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1、談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：目前高層建筑越來(lái)越多的出現(xiàn)在各地城市中，作為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要綜合考慮多方面的因素，包括結(jié)構(gòu)體系類型的選擇、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性考慮、具體方案設(shè)計(jì)等方方面面。 關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)Abstract: at present, the high building more and more appear in all over town, as a sign of economic development level. In the structural design of high-rise building takes into accoun2、t many factors, including the structure system type selection, economy, technology, specific design, consider all aspects.Keywords: high building; Structure; design中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1高層建筑結(jié)構(gòu)體系的類型1.1 框架-剪力墻體系由于框架結(jié)構(gòu)體系強(qiáng)度和剛度的限制，不適合建造高度較高的建筑，但可以通過(guò)在建筑平面合適的位置設(shè)置大的剪力墻以代替一部分框架，形成框架-剪力墻體系，增強(qiáng)建筑的剛度和強(qiáng)度，這種結(jié)構(gòu)3、就是框架-剪力墻體系。在水平力承受方面，框架和剪力墻能夠通過(guò)剛度足夠高的連梁和樓板協(xié)同工作，形成混合結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)的框架體系負(fù)責(zé)主要承擔(dān)垂直載荷，而剪力墻主要負(fù)責(zé)承擔(dān)水平載荷，二者相互協(xié)同。由于框架-剪力墻體系具有彎剪型的位移曲線，這增大了這種結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，減小建筑物的水平位移，不僅減小了框架結(jié)構(gòu)承受的水平力，還使得內(nèi)力在豎向的分布更加均勻，因此這種結(jié)構(gòu)的建筑物高度要大于采用框架結(jié)構(gòu)的建筑物。1. 2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系所謂剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指建筑的受力主體全部由平面剪力墻構(gòu)件組成，在這種體系中，全部的豎直載荷和水平力由單片剪力墻來(lái)承受。剪力墻結(jié)構(gòu)體系是剛性結(jié)構(gòu)，位移曲線是彎曲型的，因此它的剛4、度和強(qiáng)度都非常高，并且具有延性，傳力直接切均勻，有較好的整體性，具有很強(qiáng)的抗倒塌能力，因此剪力墻結(jié)構(gòu)體系是一種比較好的結(jié)構(gòu)體系。1.3 筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)是在全剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，將密柱框架和剪力墻集中在房屋外圍和內(nèi)部，從而形成空間封閉式的筒體，這就是筒體結(jié)構(gòu)。由于筒體結(jié)構(gòu)是將若干片縱橫交接的框架或者剪刀強(qiáng)圍起來(lái)，形成類似童裝的封閉骨架，并且通過(guò)樓層面加強(qiáng)連接，不僅可以形成比較大的使用空間，還具有剛度好的優(yōu)點(diǎn)，能夠承受較大的水平載荷和豎向載荷，因此廣泛應(yīng)用在超高層建筑中。2. 高層建筑結(jié)構(gòu)選型2.1高層建筑結(jié)構(gòu)選型和施工的關(guān)系不同的結(jié)構(gòu)體系建筑施工工藝會(huì)有所不同，這不5、僅影響建筑結(jié)構(gòu)的受力情況和抗震性能，還會(huì)影響材料的消耗、勞動(dòng)力、造價(jià)及工期等方方面面。因此，在選擇高層建筑的結(jié)構(gòu)體系時(shí)要綜合權(quán)衡施工工藝及各備選結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇出最優(yōu)的方案。對(duì)于現(xiàn)澆鋼筋混凝土高層建筑來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)方面的造價(jià)主要有模板、施工和材料幾個(gè)部分。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，模板的費(fèi)用是造價(jià)中最主要的部分，占總造價(jià)的比例達(dá)到33-55%，因此，選擇合理的模板體系，會(huì)有效降低總體造價(jià)，還能對(duì)施工進(jìn)度和勞動(dòng)力消耗帶來(lái)有利影響。2.抗震體系選定的原則抗震是高層建筑必須考慮的總要因素，在考慮抗震性時(shí)，可以結(jié)合以下因素：(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖以及合理的地震力傳遞路線；(2)建筑結(jié)構(gòu)要有良好的言行和足夠的承6、載力，要具有足夠的好能潛力，保證在遭遇地震時(shí)有充足的防御倒塌的能力；(3)要具有躲到抗震防練，當(dāng)部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件因損壞而失效時(shí)，不會(huì)影響整體的載荷能力和抗側(cè)力；(4)強(qiáng)度和剛度在豎向和水平方向的分布要均勻，并根據(jù)設(shè)計(jì)需要合理布局，防止局部突變或消弱情況引起薄弱環(huán)節(jié)的出現(xiàn)，有效防止地震時(shí)應(yīng)力的過(guò)大集中或塑形變形集中等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。當(dāng)然，在選擇并確定高層建筑結(jié)構(gòu)方案時(shí)，還應(yīng)綜合考慮建筑安全的重要性、建筑高度、設(shè)防烈度、場(chǎng)地類別、地基條件、施工條件和材料供應(yīng)多方面的因素，結(jié)合相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性分析，以選擇最恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)體系。3高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法3.1高層建筑結(jié)構(gòu)分析中常用的基本假定高層建筑結(jié)7、構(gòu)主要是由框架、剪力墻和筒體等豎向抗側(cè)力構(gòu)件通過(guò)水平樓板作為連接中介，并構(gòu)成大型空間的結(jié)構(gòu)體系。因?yàn)橥耆_的通過(guò)三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析存在著諸多困難，因此實(shí)踐中的各種分析方法都對(duì)計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化，并做出一些基本的假定。(1)彈性假定。這是在高層建筑工程實(shí)踐中運(yùn)用較多的假定方法，由于風(fēng)力或垂直載荷的作用，結(jié)構(gòu)常常處于彈性工作階段，因此通常情況下，這種假定比較符合實(shí)際情況。然而，如果遇到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用或者遭遇罕見(jiàn)地震時(shí)，高層建筑未出現(xiàn)較大的位移，并可能出現(xiàn)裂縫，此時(shí)結(jié)構(gòu)就進(jìn)入彈塑性工作階段，如果仍然按照彈性假定來(lái)分析的話，在計(jì)算內(nèi)力和位移時(shí)就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，無(wú)法真實(shí)反映結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，需要8、改用彈塑性動(dòng)力分析方法。(2)小變形假定。這也是實(shí)踐中采用較多的一種基本假定方法。在這種假定下進(jìn)行分析設(shè)計(jì)時(shí)，有可能受到幾何非線性問(wèn)題(P-效應(yīng))的影響，研究發(fā)現(xiàn)，如果建筑物頂點(diǎn)水平位移和建筑物高度H之間的比值/H1/500時(shí)，就要注意P-效應(yīng)的影響。(3)剛性樓板假定。許多高層建筑在結(jié)構(gòu)分析時(shí)通常都假定樓板在自身平面內(nèi)具有無(wú)限大的剛度，并忽略平面外的剛度，這樣不僅在很大程度上減少了結(jié)構(gòu)方面的自由度，使得計(jì)算更為簡(jiǎn)便，也為空間薄壁杠桿理論的采用提供了便利。通常說(shuō)來(lái)，這種假定在框架結(jié)構(gòu)體系和剪力墻結(jié)構(gòu)體系時(shí)非常適用的，但是對(duì)豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于樓板剛度比較小，并且主要抗側(cè)力構(gòu)件存在層數(shù)9、偏少或間距過(guò)大的情況，這樣樓板就有較大的變形，在結(jié)構(gòu)頂部和底部的各層內(nèi)力和位移上的影響也尤為明顯，此時(shí)就需要對(duì)這些樓層的剪力作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以避免不利影響的發(fā)生。(4)計(jì)算圖形的假定。由于二位協(xié)同分析方法忽略了抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，并且對(duì)公共節(jié)點(diǎn)在樓面以外的唯一協(xié)調(diào)(主要是豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào))也缺乏考慮，因此具有缺陷性，尤其是用在空間工作性能明顯的筒體結(jié)構(gòu)中。為了解決這一問(wèn)題，高層建筑結(jié)構(gòu)主要使用三維空間分析作為整體分析的計(jì)算機(jī)圖形，因?yàn)槿S空間分析的普通桿單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有6個(gè)自由度，按符拉索夫薄壁桿理論進(jìn)行分析的桿端節(jié)點(diǎn)還需要考慮截面翹曲,具有7個(gè)自由度，這就使得分析更加準(zhǔn)確。10、3. 2高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法(1)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在內(nèi)力和位移計(jì)算時(shí)有很多方法可以選擇，實(shí)踐中應(yīng)用較多的是連梁連續(xù)化假定方法。通過(guò)以剪力墻和框架水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)為條件，提取參數(shù)并建立位移和外荷載之間的微分方程，并帶入相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)求解，因?yàn)榭紤]因素和采用未知量的不同，不同的方法也有不同的解答形式。這種結(jié)構(gòu)在計(jì)算中，一般將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成等效壁式框架，建立桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法來(lái)求解。(2)剪力墻結(jié)構(gòu)。由于剪力墻的受力特性和變形狀態(tài)主要由剪力墻的開(kāi)洞情況決定，根據(jù)受力特性的不同，可以將單片剪力墻分為聯(lián)肢墻、單肢墻、特殊開(kāi)洞墻、框架墻和小開(kāi)口整體墻等類型。不同類型的剪力墻截面應(yīng)11、力分布不盡相同，因此，要結(jié)合具體類型來(lái)計(jì)算內(nèi)力和位移。在機(jī)算中，可以通過(guò)平面有限單元法，這種方法具有計(jì)算精確和適用性廣的優(yōu)點(diǎn)，但是由于算法復(fù)雜，自由度多，耗時(shí)較長(zhǎng)，因此目前主要用于應(yīng)力分不復(fù)雜的剪力墻結(jié)構(gòu)中，比如特殊開(kāi)洞墻和框架墻過(guò)渡層。(3)筒體結(jié)構(gòu)。按照對(duì)計(jì)算機(jī)模型處理方法的不同，筒體結(jié)構(gòu)有三種分析方法：等效離散化方法、等效連續(xù)化方法和三維空間分析等效離散化方法是把連續(xù)的墻體離散成等效的杠桿，以方便適用合適的桿系結(jié)構(gòu)方法進(jìn)行分析。所謂等效連續(xù)化方法是指將結(jié)構(gòu)中離散鋼桿件進(jìn)行等效連續(xù)化處理，具體方法有有限條法、能量法、擬殼法、框筒近似解法和微分方程解法等。三維空間分析法是比以上兩者更加精確的計(jì)算機(jī)模型方法，主要通過(guò)空間桿薄壁桿系矩陣位移法來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前這種方法多應(yīng)用在筒體結(jié)構(gòu)體系的分析上，也是工程中廣泛使用的模型方法。參考文獻(xiàn)：1 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