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，使結(jié)構(gòu)在塑性變形階段仍然具有較強的變形能力。 </p><p>　　3.高層建筑結(jié)構(gòu)設計措施 </p><p>　　3

11、.1建筑地基設計 </p><p>　　對高層建筑來說，在抗震設計中，房屋的高寬比是一個需慎重考慮的問題。不僅僅由于該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行，同時，也是地基基礎整個工程造價的決定性因素，在這一階段，所出現(xiàn)的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎設計中要注意地方性規(guī)范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質(zhì)條件相當復雜地基基礎設計規(guī)范無法對全國各地的地基基礎都進行詳細的描述

12、和規(guī)定，因此，作為建立在國家標準之下的地方標準。地方性的“地基基礎設計規(guī)范能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A類型和設計處理方法等一些成熟的經(jīng)驗描述和規(guī)定得更為詳細和準確，所以，在進行地基基礎設計時，一定要對地方規(guī)范進行深入地學習，以避免對整個結(jié)構(gòu)設計或后期設計工作造成較大的影響。 </p><p>　　3.2高層建筑不規(guī)則性設計 </p><p>　　當結(jié)構(gòu)的位移比和周期比超規(guī)范規(guī)定時，說明結(jié)構(gòu)的抗扭

13、剛度相對結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度偏小，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應較大。在結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較大，結(jié)構(gòu)的層間位移滿足要求的情況下，可減小結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，對樓層中部結(jié)構(gòu)做減法，可取消、減短、減薄剪力墻，減小連梁高度等。當結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小，側(cè)移較大時，可對樓層周邊結(jié)構(gòu)做加法，可增大周邊構(gòu)件的剛度。對帶裙房高層建筑，帶裙房部分樓層的位移比和周期比往往超規(guī)范規(guī)定。由于裙房高度不高，裙房樓層的絕對側(cè)移值很小，因此可不按高層建筑的側(cè)移控制條件來要求裙房，即位移比可適當放寬。對

14、某些建筑，因功能需要，下部幾層為大空間，上部為辦公或客房，隔墻較多，上下層剛度差別較大，此時剛度變化處的下一層宜指定為薄弱層，進行內(nèi)力放大調(diào)整。 </p><p>　　3.3高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設計 </p><p>　　高層剪力墻結(jié)構(gòu)是特定的將剪力墻和框架兩種結(jié)構(gòu)相互組合，進而形成一種新的體系。那么高層建筑的豎向荷載是由剪力墻和框架共同進行承擔的，但是其水平的作用則主要就是由擁有較大的抗側(cè)

15、剛度的剪力墻來進行承擔。這樣的結(jié)構(gòu)設計不僅僅具有剪力墻較強的抗震能力和較大的剛度，同時還具有框架結(jié)構(gòu)的使用方便和布置靈活的特點，因此能夠被廣泛的應用在高層的旅館建筑和辦公建筑當中。而高層建筑的水平力也主要是由剪力墻和框架共同進行承擔，正是因為剪力墻和框架的共同協(xié)同工作，其內(nèi)力分布和受力狀況都得到了較好的改善。 </p><p>　　3.4高層建筑突出升高結(jié)構(gòu)設計 </p><p>　　在高

16、層建筑中由于存在用水(生活用及消防用)及設置電梯的客觀要求，因此，位于高層建筑屋頂上的突出升高部分是難以避免的。對該部分由于有地震中的高振型影響，所受地震力相對較大，因此，設計中應設法減輕該部非承重結(jié)構(gòu)部分的重量。同時將該部分的平面位置設置于接近抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度中心處，對于結(jié)構(gòu)抗震將是相當有利的。正常規(guī)情況下，屋頂突出升高部分的設備重量有電梯機房與水箱兩部分。由于消防對水壓頭的要求，水箱常是設置在突出升高部分的中間高度處的樓板上，一般高

17、層建筑中該水箱的重量是比較大的，可達40-60噸，最大為100噸以上。因而由其產(chǎn)生的地震力將是相當大的。為減少此項影響，采用懸吊水箱的做法將是有效的?？紤]到高振型的周期極短，同時吊索不能承擔剪力，而當?shù)觞c的水平位移與吊索的長度相比又為極小時，則對懸吊水箱的全重所產(chǎn)生的地震力甚至是可以略計的。懸吊水箱的自振周期是較長的。常可做到3~4秒以上，此值與結(jié)構(gòu)主體的第一振型自振周期以及地面的卓越周期相比都是相差較大的，與結(jié)構(gòu)高振型的振動周期比將相

18、差更大，因此是不會產(chǎn)生合拍共振的現(xiàn)象。值得注意的一點是。當采用懸吊水箱時，吊桿上下宜做成鉸接。同時對進水管、出水管及</p><p><b>　　4.結(jié)束語 </b></p><p>　　我國的高層建筑業(yè)得到了快速的發(fā)展，但是在發(fā)展的過程中，我們還是應該遵循高層建筑的設計原則和設計理念，選擇最有效的高層建筑結(jié)構(gòu)體系，建設好我國的高層建筑，令其更加符合甚至是超越國際市場

19、上的標準，為我國的高層建筑業(yè)謀得更長遠的發(fā)展。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　1.梅洪元，付本臣。中國高層建筑創(chuàng)作理論發(fā)展研究，高層建筑與智能建筑國際學術研討會，2002. </p><p>　　2.肖峻，高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設計[J]，中化建設，2008，(12) </p><p>