豎構(gòu)件對結(jié)構(gòu)變形的影響高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)分析

豎構(gòu)件對結(jié)構(gòu)變形的影響高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)分析

1.層的設(shè)計特點(diǎn)1.1建筑物的正比例關(guān)系在垂直組件中，承受負(fù)荷的建筑重量和樓層的重量，以及建筑物高度的方成正比。結(jié)構(gòu)的傾斜矩陣和垂直組件中的軸力水平負(fù)荷的確定與建筑高度的兩個二次成正比有關(guān)。在一定高度的樓房中,豎向荷載多為定值,但風(fēng)荷載和地震作用的水平荷載,是伴隨結(jié)構(gòu)不同動力的特征進(jìn)行不同幅度變化的。1.2連續(xù)梁彎矩的影響豎向荷載很大的高層建筑,在柱中不僅能引起很大的軸向變形,還會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生很大的影響,最終減少連續(xù)梁中間支座的負(fù)彎矩值,增大跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值。除此之外,預(yù)制構(gòu)件中的下料的長度也會受其影響,所以,對下料長度進(jìn)行調(diào)整時,要根據(jù)軸向變形的計算值。1.3樓地面形式作為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要因素的結(jié)構(gòu)側(cè)移,與較低的樓房有很大的不同之處。受樓房高度直線增加的影響,水平荷載下的結(jié)構(gòu)下的側(cè)移也將會隨其增大,造成在水平荷載作用下的結(jié)構(gòu)側(cè)移被控制在一定范圍之內(nèi)。2.震作用下的變形控制與較低樓房相比較而言,高樓的結(jié)構(gòu)的柔和度會更好點(diǎn),在地震作用下發(fā)生的變形也會較大點(diǎn)。為了確保結(jié)構(gòu)具有較大的延性,在其進(jìn)入塑性變形階段之后,還具有很強(qiáng)的變形力,以防止倒塌,所以在其構(gòu)造上要選用一些相對應(yīng)的措施。高層建筑的設(shè)計:2.1廣場空間的利用通常情況下,由于高層建筑的體量過大,給街道空間帶來一種壓迫的感覺。高層建筑體量給人們帶來一種對比的心理,特別是在觀看高層建筑之后,進(jìn)入街道時,這種感覺特別明顯。所以,在設(shè)計街道兩邊的高層建筑時,最好要后退處理,并在退出的空地上設(shè)計一個起到緩沖作用的廣場空間。與此同時,受高層建筑面積較大的影響,容納很多的人員,造成出入口的人流量增大,此時,后退的廣場空間只能起到緩解交通的作用。從另一個角度進(jìn)行分析,在街道空間和城市空間中起到主要作用的廣場空間,在給公眾留下較好印象的同時,還成為城市的焦點(diǎn)。這方面就是共享空間的優(yōu)點(diǎn)之一。還有一些建筑真實(shí)被設(shè)計成下沉式的廣場,例如日本的筑波中心,就被設(shè)計成了下沉式廣場。這樣獨(dú)特的廣場空間行造型,設(shè)計重點(diǎn)主要從環(huán)境和人的角度進(jìn)行出發(fā),在為公眾提供舒心而又安靜的休閑場所的同時,也突出了建筑塔樓的形象特征。所以,在設(shè)計高層建筑時,應(yīng)該把廣場和建筑納入設(shè)計的范圍。2.2高層建筑發(fā)展型的必要性每一個城市中的高層建筑物,不僅具有特定的象征性和代表性,同時還全面地反映出這個城市的發(fā)展程度和經(jīng)濟(jì)水平,所以說,每個城市在建造高層建筑時,有目標(biāo)地選擇建筑造型是非常重要的。受建筑結(jié)構(gòu)形式和使用功能的影響,高層建筑物在造型方面是受建筑結(jié)構(gòu)形式的變化而變化的。作為高層建筑主體部分的塔樓,其表現(xiàn)形式直接決定了高層建筑的造型。這也是世界各國建筑存在獨(dú)特的外形和明顯識別性的主要原因之一。近年來,受資源短缺危機(jī)較大的影響,高層建筑也以“生態(tài)節(jié)能型”為建筑目標(biāo)。在“生態(tài)節(jié)能型”建筑物的設(shè)計中,對整個城市影響較小的高層建筑主體下的裙房,對于街道的寬度和人情化空間創(chuàng)造的影響卻很大。裙樓立面設(shè)計與其上部的立面不一樣,為了增加其下部空間的色彩,它需要全面而又細(xì)致的設(shè)計,這主要與部分的裙房和公眾視覺接觸較多的原因有很大關(guān)系。對整個建筑形象起到強(qiáng)化個性作用的高層建筑屋頂,對生態(tài)環(huán)境影響較小,但在塑造高層建筑的標(biāo)志方面卻有很大的影響作用,所以,很有必要根據(jù)建筑的基座和樓身兩方面進(jìn)行塑造高層建筑物的屋頂。3.高層建筑結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析3.1維結(jié)構(gòu)分析中簡化模型的引入由于高層建筑的結(jié)構(gòu)是由簡體框架、剪力墻三者經(jīng)過水平平樓板連接構(gòu)成的。所以,從三維空間結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行精確而又完全的分析還存在一定的難度。尤其在每種實(shí)用的分析方法中,要引入多種程度不一的簡化適應(yīng)于計算模型。以下幾個基本假定在高層建筑中較為常見:3.1.1p—小變形假定通常情況下,在高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定中,小變形假定被使用得較多。很多研究人員從幾何非線性方面,也就是P—△效應(yīng),對其進(jìn)行詳細(xì)的研究。得出這樣的注意事項(xiàng):當(dāng)頂點(diǎn)水平位移與建筑物的高度比值大于0.2%時,就需要高度重視P—△效應(yīng)的影響程度。3.1.2剪力墻體系中的剛度板局限一般采用現(xiàn)構(gòu)體系的方法來計算,傳統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和折在高層建設(shè)結(jié)構(gòu)的分析中,存在注重自身平面內(nèi)的剛度無限大,忽略平面外的剛度的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。這一假定不僅減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度,簡化計算方法的同時,還為筒體結(jié)構(gòu)的計算使用空間薄壁桿件理論創(chuàng)造了良好的條件。通常情況下,使用剛性樓板假定在框架體系和剪力墻體系中是完全可行的。但對于有突變的豎向剛度結(jié)構(gòu)來說,影響樓板變形也較大。例如一些樓板剛度不大、層數(shù)不多、主要抗側(cè)力的構(gòu)件間距太大等一些情況,特別是在結(jié)構(gòu)底部、頂部每層內(nèi)力、位移的影響效果更為顯著。針對這些問題,要適當(dāng)采取一些調(diào)整的措施。3.1.3直荷載中高層建筑結(jié)構(gòu)的彈性現(xiàn)階段,彈性假定的計算方法,在工程的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法中使用得較為廣泛。特別是在垂直荷載中,高層建筑結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段時間較久,彈性假定與實(shí)際工作狀況相吻合?？墒?遇到地震或者較大強(qiáng)風(fēng)等自然災(zāi)害時,其結(jié)構(gòu)就會因位移幅度較大產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象,從而步入彈塑性工作階段。為了能反映出高層建筑結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀態(tài),只能在設(shè)計中使用彈塑性動力分析方法。3.1.4公共節(jié)點(diǎn)的位移協(xié)調(diào)一般情況下,對高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體的三維空間分析主要選用計算圖形假定方法。二維協(xié)同的分析并沒有把抗側(cè)力構(gòu)件的公共節(jié)點(diǎn)在樓面外的位移協(xié)調(diào)納入考慮的范圍之中,此外,對抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度也沒有給予高度的重視。對精通桿單元進(jìn)行三維空間分析的每一節(jié)點(diǎn),只有六個自由度,如果從符拉索夫薄壁桿理論進(jìn)行分析,還少了一個截面翹曲自由度。4.高層建筑結(jié)構(gòu)靜載分析4.1等效連續(xù)化方法從計算模型處理手法角度進(jìn)行分析,筒體結(jié)構(gòu)的分析方法可劃分為三維空間分析、等效連續(xù)化以及等效離散化三種方法。以下主要介紹等效連續(xù)化和等效離散化兩種方法。等效連續(xù)化方法是對結(jié)構(gòu)中的離散桿件進(jìn)行等效連續(xù)化處理的。處理的方法主要有兩種,其一,為了方便應(yīng)用連續(xù)函數(shù)描述其內(nèi)力,只在幾何分布上進(jìn)行連續(xù)化;其二,為了能更好地應(yīng)用和分析彈性薄板的各種有效方法,主要作幾何和物理上的連續(xù)處理,把離散桿件代換成等效的正交異性彈性薄板。為了便于應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行分析,等效離散化方法把連續(xù)的墻體離散為等效的桿件。這種方法主要是由平面構(gòu)架子結(jié)構(gòu)法和核心筒的構(gòu)架分析法構(gòu)成的。4.2截面應(yīng)力在不同類型的墻體中的分布剪力墻開洞情況可以直接決定剪力墻的受力特征和變形狀態(tài)。由于受力具有很多的特性,單片剪力墻被劃分特殊開洞墻、單肢墻、聯(lián)肢墻、框支墻以及小開口整體墻等多種類型。受剪力墻類型不同的影響,其截面應(yīng)力也有很多的分布。通常情況下,所以對其內(nèi)力和位移的計算要選擇對應(yīng)的方法。對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算時,多使用平面有限單元法,這種方法不僅精確,還比較適應(yīng)多類剪力墻的結(jié)構(gòu)計算中。受其自由度過多的影響,需要耗費(fèi)過多的機(jī)時。所以,現(xiàn)階段對應(yīng)力侵略較為復(fù)雜的情況使用這種方法,例如:框支墻的過渡層和特殊開洞墻等情況。4.3各種方法的對比雖然對框架——剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移進(jìn)行計算的方法有很多種,但通常情況下,使用連梁連續(xù)化假定的方法還是較多的。通過剪力墻和框架水平進(jìn)行位移或者轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào),可以建立相關(guān)于位移與外荷載間的微分方程進(jìn)行解答。受選用未知量和考慮因素不同等因素影響,每種方法解答的形式也存在很大的不同之處。一般情況下,使用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移的方