摘要：本文分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，并簡要闡述了高層建筑結(jié)構(gòu)分析以及幾種體系相對應(yīng)的方法，僅供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計特點 結(jié)構(gòu)體系 結(jié)構(gòu)分析

隨著我國經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高層建筑數(shù)量也隨之增加。所以，對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析顯得極為重要。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

1.1 水平荷載是決定因素

樓房自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引發(fā)的軸力及彎矩的數(shù)值,僅僅和樓房高度的一次方成正比，但是水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩和在豎向構(gòu)件中由此引起的軸力,與樓房高度的兩次方成正比;另外,對一些一定高度樓房來說,豎向荷載基本上是固定值,但作為水平荷載的地震作用和風(fēng)荷載,它們的數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力特性的變化而大幅度變化的。

1.2 側(cè)移是控制指標(biāo)

和低層樓房不同,高層樓房結(jié)構(gòu)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)側(cè)移是關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的不斷增長,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形也隨之迅速增加,結(jié)構(gòu)頂點側(cè)移與建筑高度的四次方成正比。所以結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移必須要控制在一定限度之內(nèi)。

1.3 結(jié)構(gòu)延性成為重要設(shè)計指標(biāo)

延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，在承載能力不降低或基本不降低的情況下，具有足夠塑性變形能力的一種性能，一般用延性比來表示。受彎構(gòu)件會隨著荷載的增加，首先受拉位置混凝土出現(xiàn)裂縫，表現(xiàn)出非彈性變形。然后受拉鋼筋屈服，受壓位置高度降低，受壓位置混凝土被壓碎，最后導(dǎo)致構(gòu)件被破壞。從受拉鋼筋屈服到受壓位置混凝土被壓碎，是構(gòu)件的破壞的全過程。在被破壞過程中，構(gòu)件的承載能力并沒有發(fā)生多大的改變，但是，變形的大小程度卻決定了被破壞的性質(zhì)。所以，提高延性可以增加結(jié)構(gòu)的抗震潛力，并且能增強結(jié)構(gòu)抗倒塌的能力。高層建筑對于低層結(jié)構(gòu)來說，結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求會更柔一些，一旦碰到地震，在震動作用下的建筑結(jié)構(gòu)變形程度會更大。為防止倒塌，建筑在進(jìn)入塑性變形階段后依然具有很強的變形能力，就應(yīng)重點在構(gòu)造上做好防震設(shè)計，保證建筑設(shè)計具有優(yōu)良的延性。

1.4 軸向變形也不容輕視

在高層建筑理,豎向荷載數(shù)值會較大,會使柱中引起很大的軸向變形,從而會導(dǎo)致對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生一系列的影響,使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值變小,跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值變大;對預(yù)制構(gòu)件的下料長度也會產(chǎn)生影響,這就要求依據(jù)軸向變形計算值,對下料的長短做出相應(yīng)調(diào)整;另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移也會產(chǎn)生影響,和考慮構(gòu)件豎向變形相比較,結(jié)果會偏于不安全。

2.高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

2.1 剪力墻體系

在受力主體結(jié)構(gòu)全部都由平面剪力墻的構(gòu)件組和成時,就形成了剪力墻體系。它能夠承擔(dān)水平構(gòu)件傳遞過來的豎向荷載，同時也能承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳遞的水平地震作用。單片的剪力墻能經(jīng)受住所有的水平力和垂直荷載。剪力墻體系是剛性結(jié)構(gòu),其位移曲線呈現(xiàn)出彎曲形態(tài)。剪力墻體系的強度和剛度都很高,具有一定的延性,傳力直接并均勻,整體性能較好,抗倒塌能力較強,這是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)體系。

2.2 框架-剪力墻體系

在框架體系的強度和剛度不能符合要求時,常需要在建筑平面的合適位置上設(shè)置比較大的剪力墻來替代部分框架,這個體系就是框架-剪力墻體系。當(dāng)經(jīng)受水平力時,框架和剪力墻就會有足夠剛度的樓板及連梁構(gòu)成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系結(jié)構(gòu)中，框架體系主要承受垂直荷載的力量,而剪力墻主要承受水平剪力�？蚣�-剪力墻體系的位移曲線是彎剪型的。剪力墻的設(shè)置,增強了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,會使建筑物的水平位移變小,此時框架承受的水平剪力將明顯降低，且內(nèi)力沿豎向的分布逐漸趨于均勻,因而，框架-剪力墻體系的能建高度要比框架體系大。

2.3 筒體體系

只要使用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系均統(tǒng)稱為筒體體系。筒體是空間受力構(gòu)件,有實腹筒和空腹筒兩種類型。筒體體系擁有較大的剛度和強度,各構(gòu)件受力較合理,抗風(fēng)和抗震能力較強,常使用于大跨度、大空間和超高層建筑。

3.高層建筑的結(jié)構(gòu)分析

3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定

小變形假定。小變形假定也是一種普遍使用的基本假定。但有許多人對幾何非線性相關(guān)問題(P-Δ效應(yīng))進(jìn)行了系列的研究。普遍認(rèn)為,在頂點水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H > 1/500時, P-Δ效應(yīng)所產(chǎn)生的影響就不容忽視了。

彈性假定�，F(xiàn)在，工程上實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法全使用彈性的計算方法。在垂直荷載和一般風(fēng)力的影響下,結(jié)構(gòu)通常會處于彈性工作階段,這中假定是基本符合結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實工作狀況。但是在遭受地震和強臺風(fēng)作用時,常會產(chǎn)生較大的位移,進(jìn)入到彈塑性的工作階段。此時如果按照彈性方法計算內(nèi)力和位移時，就不能真實的反映結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，就要按彈塑性動力的分析方法。

計算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系的整體分析使用的計算圖形有以下幾種:一維協(xié)同分析、二維協(xié)同分析和三維空間分析。三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點就有6個自由度,如依照符拉索夫薄壁桿理論去分析的桿端節(jié)點，則必須考慮截面翹曲,有7個自由度。

剛性樓板假定。很多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法都假設(shè)樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大,而平面外的剛度則被忽略�？梢哉f,對框架體系和剪力墻體系使用這個假定是可以的。對于豎向剛度發(fā)生突變的結(jié)構(gòu),樓板剛度很小,主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大和層數(shù)較少等狀況,樓板變形的影響很大。尤其是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力及位移的影響尤其突出。應(yīng)將這些樓層的剪力作合適的調(diào)整來思考這些影響。

3.2 高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法

剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻的開洞情況會影響到剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)。不同種類的剪力墻,其截面應(yīng)力分布也不一樣,計算內(nèi)力和位移時應(yīng)該使用相應(yīng)的計算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的計算方法是平面有限單元法。此方法比較精準(zhǔn),并對各種剪力墻都能適用。但因為有一些弊端,目前一般只在特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復(fù)雜的情況下使用。

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)�？蚣�-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算的方法有很多種,根據(jù)采用的未知量和考慮因素的不同,各種方法解答的具體形式也不同。框架-剪力墻的計算方法,通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架,應(yīng)用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法解決。

筒體結(jié)構(gòu)。按照對計算模型處理手法的不同，筒體結(jié)構(gòu)的分析方法可以分成三類:等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。

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