對高層結構設計的分析

1、<p>　　對高層結構設計的分析</p><p>　　摘要：隨著高層建筑在我國的迅速發(fā)展，復雜的不規(guī)則高層建筑越來越多，如何正確進行結構設計和結構計算，以滿足新規(guī)范的要求，也越來越成為結構工程師設計工作的主要重點和難點之所在。本文對高層建筑結構設計中值得重視的問題進行了探討。 </p><p>　　關鍵詞：高層建筑; 結構設計; 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：I043文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　一、高層建筑結構設計應注意的問題 </p><p>　　1

5、.1結構選型。對于高層建筑結構而言，在工程設計的結構選型階段應注意以下幾點： </p><p>　　1)結構的規(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，新規(guī)范在這方面增添了相當多的限制條件。而且，新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案”。因此，結構工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。 </p><p>　　2

6、)結構的超高問題。對于超高限建筑物,應當采取科學謹慎的態(tài)度。因為在地震力作用下,超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(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、延性要求、材料性能、荷載取值、力學模型選取等。因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意 </p><p>　　3)嵌固端的設置問題。不僅關系到結構中某些構件內(nèi)力分配的準確性,而且還影響結構產(chǎn)生側移

7、的真實性,以及結構局部的經(jīng)濟性,由于高層建筑～般都帶有地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，高層建筑在進行結構分析計算之前必須首先確定結構嵌固端的所在位置,在這個問題上，結構設計工程師需要注意如下幾個方如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協(xié)調等。 </p><p>　　1.

8、2地基與基礎設計 </p><p>　　對高層建筑來說，在抗震設計中，房屋的高寬比是一個需慎重考慮的問題。不僅僅由于該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行，同時，也是地基基礎整個工程造價的決定性因素，在這一階段，所出現(xiàn)的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎設計中要注意地方性規(guī)范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質條件相當復雜地基基礎設計規(guī)范無法對全國各地的地基基礎都進行詳細的描述

9、和規(guī)定，因此，作為建立在國家標準之下的地方標準。地方性的“地基基礎設計規(guī)范能夠將各地方的地基基礎類型和設計處理方法等一些成熟的經(jīng)驗描述和規(guī)定得更為詳細和準確，所以，在進行地基基礎設計時，一定要對地方規(guī)范進行深入地學習，以避免對整個結構設計或后期設計工作造成較大的影響。 </p><p>　　1.3結構計算與分析 </p><p>　　在結構計算與分析階段，如何準確，高效地對工程進行內(nèi)力分析

10、并按照規(guī)范要求進行設計和處理，是決定工程設計質量好壞的關鍵。由于新規(guī)范的推出對結構整體計算和分析部分相當多的內(nèi)容進行了調整和改進，因此，結構工程師也應該相當?shù)貙@一階段比較常見的問題有一個清晰的認識。 </p><p>　　（1）結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有：SATWE、TAT、PMSAP或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異，因此導致了各軟件的計算結果有或

11、大或小的不同。 </p><p>　　（2）是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內(nèi)容實際上在新老規(guī)范中都有提及，只是，在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下建筑結構計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)范中增加一個振型參與系數(shù)的概念處理措施進行設計。并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設計中，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，在計算分析階段必須對計算結果中該參數(shù)的結果進行判斷，并決定是否要調整振型數(shù)目的取值。 </p><p>　?。?）多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算。一段時間以來，大底盤，多塔樓的建筑類型大量涌現(xiàn)，而在計算分析該類型建筑時，是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算，還是將結構人為地分開進行計算，是結構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，但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大，從而便結構出現(xiàn)不安全的隱患。 </p><p>　?。?）非結構構件的計算與設計。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)的非結構構件。對這部分內(nèi)容，尤其是建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于建筑的地震作用和風荷載均較大，因此，必須嚴格按照新規(guī)范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計

14、。 </p><p>　　二、結構分析與設計特點 </p><p>　　2.1水平載荷成為決定因素 </p><p>　　任何一個建筑結構都要同時承受垂直荷載和風產(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構設計，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，對結構的影響也就較小;但在較高樓房中盡管豎向荷載仍對結構設計產(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構設計中的控制因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構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;而水平荷載對結構產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構件中所引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面對某一高度樓房來說，豎向荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值隨結構動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、>　　通常在低層建筑結構分析中，只考慮彎矩項，因為軸力項影響很小，而剪切項一般可不考慮。但對于高層建筑結構，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，軸向變形會使高層建筑結構的內(nèi)力數(shù)值與分布產(chǎn)生顯著的改變。對連續(xù)梁彎矩的影響：采用框架體系和框一墻體系的高樓中，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種差異軸向變形將會達到較大的數(shù)值，其后

17、果相當于連續(xù)梁的中間支座產(chǎn)生沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩增大。對構件剪力和側移的影響，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，各構件水平剪力的平均誤差達30%以上，結構頂點側移減小一半以上。 </p><p>　　2.3側移成為控制指標與低層建筑不同 </p><p>　　結構側移已成為高層建筑結構設計中的關鍵因素，隨著樓層的增

18、加，水平荷載作用下結構的側向變形迅速增大。設計高層結構時，不僅要求結構具有足夠的強度，能夠可靠地承受風荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力;還要求具有足夠的抗側剛度，使結構在水平荷載下產(chǎn)生的側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結構延性是重要設計指標 </p><p>　　相對低層結構而言，高層結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使建筑在進入塑性變形階段

19、后仍具有較強的變形能力，避免倒塌。特別需要在構造上采以恰當?shù)拇胧?，來保證結構具有足夠的延性。 </p><p><b>　　三、結束語 </b></p><p>　　目前我國高層建筑的發(fā)展迅速，對高層建筑結構設計的要求不斷地完善，導致機構設計中經(jīng)常遇到各種問題。作為工程設計人員必須充分地理解新規(guī)范軟件的編制原理，密切結合新規(guī)范和工程實際情況，我們設計人員能夠積累經(jīng)驗,