對(duì)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析

1、<p>　　對(duì)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析</p><p>　　摘要：隨著高層建筑在我國的迅速發(fā)展，復(fù)雜的不規(guī)則高層建筑越來越多，如何正確進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)計(jì)算，以滿足新規(guī)范的要求，也越來越成為結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)工作的主要重點(diǎn)和難點(diǎn)之所在。本文對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中值得重視的問題進(jìn)行了探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑; 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì); 分析 </p><p>　

2、　Abstract: With the development of high-rise buildings in China's rapid development, complex irregular high-rise building more and more, how to correctly carry out the structural design and the structure computation,

3、 in order to meet the demands of the new standard, has increasingly become the main emphasis and difficulty of design work of the structural engineer. This paper discusses the problems worthy of attention in structure de

4、sign of high-rise building. </p><p>　　Key words: high-rise building; structure design; analysis </p><p>　　中圖分類號(hào)：I043文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 </p><p>　　1

5、.1結(jié)構(gòu)選型。對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)而言，在工程設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)選型階段應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： </p><p>　　1)結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動(dòng)，新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件。而且，新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案”。因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。 </p><p>　　2

6、)結(jié)構(gòu)的超高問題。對(duì)于超高限建筑物,應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度。因?yàn)樵诘卣鹆ψ饔孟?超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會(huì)發(fā)生很大的變化。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。因此，必須對(duì)結(jié)構(gòu)的該項(xiàng)控制因素嚴(yán)格注意 </p><p>　　3)嵌固端的設(shè)置問題。不僅關(guān)系到結(jié)構(gòu)中某些構(gòu)件內(nèi)力分配的準(zhǔn)確性,而且還影響結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移

7、的真實(shí)性,以及結(jié)構(gòu)局部的經(jīng)濟(jì)性,由于高層建筑～般都帶有地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算之前必須首先確定結(jié)構(gòu)嵌固端的所在位置,在這個(gè)問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師需要注意如下幾個(gè)方如：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)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等。 </p><p>　　1.

8、2地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì) </p><p>　　對(duì)高層建筑來說，在抗震設(shè)計(jì)中，房屋的高寬比是一個(gè)需慎重考慮的問題。不僅僅由于該階段設(shè)計(jì)過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)的問題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范無法對(duì)全國各地的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的描述

9、和規(guī)定，因此，作為建立在國家標(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>　　1.3結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析 </p><p>　　在結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析階段，如何準(zhǔn)確，高效地對(duì)工程進(jìn)行內(nèi)力分析

10、并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理，是決定工程設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。由于新規(guī)范的推出對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，因此，結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該相當(dāng)?shù)貙?duì)這一階段比較常見的問題有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。 </p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。目前比較通用的計(jì)算軟件有：SATWE、TAT、PMSAP或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異，因此導(dǎo)致了各軟件的計(jì)算結(jié)果有或

11、大或小的不同。 </p><p>　?。?）是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對(duì)自振周期的影響。該部分內(nèi)容實(shí)際上在新老規(guī)范中都有提及，只是，在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實(shí)測(cè)周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算自振周期折減系數(shù)。 </p><p>　?。?）振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加一個(gè)振型參與系數(shù)的概念處理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計(jì)中，并未提出振型參與系

12、數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計(jì)算分析階段必須對(duì)計(jì)算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。 </p><p>　?。?）多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計(jì)算。一段時(shí)間以來，大底盤，多塔樓的建筑類型大量涌現(xiàn)，而在計(jì)算分析該類型建筑時(shí)，是將結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體并按多塔類型進(jìn)行計(jì)算，還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計(jì)算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。如果多塔

13、間剛度相差較大，就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求，但是對(duì)某一座塔樓的地震力計(jì)算誤差仍然有可能較大，從而便結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。 </p><p>　　（5）非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)。在建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對(duì)這部分內(nèi)容，尤其是建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大，因此，必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算處理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)

14、。 </p><p>　　二、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)特點(diǎn) </p><p>　　2.1水平載荷成為決定因素 </p><p>　　任何一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)都要同時(shí)承受垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，還要具有抵抗地震作用的能力。在較低樓房中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響也就較小;但在較高樓房中盡管豎向荷載仍對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生著重要影響

15、，水平荷載卻起著決定性的作用。隨著樓房層數(shù)的增多，水平荷載愈益成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的控制因素。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)件中所引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面對(duì)某一高度樓房來說，豎向荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。 2.2軸向變形不容忽視 </p><p

16、>　　通常在低層建筑結(jié)構(gòu)分析中，只考慮彎矩項(xiàng)，因?yàn)檩S力項(xiàng)影響很小，而剪切項(xiàng)一般可不考慮。但對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)，情況就不同了。由于層數(shù)多，高度大，軸力值很大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會(huì)使高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力數(shù)值與分布產(chǎn)生顯著的改變。對(duì)連續(xù)梁彎矩的影響：采用框架體系和框一墻體系的高樓中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時(shí)，此種差異軸向變形將會(huì)達(dá)到較大的數(shù)值，其后

17、果相當(dāng)于連續(xù)梁的中間支座產(chǎn)生沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩增大。對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移的影響，與考慮豎向桿件軸向變形的剪力相比較，不考慮豎桿件軸向變形時(shí)，各構(gòu)件水平剪力的平均誤差達(dá)30%以上，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移減小一半以上。 </p><p>　　2.3側(cè)移成為控制指標(biāo)與低層建筑不同 </p><p>　　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，隨著樓層的增

18、加，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大。設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，能夠可靠地承受風(fēng)荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力;還要求具有足夠的抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，保證良好的居住和工作條件。 </p><p>　　2.4結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo) </p><p>　　相對(duì)低層結(jié)構(gòu)而言，高層結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使建筑在進(jìn)入塑性變形階段

19、后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌。特別需要在構(gòu)造上采以恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。 </p><p><b>　　三、結(jié)束語 </b></p><p>　　目前我國高層建筑的發(fā)展迅速，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求不斷地完善，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到各種問題。作為工程設(shè)計(jì)人員必須充分地理解新規(guī)范軟件的編制原理，密切結(jié)合新規(guī)范和工程實(shí)際情況，我們?cè)O(shè)計(jì)人員能夠積累經(jīng)驗(yàn),