淺談對高層建筑結(jié)構(gòu)的認識.doc

_淺談對高層建筑結(jié)構(gòu)的認識 超過一定層數(shù)或高度的建筑稱為高層建筑。然而對于高層建筑的起點高度或?qū)訑?shù)沒有絕對嚴格的標準。出于對防火的要求，我國民用建筑設計通則、高層民用建筑設計防火規(guī)范將10層及10層以上的住宅建筑與高度超過24米的公共建筑和綜合性建筑稱為高層建筑。而從結(jié)構(gòu)受力形態(tài)的角度來看，8層以上的房屋，風和地震等水平荷載或作用顯得越來越重要，甚至起控制作用，因此高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程將10層及10層以上或高度超過28米的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)稱為高層建筑。 一、高層建筑結(jié)構(gòu)的體系 （一）框架結(jié)構(gòu)體系 由梁和柱這兩類構(gòu)件通過剛節(jié)點連接而成的結(jié)構(gòu)稱為框架，當整個結(jié)構(gòu)單元所有的豎向和水平作用完全由框架承擔時，該結(jié)構(gòu)體系稱為框架結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系具有可以靈活地配合建筑平面布置的優(yōu)點，利于安排需要較大空間的會議室、商場、教室、車間等。同時框架結(jié)構(gòu)的梁、柱構(gòu)件易于標準化、定型化，便于采用裝配整體式結(jié)構(gòu)，縮短施工工期。其缺點在于節(jié)點處應力集中明顯，且結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，宜發(fā)生較嚴重的破壞。 （二）剪力墻結(jié)構(gòu)體系 當受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時，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。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架結(jié)構(gòu)或框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。 （三）框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系 當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當位置設置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在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，所以框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系的能建高度要大于框架結(jié)構(gòu)體系。 （四）筒體結(jié)構(gòu)體系 凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為筒體結(jié)構(gòu)體系，包括單筒體、筒體框架、筒中筒、多束筒等多種型式。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。筒體體系具有很大的剛度和強度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，往往應用于大跨度、大空間或超高層建筑。 2、 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點 （一）水平荷載成為決定因素 一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(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，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。 （二）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，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大，同時還會對預制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響。 （三）側(cè)移成為控制指標 與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設計中的關(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)移應被控制在某一限度之內(nèi)。 （四）結(jié)構(gòu)延性是重要設計指標 相對于較低樓房而言，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)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。 3、 高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定 高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件（框架、剪力墻、筒體等）通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定： （1）彈性假定。目前工程上實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風力作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。但是在遭受地震或強臺風作用時，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫，進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內(nèi)力和位移時不能反映結(jié)構(gòu)的真實工作狀態(tài)的，應按彈塑性動力分析方法進行設計。 （2）小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題（P效應）進行了研究。一般認為，當頂點水平位移與建筑物高度H的比值 /H 1/500時，P效應的影響就不能忽視了。 （3）剛性樓板假定。許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計算方法，并為采用空間薄壁桿件理論計算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，對樓板變形的影響較大，特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯?？蓪⑦@些樓層的剪力作適當調(diào)整來考慮這種影響。 四、高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法高層建筑結(jié)構(gòu)分析模型應根據(jù)結(jié)構(gòu)實際情況確定，所選取的分析模型應能較準確地反映結(jié)構(gòu)中實際受力情況。高層建筑結(jié)構(gòu)分析，應根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點選擇平面分析模型（包括平面結(jié)構(gòu)平面協(xié)同分析模型及平面結(jié)構(gòu)空間協(xié)同分析模型）和空間三維結(jié)構(gòu)分析模型（包括空間桿-薄壁桿系、空間桿-墻板元及其他組合有限元等），并應用相應的簡化分析方法。主要的有平面分析方法、平面結(jié)構(gòu)空間協(xié)同分析方法和空間分析方法。五、心得與體會通過對高層建筑結(jié)構(gòu)設計的學習，了解了高層建筑最基本的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)特點和設計計算時一些基本的假定和分析方法，以及各種結(jié)構(gòu)，如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)計算時所采用的計算分析方法及其步驟。隨著高層建筑進一步的發(fā)展，滿足高層建筑的形式、材料、力學分析模型都將日趨復雜多元，為了革新高層建筑，體現(xiàn)其魅力，追求新的結(jié)構(gòu)形式和更加合