高層建筑結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)研究

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1、高層建筑結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)研究　　摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑高度的不斷增加，風(fēng)格的變化多樣，給高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的課題和挑戰(zhàn)。本文結(jié)合論述高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很多基本概念，掌握理解這些概念對(duì)從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員十分有益。關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題分析中圖分類號(hào)：TU97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：一、高層建筑各專業(yè)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)高層建筑設(shè)計(jì)是個(gè)多專業(yè)、多程序的復(fù)雜系統(tǒng)工程，涉及“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”三個(gè)基本環(huán)節(jié)，參與高層建筑設(shè)計(jì)的工程師都深深體會(huì)到，對(duì)于每個(gè)專業(yè)單獨(dú)而言是最完美的設(shè)計(jì)，但結(jié)合在一起卻不是優(yōu)秀的設(shè)計(jì)?！敖ㄖ?、結(jié)構(gòu)、

2、設(shè)備”是互相制約的三個(gè)有機(jī)組成部分，高層建筑設(shè)計(jì)既是各個(gè)專業(yè)自我完善的過(guò)程，也是各個(gè)專業(yè)之間互相協(xié)調(diào)的過(guò)程。我們認(rèn)為在方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)階段一般應(yīng)以建筑專業(yè)牽頭進(jìn)行各專業(yè)協(xié)調(diào)，在施工圖設(shè)計(jì)階段則應(yīng)以結(jié)構(gòu)專業(yè)為主進(jìn)行各專業(yè)協(xié)調(diào)。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了采用合理的結(jié)構(gòu)體系，先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)外，大量的工作是搞好與其它專業(yè)的協(xié)調(diào)，以便保證結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的實(shí)現(xiàn)。二、高層結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)特點(diǎn)7（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在豎向構(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

3、在豎向構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的二次方成正比；另一方面，對(duì)某一定高度的樓房來(lái)講，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)值則隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。(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，會(huì)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。(3)側(cè)移

4、成為控制指標(biāo)。與較低的樓房不同結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(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)。三、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系分析7(1)框架一剪力墻體系。當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時(shí)，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來(lái)代替部分框架，因而便形成了框架一剪力墻體系。在該體系中，框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。剪力墻的設(shè)置增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時(shí)框架承受的水平剪力顯著降低，且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻

5、，所以，框架一剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。(2)剪力墻體系。當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時(shí)，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度均比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架一剪力墻體系。(3)筒體體系。凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)體體系，包括單簡(jiǎn)體、簡(jiǎn)體一框架、筒中筒、多束筒等多種形式。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實(shí)腹筒和空腹筒兩種類型。簡(jiǎn)體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度，各構(gòu)件受力比較合理

6、，抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng)，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層。四、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題分析7（1）結(jié)構(gòu)選型①結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問(wèn)題。新規(guī)范對(duì)這方面的內(nèi)容有了較大的變動(dòng)，增加了相當(dāng)多的限制條件，例如平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等。因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件時(shí)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)。②高度問(wèn)題。按我國(guó)現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2002)規(guī)定，綜合考慮經(jīng)濟(jì)與適用的原則，給出了各種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度。對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度均有嚴(yán)格的限制，尤其是新規(guī)范中針對(duì)以前的超高問(wèn)題，除了將原

7、來(lái)的限制高度設(shè)定為A級(jí)高度的建筑外，增加了B級(jí)高度的建筑。隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變，即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。③嵌固端的設(shè)置問(wèn)題。由于高層建筑一般都帶有2層或2層以上的地下室和人防設(shè)施，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板或人防頂板等位置。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于嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的一系列需要注意的問(wèn)題，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

8、的協(xié)調(diào)等。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)工作的大量修改或留下安全隱患。④短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題。在新規(guī)范中，將墻肢截面高厚比為5—8的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)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