1、高層建筑主體抗側力結構的對稱性與均勻性研究摘要：文章討論了高層建筑結構設計中結構的對稱性與均勻性，通過分析建筑主體抗側力結構的對稱性與均勻性的實際應用，總結概述了對稱性和均勻性在高層建筑結構的主要體現，以給高層建筑結構設計提供參考。 關鍵詞：高層建筑；結構；對稱性；均勻性Abstract: this paper discusses the structure design of high-rise building structure and the symmetry of evenness, through the analysis of the main building resist l
2、ateral force structure of symmetry, uniformity of the actual application, this paper summarizes the symmetry and summarizes the uniformity of high-rise buildings in the main reflected, to give provides reference for the design of high-rise building structure.Keywords: high building; Structure; Symme
3、try; uniformity中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A文章編號：0前言現代高層建筑隨著社會經濟的發展而使得建筑的高度和設計樣式越來越豐富，這對建筑結構設計帶了巨大的挑戰，高層建筑結構設計對于建筑而言是關鍵，在符合設計安全要求的前提下實現視覺美觀，是結構設計的最佳方案。本文就高層建筑中的對稱性與均勻性做了一點理論探索和研究。一般而言，為了達到建筑的對稱性與均勻性，沿建筑物豎向方向，建筑造型和結構布置比較均勻，避免建筑的整體剛度、承載能力和傳力的突變，這樣可以避免結構在豎向某一樓層或少數樓層出現不均勻的部位。由于這些部位將產生過大的應力集中或超量的變形，容易導致結構過早地倒塌。而建筑平
4、面要求有規則，平面內結構布置比較均勻，這樣可使建筑物分布質量產生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑進行傳遞，還可以使質量分布與結構剛度分布協調，限制質量與剛度之間的偏心。建筑平面規則、結構布置均勻，有利于防止薄弱的子結構過早破壞、倒塌，使地震作用能在各子結構之前重分布，增加結構的贅余度數量，發揮整個結構耗散地震能量的作用。1高層建筑主體抗側力結構主體抗側力結構的剛度要求是高層建筑結構設計的重要衡量指標之一。第一，高層建筑的主體抗側力結構剛度必須滿足國家規范規定的水平位移、整體剛度、強度延性的要求，以保證高層建筑結構能正常工作，這也是高層建筑結構主體抗側力結構剛度的最低要求，必須嚴格滿足。此外，
5、特別要指出的是，高層建筑結構抗側力結構的剛度不宜過大，應當適宜。若主體抗側力結構的剛度過大，結構的基本自振周期就比較短，地震荷載會增大，結構承受的水平力和側復矩也隨之增大，因此導致地基基礎的負擔變大，而結構的斷面和相應的構造配筋將會增加較大，設計結構不經濟。若主體抗側力結構剛度過大，肯定造成結構所占的面積和空間變大，從而影響建筑的作用，降低了建筑平面利用系數，空間的利用將不合理。結構尤其是高層建筑在一個建筑中必須占據一定的空間。結構如何和建筑巧妙的結合，為建筑創造盡量更多的有效的使用空間，也是高層建筑結構設計的重要評價指標之一。扁梁框架和寬扁梁框架在高層建筑結構中的合理利用，有效地提高了建筑空
6、間和使用空間，降低了建筑層高，改變了結構的延性，具有明顯的綜合技術經濟效益，是高層建筑空間利用的一個好典型。近年來在筒體和整體結構高寬比很大的高層、超高層建筑結構中，利用避難層、設備層設置剛性加強層，在筒體和面廣量大的樓面框架梁尺寸并沒有過多增大的情況下，有效提高了結構抗側剛度，滿足了建筑、結構的使用要求，保證了建筑平面使用系數和建筑使用空間，是建筑空間利用的又一個好典型。只顧結構自身局部某個或某類構件的合理性，忽視建筑物整體的合理性，使結構占據過大的建筑空間，降低建筑平面利用系數，影響建筑物的使用標準，甚至引起建筑層高過多加大，使建筑物造價隨之增加，這種設計思想和方法是錯誤的。應該說，如何做
7、到使高層建筑結構中每一個構件都能較好地發揮既承受垂直荷載又承受水平荷載。充分發揮高層建筑結構中每一個構件的整體空間抗側作用，才是一個好的高層建筑結構設計。適宜的高層建筑結構主體抗側力結構剛度應以滿足或者略大于國家行業規范限定值，結構的延性和安全儲備主要來源于優良的結構構造和精心設計分析；一味依靠增加結構斷面尺寸來提高剛度，則容易會適得其反，然而，如果必須注意的配筋構造措施沒有相應跟上，就會造成結構上的隱患，耗費了大量的材料和成本費用，反而損壞了結構的延性和安全度。2高層建筑結構荷載高層建筑結構荷載主要包括結構自重、活荷載、風荷載和地震作用荷載。通過高層建筑的結構的對稱和均勻性設計，應當盡量使豎
8、向構件在垂直荷載作用下的壓應力水平接近均勻，這樣就可以避免豎向構件之間壓應力的二次轉移，這也同樣可以應用于高層建筑結構的基礎設計中。要注意使基礎反力水平接近、剛度均勻。當然豎向構件在垂直荷載下壓應力水平(即軸壓比：豎向構件組合設計壓應力與該構件截面混凝上設計強度之比)絕對的一致是不可能的，但是豎向構件在垂直荷載下壓應力水平就己經有較大差異的高層結構顯然是不合理的。因為壓應力的二次轉移是以樓屋蓋梁板的變形協調傳遞為代價的，勢必要使樓屋蓋梁板產生一定的附加二次內應力從而增加其鋼量和斷面，造成材料的浪費和造價的增加。同時要指出的是，垂直荷載下豎向構件壓應力水平的調整協調十分復雜，它取決于整體結構的實
9、際施土構成過程，實際的垂直荷載作用的時間、混凝上材料的徐變、收縮特性等，影響十分復雜，設計時很難事先予以準確的控制；因此到目前為止，尚無較好的軟件來實現這個復雜過程的準確計算反映。這反過來又極易給結構造成內在的隱患。所以結論是十分明確的，即垂直荷載下豎向構件壓應力水平接近均勻是最合理優化的結構選擇;實際的高層建筑結構設計應該也是不難能夠實現它的。3高層建筑主體抗側力結構對稱性與均勻性主要體現(1) 高層建筑主體抗側力結構沿兩個主軸方向的剛度應當比較接近、變形特點都比較相似。這是由于實際的高層建筑結構都是三維空間的，而在實際中的地震荷栽、風荷載都具有任意方向性的特點；因此，如果高層建筑主體抗側力
10、結構兩個主軸方向的剛度必須均勻分布，這樣才能達到比較良好的抗震和抗風性能。(2) 高層建筑主體抗側力結構沿豎向斷面和構成變化應當保持均勻，嚴格不突變。這里主要是指主體建筑的結構剪切剛度不能發生突變。這種高層建筑的均勻性可以很好地避免因薄弱層的破壞而引起的結構整體破壞，尤其是強震區的高層建筑結構設計時應當特別注意。(3) 高層建筑主體抗側力結構的平面布置，嚴格保持同一主體方向各片抗側力結構剛度均勻性，不能在主體結構設計中布置某一、二片剛度特別大而延性較差的結構。比如又長又窄的實體剪力墻。此時，即使結構仍滿足對稱性和剛度的要求，但這個剛度巨大的結構當發生地震時，將會第一時間吸收極大的能量，應力集中
11、嚴重，從而容易最先達到破壞，繼而引起整體結構的嚴重破壞。保證同一主軸方向的各片抗側力結構剛度均勻性，水平荷載作用下應力分布將可以均勻，這樣就大大的有利于結構抗震延性。(4) 高層建筑主體抗側力結構的水平布置還應當注意中央核心與周邊結構剛度協調均勻分布，保證主體結構具有較好的抗扭剛度，以避免高層建筑物在地震荷載或風荷載的扭矩作用下產生過大的扭轉變形而結構或非結構構件的破壞。這是因為實際的建筑平面變化無窮，特別是相鄰未來建筑的影響，即使自身對稱的建筑，風荷載仍會產生較大的扭矩，有時將超出設計控制的范圍。4結論總而言之，高層建筑主體抗側力結構的對稱性與均勻性在主體抗側力結構和剛度的主要體現在：(1)
12、 高層建筑主體抗側力結構沿兩個主軸方向的剛度對稱、變形對稱和抗側力結構沿豎向斷面、構成變化比較均勻、不要突變。(2) 高層建筑主體抗側力結構剛度分布均勻，高層建筑的剛度沿高度變化要一致均勻，不要因結構構件的布置不合理造成剛度突變。參考文獻1Charles H. Thornton ,季直倉. 在高層和超高層建筑中的結構表現J. 建筑科學,1987,(1).2黃振宇. 高層建筑結構豎向布置的探討J. 科技資訊,2008,(11).3侯巧玲,付剛. 高層建筑結構分析與設計方法研究J. 價值工程,2010,(21).4王平,張南. 淺談高層建筑結構設計J. 中國建設信息,2002,(16).5王鉦日. 試論現代高層建筑結構設計特點及相關問題J. 黑龍江科技信息,2012,(4).注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。
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