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高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析(3頁(yè)).docx

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高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析(3頁(yè)).docx

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析摘要：隨著高層建筑在我國(guó)的迅速發(fā)展，建筑高度的不斷增加，建筑類型與功能的愈來(lái)愈復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系的更加多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)越成為結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)工作的主要重點(diǎn)和難點(diǎn)之所在。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)集結(jié)構(gòu)分析、數(shù)學(xué)優(yōu)化方法以及計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)工作，是一項(xiàng)對(duì)國(guó)家建設(shè)有重大意義的工作，同時(shí)，亦是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的工作。在對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，對(duì)影響高層建筑結(jié)構(gòu)的主要因素進(jìn)行深入的分析研究，做到精心設(shè)計(jì)，確保質(zhì)量、安全。本文對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)體系；問(wèn)題中圖分類號(hào)：TU973+.19文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

2、：A文章編號(hào)：引言隨著高層建筑的迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)理論和建筑技術(shù)也不斷得到提高，高層建筑結(jié)構(gòu)形式也開(kāi)始趨于多樣化發(fā)展，其表現(xiàn)形式也是多種多樣，但是也隨之出現(xiàn)了一些高層建筑設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題。在作為城市風(fēng)景線的同時(shí)，高層建筑還面臨著如何搞好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，如何多方面完善高層建筑的設(shè)計(jì)是目前高層建筑設(shè)計(jì)所追求的主要理念。1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則1.1鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑、設(shè)備和施工密切配合，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，并積極采用新技術(shù)、新工藝和新材料。1.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)重視結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)造，優(yōu)先選擇抗震及抗風(fēng)性能好且經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系與平、立面布置方案，并注意加強(qiáng)構(gòu)造連接。

3、在抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)整體抗震性能，使整個(gè)結(jié)構(gòu)有足夠的承載力、剛度和延性。2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)2.1軸向變形不容忽視：高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大；此外還會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整；另外對(duì)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(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。2.2結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)：相對(duì)于底層建筑而言，高層建筑的結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，

4、特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏?lái)保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。2.3水平荷載成為決定因素：一方面，因?yàn)楦邔咏ㄖ欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對(duì)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(duì)某一定高度樓房來(lái)說(shuō)，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度變化。3.結(jié)構(gòu)選型階段對(duì)于高層結(jié)構(gòu)而言，在工程設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)選型階段，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：3.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問(wèn)題。規(guī)范在這方面有相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、豎向規(guī)則性信息、嵌

5、固端上下層剛度比信息等，而且，規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。3.2結(jié)構(gòu)的超高問(wèn)題。在抗震規(guī)范與高規(guī)中。對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制。規(guī)范中針對(duì)超高問(wèn)題，除了限制高度設(shè)定為A級(jí)高度的建筑外，還有B級(jí)高度的建筑，因此。必須對(duì)結(jié)構(gòu)的該項(xiàng)控制因素嚴(yán)格注意，一旦結(jié)構(gòu)為B級(jí)高度建筑甚或超過(guò)了B級(jí)高度，其設(shè)計(jì)方法和處理措施將有較大的變化。還應(yīng)注意到新高規(guī)設(shè)計(jì)適用范圍調(diào)整為10層及10層以上或房屋高度大于28米的住宅建筑結(jié)構(gòu)和房屋高度大于24米的其他民用高層建筑結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)

6、中，出現(xiàn)過(guò)由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問(wèn)題。導(dǎo)致施工圖審查時(shí)未予通過(guò)，必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或需要開(kāi)專家會(huì)議進(jìn)行論證等工作的情況，對(duì)工程工期、造價(jià)等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。3.3嵌固端的設(shè)置問(wèn)題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個(gè)問(wèn)題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等等問(wèn)題，而忽略其中任何一個(gè)方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋

7、下安全隱患。3.4短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題。在新規(guī)范中，對(duì)墻肢截面高厚比為58的墻定義為短肢剪力墻。且根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計(jì)工作增加不必要的麻煩。 4.高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件（框架、剪力墻、筒體等）通過(guò)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(jìn)行分析是十分困難的。各種實(shí)用的分析方法都需要對(duì)計(jì)算模型引入不同程度的簡(jiǎn)化。下面是常見(jiàn)的一些基本假定：4.1 彈性假定。目前工程上高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計(jì)算

8、方法。在垂直荷載或一般風(fēng)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(shí)際工作狀況。但是在遭受地震或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會(huì)產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫，進(jìn)入到彈塑性工作階段。此時(shí)仍按彈性方法計(jì)算內(nèi)力和位移時(shí)不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀態(tài)的，應(yīng)按彈塑性動(dòng)力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 4.2小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對(duì)幾何非線性問(wèn)題（P效應(yīng)）進(jìn)行了一些研究。一般認(rèn)為，當(dāng)頂點(diǎn)水平位移與建筑物高度H的比值 /H 1/500時(shí)， P效應(yīng)的影響就不能忽視了。 4.3 剛性樓板假定。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(wú)限大，而平面外的剛度則忽

9、略不計(jì)。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡(jiǎn)化了計(jì)算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計(jì)算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對(duì)于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過(guò)大或是層數(shù)較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對(duì)結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當(dāng)調(diào)整來(lái)考慮這種影響。4.4計(jì)算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計(jì)算圖形有三種：（1）一維協(xié)同分析。按一維協(xié)同分析時(shí)，只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個(gè)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(jiǎn)化為由平行水平力方向上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件組成

10、的平面結(jié)構(gòu)。根據(jù)剛性樓板假定，同一樓面標(biāo)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(jì)算圖形。（2）二維協(xié)同分析。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(shí)計(jì)算；扭矩與水平力同時(shí)計(jì)算。在引入剛性樓板假定后，每層樓板有三個(gè)自由度u，v，（當(dāng)考慮樓板翹曲是有四個(gè)自由度），樓面內(nèi)各抗側(cè)力構(gòu)件的位移均由這三個(gè)自由度確定。剪力樓板位移與其對(duì)應(yīng)外力作用的平衡方程，用矩陣位移法求解。二維協(xié)同分

11、析主要為中小微型計(jì)算機(jī)上的桿系結(jié)構(gòu)分析程序所采用。（3）三維空間分析。二維協(xié)同分析并沒(méi)有考慮抗側(cè)力構(gòu)件的公共節(jié)點(diǎn)在樓面外的位移協(xié)調(diào)（豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào)），而且，忽略抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)具有明顯空間工作性能的筒體結(jié)構(gòu)也是不妥當(dāng)?shù)摹ＨS空間分析的普通桿單元每一節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點(diǎn)還應(yīng)考慮截面翹曲，有7個(gè)自由度。5.結(jié)束語(yǔ)我國(guó)的高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速。但從設(shè)計(jì)質(zhì)量方面來(lái)看，并不很理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體實(shí)際情況，應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析，用掌握的知識(shí)處理實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到的各種問(wèn)題。參考文獻(xiàn)： 1包世華,方鄂華.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)M.北京:清華大學(xué)出版社,1990. 2肖峻，高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)J，中化建設(shè)，2008，(12). 3范小平，高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題應(yīng)用分析J福建建材，2008.

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