小議高層建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法

1、<p>　　小議高層建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法</p><p>　　摘要：相對于其他自然災(zāi)害，地震的不可預(yù)測性是最大的，因而給人們造成的損失也是最大的，所以建筑設(shè)計人員在工程設(shè)計中，一定要從建筑結(jié)構(gòu)的整體出發(fā)，本著人本主義的理念，處理好建筑安全性能和建筑功能之間的關(guān)系，從而來提升建筑的建筑質(zhì)量，提升高層建筑的抗震能力，以保證人們的生命財產(chǎn)安全，創(chuàng)造出更加安全和諧的人居環(huán)境。 </p><p&

2、gt;　　關(guān)鍵詞：高層建筑；建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計 </p><p>　　中圖分類號：TU97文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p>　　1高層建筑結(jié)構(gòu)分析 </p><p>　　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(fēng)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。 但當(dāng)收到遭受地震或強臺風(fēng)作用時,高層

3、建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移,出現(xiàn)裂縫。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(yīng)按彈塑性動力分析方法進(jìn)行設(shè)計。 </p><p>　　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計算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計算圖形有三種:一維協(xié)同分析

4、。 按一維協(xié)同分析時,只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個位移自由度方向上的變形協(xié)調(diào)。 在水平力作用下,將結(jié)構(gòu)體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件組成的平面結(jié)構(gòu)。 根據(jù)剛性樓板假定,同一樓面標(biāo)高處各榀抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)移相等,由此即可建立一維協(xié)同的基本方程。 在扭矩作用下,則根據(jù)同層樓板上各抗側(cè)力構(gòu)件轉(zhuǎn)角相等的條件建立基本方程。二維協(xié)同分析。 二維協(xié)同分析雖然仍將單榀抗側(cè)力構(gòu)件視為平面結(jié)構(gòu),但考慮了同層樓板上各榀抗側(cè)力構(gòu)件在樓面內(nèi)的變形協(xié)調(diào)。

5、縱橫兩方向的抗側(cè)力構(gòu)件共同工作,同時計算;扭矩與水平力同時計算。 在引入剛性樓板假定后,每層樓板有三個自由度u,v,θ(當(dāng)考慮樓板翹曲是有四個自由度),樓面內(nèi)各抗側(cè)力構(gòu)件的位移均由這三個自由度確定。三維空間分析, 三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點有6個自由度, 按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點還應(yīng)考</p><p>　　二、高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的理念 </p><p>　?。ㄒ唬┰诟邔咏?/p>

6、筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件必須要具備一下幾個方面的優(yōu)勢性能：剛度、承載力、延性、穩(wěn)定性等。 </p><p>　　總體上來說，建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件要遵循這樣的原則：強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件、強柱弱梁、強底層墻。其次，對于在設(shè)計和施工中，對可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相對薄弱的地帶或者部位，一定要采取各種合理的強化措施來提高此部位的抗震性能，從而達(dá)到整個建筑抗震的均衡性。再次，在設(shè)計中，面對縱向載荷的重要構(gòu)件，為保證整個建筑體的縱向受力

7、平衡，就要盡量避免在此設(shè)置主要的耗能構(gòu)件。 </p><p>　　（二）最大限度地設(shè)置抗震防線 </p><p>　　在一個巨大的建筑體中，抗震系統(tǒng)是根據(jù)建筑系統(tǒng)的設(shè)計而設(shè)計的。所以，整個抗震結(jié)構(gòu)體系不是單一存在的，而是由多個抗震延展性能較好的分體系合理構(gòu)成，各體系通過合理的連接，才構(gòu)成了建筑體的抗震體系。例如：剪力墻―框架的設(shè)計結(jié)構(gòu)，是由剪力墻和延性框架兩個部分構(gòu)成的，而在剪力墻體系中，

8、則由多肢或者雙肢剪力墻組成。 </p><p>　　為了抵抗地震以及余震的傷害，一道地震防線難以抵擋強大外力的破壞的，所以在抗震體系的設(shè)計中，要盡可能地多設(shè)置外部和內(nèi)部的冗余度，設(shè)置合理科學(xué)而具有完整體系的分布屈服區(qū)。同時，在同一樓層中，采用主要耗能構(gòu)件屈服后，則需要其他的側(cè)力構(gòu)件保持足夠的彈性，以最大限度保持“有效屈服”。在設(shè)計中，一定要避免同一建筑平面出現(xiàn)抗震力出現(xiàn)極度反差的兩個地段，避免在設(shè)計中出現(xiàn)不合理的

9、加強或者在施工中出現(xiàn)以大帶小的現(xiàn)象。 </p><p>　?。ㄈτ诳赡艹霈F(xiàn)受力薄弱的地段，要采取合理的措施補強 </p><p>　　在判斷建筑設(shè)計中的薄弱地段時，最基本的判斷方式就是量化構(gòu)件的實際承載能力，而構(gòu)件在地震的過程中，基本上不存在強度的安全儲備。在設(shè)計和施工中，一定要使得設(shè)計計算的彈性和樓層的實際承載能力的比值在總體上保持一個大致的變化范圍，倘若有突發(fā)位置的比值發(fā)生數(shù)值巨變

10、，那么就會使得塑性由于內(nèi)力的重新分布而導(dǎo)致集中產(chǎn)生。在設(shè)計中，一定要避免因為加強局部而造成整個建筑體的承載力和剛度產(chǎn)生極度的不協(xié)調(diào)的情況出現(xiàn)。 </p><p>　　三、高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法 </p><p>　　（一）最大限度減少地震能量的輸入 </p><p>　　在設(shè)計中，采用合理的設(shè)計方法，例如，可以采用基于位移的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，在這個設(shè)計中，對各種數(shù)據(jù)

11、要進(jìn)行詳盡的定量分析，將建筑體的抗震變形承受能能力滿足預(yù)期地震作用下的變形要求。除了要保證構(gòu)件的抗震作用，為了最大限度的減少地震能量的攝入，就要考慮到控制結(jié)構(gòu)的因素，在大地震的強力作用下，要保證控制結(jié)構(gòu)的間層位移延性比或者閾值。根據(jù)構(gòu)件位移和構(gòu)件變形的相互關(guān)系，來確定建筑結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的變形值。同時要根據(jù)建筑截面的應(yīng)變分布和應(yīng)變大小來確定建筑構(gòu)件的構(gòu)造分布要求。在建筑選址上，最好在堅硬的地段上建造高層建筑，這樣也可以最大限度地減少地震能量的

12、攝入。 </p><p>　　（二）推廣采用隔震和消能減震的設(shè)計方式 </p><p>　　我國高層建設(shè)的抗震設(shè)計一般采用的是“延性結(jié)構(gòu)設(shè)計體系”，這種設(shè)計體系的原理是通過適當(dāng)?shù)乜刂平ㄖ锏膭偠?，保證建筑物在地震中能夠即時進(jìn)入到非彈性狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，保持合理的延性，通過延性來釋放地震傳輸?shù)哪芰?，減少地震反應(yīng)，以達(dá)到“裂而不倒”的效果。在設(shè)計中，建議在采用“延性結(jié)構(gòu)設(shè)計體系”的同時，同時

13、采取滑移隔震、軟墊隔震、懸挑隔震、擺動隔震等隔震措施，從而改變建筑結(jié)構(gòu)的整體動力特征，最大限度的降低了地震能量的攝入。同時，建議提高結(jié)構(gòu)阻尼，在設(shè)備設(shè)計中，最好采用延性較好的構(gòu)件，這樣就可以很好地提高結(jié)構(gòu)的耗能能力，來減少高層建筑各樓層的地震剪力，從而減輕地震作用力。 </p><p>　?。ㄈ└邔咏ㄖp輕結(jié)構(gòu)的自重 </p><p>　　減輕結(jié)構(gòu)自重，要從兩個方面入手。第一，首先要看到

14、的是高層建筑的地基承載能力，如果是在相同的地基條件下，減輕建筑結(jié)構(gòu)就意味著通過節(jié)省重量來增加了建筑的延伸高度，這種高度的延伸，不涉及到增加地基處理的造價和不增加地基基礎(chǔ)。所以，在建設(shè)高層建筑時，如果需要在高度上有所增加時，自重的問題就必須要重視起來，這樣的情況對于軟土地基的影響更為明顯。第二，地震的效應(yīng)和建筑的重量是呈正比的，在建筑結(jié)構(gòu)重量增加的情況下，地震的作用力也是相對增加的。高層建筑因為高度的因素，其重心一般會較高，重心高就意味著

15、在地震外力的作用下，建筑的傾覆力矩也隨之增大。所以在設(shè)計的過程中，建議高層建筑的隔墻和填充墻最好采用輕質(zhì)材料。 </p><p>　　結(jié)語：城市化的快速發(fā)展使得城市建筑用地極具緊張，因此，為了滿足人居生活的改善，城市建筑只能縱向索取建設(shè)空間，從而促使現(xiàn)代城市的高層建筑不斷增多。尤其是08年5&#12539;12大地震以后，高層建筑對于抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計愈發(fā)要求得更為嚴(yán)格。在抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，不僅要體現(xiàn)科學(xué)化，

16、更重要的是體現(xiàn)人性化，重視人本主意。本文對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計作出簡要的分析，面對不同的設(shè)計問題，提出相應(yīng)的解決方案，以供參考。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 林同炎.斯托特斯伯里. 結(jié)構(gòu)概念和體系. 2011.北京：中國建筑工業(yè)出版社 </p><p>　　[2]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程北京：