淺議高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

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1、淺議高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)　　摘要：隨著建筑新材料的開發(fā)和利用、建筑的高度繼續(xù)提升、組合結(jié)構(gòu)建筑的增加、新型結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用、耗能減震技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，高層結(jié)構(gòu)布置常屈從于建筑平面布置和美感的要求,這引起了相關(guān)的結(jié)構(gòu)問題。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)體系的選擇、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、側(cè)向位移的控制、構(gòu)造要求等方面加以闡述。關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)體系的選擇；結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)；側(cè)向位移的控制；構(gòu)造要求中圖分類號：TU973文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意項(xiàng)高層建筑結(jié)構(gòu)中，隨著高度的增加，不但豎向荷載產(chǎn)生的效應(yīng)很大，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和側(cè)向位移更是迅速增大。而且對一定

2、高度建筑來說，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)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。因此水平荷載成了設(shè)計(jì)中的主要控制因素。（注：風(fēng)荷載作用在建筑物表面，結(jié)構(gòu)處于彈性階段；地震作用是慣性力，結(jié)構(gòu)考慮進(jìn)入塑性階段以耗散能量。）5高層建筑結(jié)構(gòu)中，建筑應(yīng)具有充分的剛度。必須限制水平位移，防止由于重力荷載大在產(chǎn)生二階P-△效應(yīng)時使建筑突然倒塌，防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞（出現(xiàn)裂縫）、防止電梯井變形過大影響使用、防止對使用者產(chǎn)生的不舒適感。（注：高層建筑結(jié)構(gòu)在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)方面同等重視。）高層建筑結(jié)構(gòu)中，由于徐變和收縮的豎向積

3、累變形很大，足以引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，同時在水平構(gòu)件中引起明顯的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，尤其在結(jié)構(gòu)的上部區(qū)域。高層建筑結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的重力和水平荷載通過基礎(chǔ)傳遞到地基，應(yīng)注重結(jié)構(gòu)特性和土—結(jié)構(gòu)相互作用力對基礎(chǔ)變形的影響。因此在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)在結(jié)構(gòu)體系的選擇、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、側(cè)向位移的控制、構(gòu)造要求等方面加以注意。二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟1、選擇合理的結(jié)構(gòu)形式；2、構(gòu)件的截面尺寸；3、結(jié)構(gòu)上荷載的確定；4、結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析和水平位移計(jì)算；5、截面設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的延性；6、構(gòu)造要求；7、繪施工圖。三、高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇5高層建筑從本質(zhì)上可看做是一個豎向懸臂構(gòu)件，所以應(yīng)注重水

4、平荷載的作用。在總體結(jié)構(gòu)中常包含一個以上獨(dú)立作用的豎向懸臂構(gòu)件，如剪力墻或芯筒，每個獨(dú)立構(gòu)件都相關(guān)于自己的軸線抗彎，它們之間僅通過樓板的平面內(nèi)剛度相互協(xié)調(diào)。另一方面，懸臂結(jié)構(gòu)也可以包括大量柱和墻的組合作用。從某種程度上說，各柱和墻是通過梁連接形成獨(dú)立粗大的懸臂桿，如果主要的豎向構(gòu)件具有不同的自由變形特征，在這種情況下它們將通過連接的板和梁相互影響，以致這些懸臂構(gòu)件的側(cè)向剛度和強(qiáng)度可以進(jìn)一步提高。因此高層建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮樓板對各豎向構(gòu)件的抗側(cè)力起到整體聯(lián)系的作用。（注：樓板由于跨度過大易發(fā)生翹曲，故樓板構(gòu)件設(shè)計(jì)時其跨度應(yīng)受到限制。）選擇結(jié)構(gòu)體系應(yīng)對

5、內(nèi)力進(jìn)行控制，發(fā)揮主要豎向構(gòu)件在平面上位置的優(yōu)勢，使其在恒荷載作用下產(chǎn)生的壓應(yīng)力大于水平引起的拉應(yīng)力，避免在豎向構(gòu)件中出現(xiàn)純拉力和拔起基礎(chǔ)。在各種類型結(jié)構(gòu)體系的平面布置時，各外構(gòu)件必須受壓。四、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)除了集中在抵抗地震對結(jié)構(gòu)在水平方向上產(chǎn)生的慣性力，還應(yīng)當(dāng)要求結(jié)構(gòu)有很好的延性和塑性。設(shè)計(jì)結(jié)合軟件輸入?yún)?shù)時，宜做到能量的平衡，減小地震能量的輸入，增大結(jié)構(gòu)耗能的能量。5在平面上設(shè)計(jì)應(yīng)注意：為了避免轉(zhuǎn)動彎矩，剛度中心和質(zhì)心應(yīng)盡可能地靠近；對稱布置傳遞水平荷載的構(gòu)件；規(guī)則的平面布局；統(tǒng)一的基礎(chǔ)。在剖面上設(shè)計(jì)應(yīng)注意：基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這

6、樣可以調(diào)節(jié)傾覆彎矩；隨著高度的增加，剛度應(yīng)保持不變，不可以增加；不要突然改變剛度；重的荷載放在較低層里，最理想的是放在地下室。五、高層建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的控制結(jié)構(gòu)整體受到風(fēng)荷載、地震作用時產(chǎn)生的側(cè)向位移，相對于恒荷載、活荷載的作用要大得很多，在結(jié)構(gòu)的各個構(gòu)件內(nèi)部會產(chǎn)生較大的內(nèi)力和應(yīng)力。如果結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移過大，可以通過改變幾何形狀，修改抗側(cè)力形式，增大水平構(gòu)件的彎曲剛度，增加剛性墻或芯筒等提高附加剛度，實(shí)現(xiàn)剛性聯(lián)結(jié)等方法減小位移。如在框筒結(jié)構(gòu)中，水平荷載下的樓板可在厚度及配筋上適當(dāng)加強(qiáng)，而作為一個剛性隔板，用于保持框筒的側(cè)向穩(wěn)定和側(cè)向剛度，有如竹子中的竹節(jié)。六、

7、高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求和其他構(gòu)造是對計(jì)算的補(bǔ)充、是對延性設(shè)計(jì)的探討、是對大量工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。針對各種結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)造要求，應(yīng)緊密結(jié)合高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2010)、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2010)、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)等中的要求。5高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎(chǔ)造價和處理措施，可以多建層數(shù)，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。為了避免結(jié)構(gòu)由于不同部位的溫度不同造成結(jié)構(gòu)變形而在內(nèi)部產(chǎn)生過大應(yīng)變和應(yīng)力?？梢圆扇”阌诮ㄖ?/p>

8、的不均勻變形，也可以采取加強(qiáng)各個部分并連結(jié)在一起的做