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1、廣西工學(xué)院土木建筑工程系土木工程專(zhuān)業(yè)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 班 級(jí)：土 木 063 班 學(xué) 號(hào)：200600503036 姓 名： 王 靈 芝 指導(dǎo)老師： 羅臻 莫廣周 二0一0年三月二日高層建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：高層建筑的定義很難確定?？梢哉f(shuō)1-2層的建筑物為低層建筑，中層建筑也許為3-4層至1020層的或者更多層數(shù)的建筑物。盡管在基本原理上，高層建筑的豎向和水平構(gòu)件的設(shè)計(jì)同低層及多層建筑的設(shè)計(jì)沒(méi)什么區(qū)別，但當(dāng)要使豎向構(gòu)件的設(shè)計(jì)成為高層設(shè)計(jì)有兩個(gè)控制性的因素：首先，高層建筑需要較大的柱體、墻體和井筒；更重要的是側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪力變形要大的多，必要要有謹(jǐn)慎的設(shè)計(jì)來(lái)保證。關(guān)鍵詞： 高

2、層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 框架 剪力墻 抗震體系概 述高層建筑的豎向構(gòu)件從上到下逐層對(duì)累積的重力和荷載進(jìn)行傳遞，這就要有較大尺寸的柱體或者墻體來(lái)進(jìn)行承載。此外，這些構(gòu)件還要將風(fēng)荷載及地震荷載等水平荷載傳給基礎(chǔ)。然而，水平荷載的分布不同于豎向荷載，它們是非線(xiàn)性的，并且沿著建筑物高度的增加而迅速地增加。例如，在其他條件都相同時(shí)，風(fēng)荷載在建筑物底部引起的傾覆力矩隨建筑物高度近似地成平方規(guī)律變化，而在頂部的水平位移與其高度的四次方成正比。地震荷載產(chǎn)生的效應(yīng)更為明顯。對(duì)于低層和多層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只需考慮恒荷載和部分動(dòng)荷載時(shí)，建筑物的柱、墻、樓梯或電梯等就自然能承受大部分水平力。所考慮的問(wèn)題主要是抗剪問(wèn)題。對(duì)于現(xiàn)

3、代“短”建筑物里的鋼架系統(tǒng)支撐設(shè)計(jì)，如無(wú)特殊承載需要，無(wú)需加大柱和梁的尺寸，而通過(guò)增加規(guī)定尺寸的板（或甚至所有面板）就可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn)。不幸的是，對(duì)于高層建筑首先要解決的不僅僅是抗剪問(wèn)題，比其更重要的還有抵抗力矩和抵抗變形問(wèn)題。高層建筑中的柱、梁、墻及板等經(jīng)常需要采用特殊的結(jié)構(gòu)布置和特殊的材料，以抵抗相當(dāng)高的側(cè)向荷載以及變形。如前所述，在高層建筑中每平方英尺建筑面積結(jié)構(gòu)材料的用量要高于低層建筑。支撐重力荷載的豎向構(gòu)件，如墻、柱及井筒，在沿建筑物整個(gè)高度方向上都應(yīng)予以加強(qiáng)。用于抵抗側(cè)向荷載的材料數(shù)量要求更重要。對(duì)于鋼筋混凝土建筑，對(duì)材料的數(shù)量要求也隨著建筑物層數(shù)的增加而增加。在此應(yīng)當(dāng)注意的是，

4、因混凝土材料質(zhì)量增加而帶來(lái)的建筑物自重的增加，要比鋼結(jié)構(gòu)增加得多，而為抵抗風(fēng)荷載的能力而增加的材料用量卻不是那么多，因?yàn)榛炷磷陨淼闹亓靠梢缘挚箖A覆力矩。另一方面，混凝土建筑自重的增加，將會(huì)加大抗震設(shè)計(jì)的難度。在地震荷載作用下，上層樓體的附加質(zhì)量的增加將會(huì)使整體側(cè)向荷載劇增。無(wú)論對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或者對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，下面這些基本的原則都有助于在不需要增加太多成本的前提下增強(qiáng)建筑物抵抗側(cè)向荷載的能力。1. 增加抗彎構(gòu)件的有效寬度。由于當(dāng)其他條件不變時(shí)，寬度的增加能夠直接減小扭矩，并以寬度增量的三次冪形式減小變形，因此這一措施非常實(shí)用。但是這項(xiàng)措施必須保證加寬后的豎向承重構(gòu)件非常有效地連接才能收

5、到切實(shí)利益。2. 在設(shè)計(jì)構(gòu)件時(shí)，盡可能有效地使它們加強(qiáng)相互間的作用力。例如，可以采用具有有效應(yīng)力狀態(tài)的弦桿和桁架體系；也可在墻的關(guān)鍵位置加置拉結(jié)鋼筋；以及最優(yōu)化鋼架的剛度比等措施。3. 增加最有效的抗彎構(gòu)件的截面材料。例如，增加較低層柱以及連接大梁的翼緣截面，將可直接減少側(cè)向位移和增加抗彎能力，而不會(huì)加大上層樓面的質(zhì)量，否則，地震問(wèn)題將會(huì)（因樓層質(zhì)量增加）被加劇。4. 通過(guò)設(shè)計(jì)安排使大部分豎向荷載，直接作用于主要的抗彎構(gòu)件。這樣通過(guò)預(yù)壓主要的抗傾覆構(gòu)件，可以使建筑物在傾覆拉力的作用下保持穩(wěn)定。5. 通過(guò)合理地放置實(shí)心墻體及在豎向構(gòu)件中使用斜撐構(gòu)件，可以有效地抵抗每層的局部剪力。但僅僅通過(guò)豎向構(gòu)

6、件進(jìn)行抗剪是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)槭怪傲河凶銐虻目箯澞芰?，比用墻或斜撐需要更多材料和施工工程量?. 每層應(yīng)加設(shè)充足的水平隔板。這樣就會(huì)使各種抗力構(gòu)件更好地在相互作用，而不是單獨(dú)工作。7. 在中間轉(zhuǎn)換層通過(guò)大型豎向和水平構(gòu)件及重樓板創(chuàng)建連接成大框架，或者采用深梁體系。應(yīng)當(dāng)注意的是，所有高層建筑的本質(zhì)都是由地面支撐的懸臂結(jié)構(gòu)。如何合理地運(yùn)用上面所提到的原則，就可以利用合理地布置墻體、核心筒、框架、筒式結(jié)構(gòu)和其他豎向結(jié)構(gòu)分體系，使建筑物取得足夠的水平承載力和剛度。本文后面將對(duì)這些原理的應(yīng)用做介紹。剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)剪力墻能夠與其他功能需求兼容時(shí)，高層建筑中采用剪力墻可以經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行高層建筑的抗側(cè)向荷載設(shè)計(jì)。例如

7、，住宅樓需要很多隔墻，如果這些隔墻都設(shè)計(jì)為實(shí)體的，那么他們可以起到剪力墻的作用，既能抵抗側(cè)向荷載，又能承受豎向荷載。對(duì)于20層以上的建筑物，剪力墻的采用極為常見(jiàn)。如果給與足夠的長(zhǎng)度，剪力墻能夠經(jīng)濟(jì)有效地抵抗30-40層甚至更多樓層的水平荷載。但是，剪力墻只能抵抗平行于墻平面的荷載（也就是說(shuō)不能抵抗垂直于墻的荷載）。因此有必要經(jīng)常在兩個(gè)相互垂直的方向設(shè)置剪力墻，或者在盡可能多的方向布置，以用來(lái)抵抗各個(gè)方向的側(cè)向荷載。此外，墻體設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，兩片或者更多的剪力墻會(huì)布置成L型或者槽形。實(shí)際上，四片內(nèi)剪力墻可以連接到一個(gè)矩形軸（聯(lián)結(jié)成矩形），以更有效地抵抗側(cè)向荷載。如果所有外部

8、剪力墻連續(xù)都連接起來(lái)，整個(gè)建筑物就像是一個(gè)筒體，即是精良的剪力墻系統(tǒng)，將會(huì)具有很強(qiáng)的抵抗水平荷載和抵抗扭矩的能力。通?；炷辆图袅Χ际菍?shí)體的，并在有要求時(shí)開(kāi)洞，而鋼筋剪力墻常常是做成桁架型式。這些桁架上可能布置成單斜撐、X斜撐或K斜撐。在側(cè)向力作用下這些桁架的組合構(gòu)件受到拉或壓力（即成拉桿或壓桿）。從強(qiáng)度和變形控制角度來(lái)說(shuō)，桁架有著很好的功效，并且管道可以在構(gòu)件之間穿過(guò)。當(dāng)然，鋼桁架墻的斜向構(gòu)件在墻體上要正確放置，以免妨礙開(kāi)窗、循環(huán)以及管道穿過(guò)這些墻。如上所述，電梯墻、樓梯間及設(shè)備豎井都可以形成筒狀體，常常用它們同時(shí)抵抗豎向荷載和水平荷載。這些筒體的橫斷面一般呈矩形或圓形，由于筒結(jié)構(gòu)作用，筒

9、狀結(jié)構(gòu)能夠提供有效地方式進(jìn)行各個(gè)方向上的抗彎和抗剪。不過(guò)在這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的一個(gè)問(wèn)題是，如何保證在門(mén)洞口和其他孔洞的強(qiáng)度。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通過(guò)使用特殊的鋼筋配置在這些孔洞的周?chē)床贾眉訌?qiáng)筋）。對(duì)于鋼剪力墻，則要求在開(kāi)洞處有更重更強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)連接，以抵抗洞口變形。對(duì)于很多高層建筑，互相合理地布置與連接墻體和筒體，會(huì)起到很好的抵抗側(cè)向荷載的作用。還要求由這些結(jié)構(gòu)分體系提供的剛度在各個(gè)方向上應(yīng)大體對(duì)稱(chēng)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，用于抵抗豎向和水平荷載的框架結(jié)構(gòu)，常作為一個(gè)重要且標(biāo)準(zhǔn)的型式而被采用來(lái)設(shè)計(jì)建筑。它們適用于低層、多層建筑物，可能用于70-100層高的高層建筑物。同剪力墻結(jié)構(gòu)相比，這

10、種結(jié)構(gòu)更適合在建筑物的內(nèi)部或者外圍的墻體上開(kāi)設(shè)矩形孔洞。同時(shí)它還能充分利用建筑物內(nèi)在任何情況下都要采用的梁和柱的剛度，但當(dāng)柱子與梁剛性連接時(shí)，通過(guò)框架受彎來(lái)抵抗水平和豎向荷載會(huì)使這些柱子的承載能力變得更大。大多情況下，框架的剛度不如剪力墻，因此對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的建筑物設(shè)計(jì)將會(huì)出現(xiàn)過(guò)度變形。但正是因?yàn)檫@種柔性，使得其與剪力墻結(jié)構(gòu)相比具有更大的延性，因而地震荷載下不易發(fā)生事故。例如，如果框架局部某處（例如連接處附近）出現(xiàn)超應(yīng)力時(shí)，那么其延性就會(huì)允許整個(gè)結(jié)構(gòu)位移多一點(diǎn)，但即使在結(jié)構(gòu)上承受比預(yù)期更大的力量也絕不會(huì)（使建筑物）崩潰。因此，框架結(jié)構(gòu)常被視為最好的高層抗震結(jié)構(gòu)型式。另一方面，設(shè)計(jì)得好的剪力墻結(jié)構(gòu)也不可能倒塌。對(duì)于混凝土框架結(jié)構(gòu)，還存在較大的分歧。的確，如果混凝土框架按傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)，不進(jìn)行特殊的延性設(shè)計(jì)，那么它將很難承受比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值大很多倍的地震荷載的沖擊。因此，很多人認(rèn)為它不具備鋼框架所具備的超載能力。不過(guò)最新研究和實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)混凝土中放入足夠的鋼箍和節(jié)點(diǎn)鋼筋時(shí) ，混凝土框架框架也能表現(xiàn)出很好的延性。新建筑規(guī)范對(duì)所謂延性混凝土框架有專(zhuān)門(mén)的規(guī)定。然而，現(xiàn)在這些規(guī)范往往要求在