1、談高層建筑結構設計摘要：目前高層建筑越來越多的出現在各地城市中，作為經濟發達程度的標志。高層建筑在結構設計中需要綜合考慮多方面的因素，包括結構體系類型的選擇、經濟性、技術性考慮、具體方案設計等方方面面。 關鍵詞：高層建筑；結構；設計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 accoun
2、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：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1高層建筑結構體系的類型1.1 框架-剪力墻體系由于框架結構體系強度和剛度的限制，不適合建造高度較高的建筑，但可以通過在建筑平面合適的位置設置大的剪力墻以代替一部分框架，形成框架-剪力墻體系，增強建筑的剛度和強度，這種結構
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剛度足夠高的連梁和樓板協同工作，形成混合結構體系。這種結構的框架體系負責主要承擔垂直載荷，而剪力墻主要負責承擔水平載荷，二者相互協同。由于框架-剪力墻體系具有彎剪型的位移曲線，這增大了這種結構的側向剛度，減小建筑物的水平位移，不僅減小了框架結構承受的水平力，還使得內力在豎向的分布更加均勻，因此這種結構的建筑物高度要大于采用框架結構的建筑物。1. 2 剪力墻結構體系所謂剪力墻結構體系是指建筑的受力主體全部由平面剪力墻構件組成，在這種體系中，全部的豎直載荷和水平力由單片剪力墻來承受。剪力墻結構體系是剛性結構，位移曲線是彎曲型的，因此它的剛
4、度和強度都非常高，并且具有延性，傳力直接切均勻，有較好的整體性，具有很強的抗倒塌能力，因此剪力墻結構體系是一種比較好的結構體系。1.3 筒體結構筒體結構是在全剪力墻結構和框架-剪力墻結構的基礎上發展而來的，將密柱框架和剪力墻集中在房屋外圍和內部，從而形成空間封閉式的筒體，這就是筒體結構。由于筒體結構是將若干片縱橫交接的框架或者剪刀強圍起來，形成類似童裝的封閉骨架，并且通過樓層面加強連接，不僅可以形成比較大的使用空間，還具有剛度好的優點，能夠承受較大的水平載荷和豎向載荷，因此廣泛應用在超高層建筑中。2. 高層建筑結構選型2.1高層建筑結構選型和施工的關系不同的結構體系建筑施工工藝會有所不同，這不
5、僅影響建筑結構的受力情況和抗震性能，還會影響材料的消耗、勞動力、造價及工期等方方面面。因此，在選擇高層建筑的結構體系時要綜合權衡施工工藝及各備選結構的特點，選擇出最優的方案。對于現澆鋼筋混凝土高層建筑來說，其結構方面的造價主要有模板、施工和材料幾個部分。統計發現，模板的費用是造價中最主要的部分，占總造價的比例達到33-55%，因此，選擇合理的模板體系，會有效降低總體造價，還能對施工進度和勞動力消耗帶來有利影響。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，可以結合以下因素：(1)結構設計要有明確的計算簡圖以及合理的地震力傳遞路線；(2)建筑結構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，保證在遭遇地震時有充足的防御倒塌的能力；(3)要具有躲到抗震防練，當部分結構或構件因損壞而失效時，不會影響整體的載荷能力和抗側力；(4)強度和剛度在豎向和水平方向的分布要均勻，并根據設計需要合理布局，防止局部突變或消弱情況引起薄弱環節的出現，有效防止地震時應力的過大集中或塑形變形集中等危險情況的發生。當然，在選擇并確定高層建筑結構方案時，還應綜合考慮建筑安全的重要性、建筑高度、設防烈度、場地類別、地基條件、施工條件和材料供應多方面的因素，結合相關技術指標和經濟性分析，以選擇最恰當的結構體系。3高層建筑結構分析與設計方法3.1高層建筑結構分析中常用的基本假定高層建筑結
7、構主要是由框架、剪力墻和筒體等豎向抗側力構件通過水平樓板作為連接中介，并構成大型空間的結構體系。因為完全精確的通過三維空間結構進行分析存在著諸多困難，因此實踐中的各種分析方法都對計算機模型進行了一定程度的簡化，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踐中運用較多的假定方法，由于風力或垂直載荷的作用，結構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際情況。然而，如果遇到強臺風作用或者遭遇罕見地震時，高層建筑未出現較大的位移，并可能出現裂縫，此時結構就進入彈塑性工作階段，如果仍然按照彈性假定來分析的話，在計算內力和位移時就可能出現錯誤，無法真實反映結構的工作狀態，需要
8、改用彈塑性動力分析方法。(2)小變形假定。這也是實踐中采用較多的一種基本假定方法。在這種假定下進行分析設計時，有可能受到幾何非線性問題(P-效應)的影響，研究發現，如果建筑物頂點水平位移和建筑物高度H之間的比值/H1/500時，就要注意P-效應的影響。(3)剛性樓板假定。許多高層建筑在結構分析時通常都假定樓板在自身平面內具有無限大的剛度，并忽略平面外的剛度，這樣不僅在很大程度上減少了結構方面的自由度，使得計算更為簡便，也為空間薄壁杠桿理論的采用提供了便利。通常說來，這種假定在框架結構體系和剪力墻結構體系時非常適用的，但是對豎向剛度有突變的結構來說，由于樓板剛度比較小，并且主要抗側力構件存在層數
9、偏少或間距過大的情況，這樣樓板就有較大的變形，在結構頂部和底部的各層內力和位移上的影響也尤為明顯，此時就需要對這些樓層的剪力作出適當的調整，以避免不利影響的發生。(4)計算圖形的假定。由于二位協同分析方法忽略了抗側力構件平面外的剛度和扭轉剛度，并且對公共節點在樓面以外的唯一協調(主要是豎向位移和轉角的協調)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構中。為了解決這一問題，高層建筑結構主要使用三維空間分析作為整體分析的計算機圖形，因為三維空間分析的普通桿單元每個節點都有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論進行分析的桿端節點還需要考慮截面翹曲,具有7個自由度，這就使得分析更加準確。
10、3. 2高層建筑結構靜力分析方法(1)框架-剪力墻結構。框架-剪力墻結構在內力和位移計算時有很多方法可以選擇，實踐中應用較多的是連梁連續化假定方法。通過以剪力墻和框架水平位移或轉角相等的位移協調為條件，提取參數并建立位移和外荷載之間的微分方程，并帶入相關數據來求解，因為考慮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。這種結構在計算中，一般將結構轉化成等效壁式框架，建立桿系結構矩陣位移法來求解。(2)剪力墻結構。由于剪力墻的受力特性和變形狀態主要由剪力墻的開洞情況決定，根據受力特性的不同，可以將單片剪力墻分為聯肢墻、單肢墻、特殊開洞墻、框架墻和小開口整體墻等類型。不同類型的剪力墻截面應
11、力分布不盡相同，因此，要結合具體類型來計算內力和位移。在機算中，可以通過平面有限單元法，這種方法具有計算精確和適用性廣的優點，但是由于算法復雜，自由度多，耗時較長，因此目前主要用于應力分不復雜的剪力墻結構中，比如特殊開洞墻和框架墻過渡層。(3)筒體結構。按照對計算機模型處理方法的不同，筒體結構有三種分析方法：等效離散化方法、等效連續化方法和三維空間分析等效離散化方法是把連續的墻體離散成等效的杠桿，以方便適用合適的桿系結構方法進行分析。所謂等效連續化方法是指將結構中離散鋼桿件進行等效連續化處理，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算機模型方法，主要通過空間桿薄壁桿系矩陣位移法來實現，目前這種方法多應用在筒體結構體系的分析上，也是工程中廣泛使用的模型方法。參考文獻：1 肖峻. 高層建筑結構分析與設計J. 中華建設,2008(12).2 梁德. 高層建筑結構設計要點分析J. 建材技術與應用,2009(6).3 黃輝亮淺析當前我國高層建筑結構設計與選型J. 知識經濟,2011(10).4 王金山. 淺談高層建筑的結構設計J. 黑龍江科技信息,2011(11).
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