淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析問(wèn)題

1、<p>　　淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析問(wèn)題</p><p>　　摘要：目前，伴隨著高層建筑在我國(guó)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(duì)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(shè)計(jì)現(xiàn)在主要成為結(jié)構(gòu)相關(guān)工程設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)和難點(diǎn)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：[TU

2、208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(lái)越多，城市化進(jìn)程不斷加快以及對(duì)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(xué)技術(shù)與社會(huì)

3、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平。 </p><p>　　1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn) </p><p>　　1.1水平荷載成為決定因素。一方面，因?yàn)闃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，僅與樓房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，

4、其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)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(huì)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)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會(huì)對(duì)預(yù)制構(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。 &l

5、t;/p><p>　　1.3側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)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(yīng)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(shè)計(jì)指標(biāo)。相對(duì)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(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別

6、需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，?lái)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(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析 </p><p>　　2.1水平荷載相對(duì)于豎向荷載顯得更為重要 </p><p>　　結(jié)構(gòu)需同時(shí)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(duì)高層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)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(duì)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(fēng)載和地震作用的數(shù)值大小往往會(huì)隨高層建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性不同而存在較大幅度的變化?？梢?jiàn)，水平荷載對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的影響大，側(cè)向位移成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制目標(biāo)之一。 </p><

8、p>　　2.2控制結(jié)構(gòu)側(cè)移是關(guān)鍵因素 </p><p>　　與低層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不同，高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)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(huì)快速增大。側(cè)向位移過(guò)大將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，特別是對(duì)豎向構(gòu)件，附加偏心力超過(guò)一定限值時(shí)，將會(huì)引起整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌破壞；同時(shí)，在風(fēng)荷載作用下，如果側(cè)向位移過(guò)大，將會(huì)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(guò)大，

9、更會(huì)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(duì)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(huì)引起較大范圍的軸向壓縮變形，對(duì)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(huì)達(dá)到一個(gè)比較大的數(shù)值，從而引起跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大，連

10、續(xù)梁中間支座處的負(fù)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(duì)于低層或是多層建筑來(lái)說(shuō)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(dāng)?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(qiáng)的變形能力。 </p><p>　　3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施 </p><p>　　3

11、.1建筑地基設(shè)計(jì) </p><p>　　對(duì)高層建筑來(lái)說(shuō)，在抗震設(shè)計(jì)中，房屋的高寬比是一個(gè)需慎重考慮的問(wèn)題。不僅僅由于該階段設(shè)計(jì)過(guò)程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，同時(shí)，也是地基基礎(chǔ)整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素，在這一階段，所出現(xiàn)的問(wèn)題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無(wú)法估量的損失。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性問(wèn)題。由于我國(guó)占地面積較廣，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范無(wú)法對(duì)全國(guó)各地的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的描述

12、和規(guī)定，因此，作為建立在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之下的地方標(biāo)準(zhǔn)。地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)計(jì)處理方法等一些成熟的經(jīng)驗(yàn)描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確，所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對(duì)地方規(guī)范進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)，以避免對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或后期設(shè)計(jì)工作造成較大的影響。 </p><p>　　3.2高層建筑不規(guī)則性設(shè)計(jì) </p><p>　　當(dāng)結(jié)構(gòu)的位移比和周期比超規(guī)范規(guī)定時(shí)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的抗扭

13、剛度相對(duì)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度偏小，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)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(duì)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(dāng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小，側(cè)移較大時(shí)，可對(duì)樓層周邊結(jié)構(gòu)做加法，可增大周邊構(gòu)件的剛度。對(duì)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(duì)側(cè)移值很小，因此可不按高層建筑的側(cè)移控制條件來(lái)要求裙房，即位移比可適當(dāng)放寬。對(duì)

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(shí)剛度變化處的下一層宜指定為薄弱層，進(jìn)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(shè)計(jì) </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(jìn)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(jìn)行承擔(dān)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(lái)進(jìn)行承擔(dān)。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅僅具有剪力墻較強(qiáng)的抗震能力和較大的剛度，同時(shí)還具有框架結(jié)構(gòu)的使用方便和布置靈活的特點(diǎn)，因此能夠被廣泛的應(yīng)用在高層的旅館建筑和辦公建筑當(dāng)中。而高層建筑的水平力也主要是由剪力墻和框架共同進(jìn)行承擔(dān)，正是因?yàn)榧袅涂蚣艿墓餐瑓f(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(shè)計(jì) </p><p>　　在高

16、層建筑中由于存在用水(生活用及消防用)及設(shè)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(duì)該部分由于有地震中的高振型影響，所受地震力相對(duì)較大，因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)法減輕該部非承重結(jié)構(gòu)部分的重量。同時(shí)將該部分的平面位置設(shè)置于接近抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度中心處，對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震將是相當(dāng)有利的。正常規(guī)情況下，屋頂突出升高部分的設(shè)備重量有電梯機(jī)房與水箱兩部分。由于消防對(duì)水壓頭的要求，水箱常是設(shè)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(dá)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(dāng)大的。為減少此項(xiàng)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(shí)吊索不能承擔(dān)剪力，而當(dāng)?shù)觞c(diǎn)的水平位移與吊索的長(zhǎng)度相比又為極小時(shí)，則對(duì)懸吊水箱的全重所產(chǎn)生的地震力甚至是可以略計(jì)的。懸吊水箱的自振周期是較長(zhǎng)的。?？勺龅?~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(dòng)周期比將相

18、差更大，因此是不會(huì)產(chǎn)生合拍共振的現(xiàn)象。值得注意的一點(diǎn)是。當(dāng)采用懸吊水箱時(shí)，吊桿上下宜做成鉸接。同時(shí)對(duì)進(jìn)水管、出水管及</p><p><b>　　4.結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　我國(guó)的高層建筑業(yè)得到了快速的發(fā)展，但是在發(fā)展的過(guò)程中，我們還是應(yīng)該遵循高層建筑的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)理念，選擇最有效的高層建筑結(jié)構(gòu)體系，建設(shè)好我國(guó)的高層建筑，令其更加符合甚至是超越國(guó)際市場(chǎng)

19、上的標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)的高層建筑業(yè)謀得更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　1.梅洪元，付本臣。中國(guó)高層建筑創(chuàng)作理論發(fā)展研究，高層建筑與智能建筑國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)，2002. </p><p>　　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) </p><p>