談建筑結構體系及設計方法

1、<p>　　談建筑結構體系及設計方法</p><p>　　摘要：隨著社會發(fā)展，科學技術的進步，基本建設規(guī)模的大型建筑、高層建筑等結構形式越來越多。本文以工作經驗為基礎，對高層建筑結構分析與設計的基本特點；常用的基本假定和所采用的分析方法進行了探討。 </p><p>　　關鍵詞：高層建筑 結構分析 設計 水平載荷 </p><p>　　1.建筑結構分析與設

2、計的基本特點 </p><p>　　1.1 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，水平荷載產生的內力和位移很小，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生著重要影響，水平荷載卻起著決定性的作用。 </p>&

3、lt;p>　　1.2 軸向變形不容忽視 </p><p>　　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力數值與分布產生顯著的改變。 </p><p>　　1.3 側移成為控制指標 </p><p&g

4、t;　　與低層建筑不同，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生的內力；還要求具有足夠的抗側剛度。使結構在水平荷載下產生的側移被控制在某一限度之內，保證良好的居住和工作條件。 </p><p>　　2. 高層建筑結構的體系類型 </p><p>　　2.1 框架

5、――剪力墻體系 </p><p>　　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同工作的結構體系。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荷載?？蚣塄D―剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設置，增大了結構的側向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水

6、平剪力顯著降低且內力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架――剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。 </p><p>　　2.2 剪力墻體系 </p><p>　　當受力主體結構全部由平面剪力墻構件組成時，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構，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

7、力強，是一種良好的結構體系，能建高度大于框架或框架――剪力墻體系。 </p><p><b>　　2.3 簡體體系 </b></p><p>　　凡采用簡體為抗側力構件的結構體系統稱為簡體體系，包括單筒體、簡體――框架、筒中筒、多束筒等多種型式。簡體是一種空間受力構件，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構單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開

8、孔鋼筋混凝土外墻構成的空間受力構件。筒體體系具有很大的剛度和強度，各構件受力比較合理，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。 </p><p>　　3. 結構分析中常用的基本假定 </p><p>　　高層建筑結構是由豎向抗側力構件（框架、剪力墻、簡體等）通過水平樓板連接構成的大型空間結構體系。要完全精確地按照三維空間結構進行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對

9、 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。 </p><p><b>　　3.1 彈性假定 </b></p><p>　　目前工程上實用的高層建筑結構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，結構通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結構的實際工作狀況。但是在遭受罕遇害地震或強臺風作用時，高層建筑結構往往會產生較大的位移，出現裂縫，結構

10、進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內力和位移時不能反映結構的真實的工作狀態(tài)，應按彈塑性動力分析方法進行設計。 </p><p>　　3.2 小變形假定 </p><p>　　小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少學者與研究人員對幾何非線性問題（JP――△效應）進行了一些研究。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

11、能忽視了。 </p><p>　　3.3 剛性樓板假定 </p><p>　　許多高層建筑結構的分析方法均假定樓板在自身平面內的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結構的自由度，簡化了 計算 方法。并為采用空間薄壁桿件理論計算簡體結構提供了條件。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構，樓板剛度較小，主要抗側力構件間距過大

12、或是層數較少等情況，樓板變形的影響較大。 </p><p>　　3.4 計算圖形的假定 </p><p>　　高層建筑結構體系整體分析采用的計算圖形有三種：①一維協同分析；②二維協同分析；③三維空間分析。 </p><p>　　4.各類結構體系采用的分析方法 </p><p>　　4.1 框架――剪力墻體系 </p><p

13、>　　框架――剪力墻結構內力與位移計算的方法很多，大都采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉角相等的位移協調條件，可以建立位移與外荷載之間關系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同?？蚣塄D―剪力墻的計算方法，通常是將結構轉化為等效壁式框架，采用桿系結構矩陣位移法求解。 </p><p>　　4.2 剪力墻體系 </p><p>　　

14、剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應力分布也不同，計算內力與位移時需采用相應的計算方法。剪力墻結構的計算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。?因其自由度較多，計算資源耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支剪力墻的轉換層等應力分布復雜的情況。 </p><p

15、><b>　　4.3 簡體結構 </b></p><p>　　簡體結構的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分類為：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法。 </p><p>　　等效連續(xù)化方法是將結構中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化，以便用連續(xù)函數描述其內力；另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應用

16、分析彈性薄板的各種有效方法。具體應用有連續(xù)化微分方程解法、框筒近似解法、擬殼法、能量法、有限單元法、有限條法等。 </p><p>　　等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應用適合桿系結構的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架予結構法等。具體應用包括等代角柱法、展開平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子結構法。 </p><p><b>　　5

17、. 結束語 </b></p><p>　　總之，在 科學 技術 發(fā)展 ，各種計算分析軟件日益完善的今天，提倡建筑結構設計采用新的思想來促進設計人員的創(chuàng)造性。推動建筑結構設計的發(fā)展；尋求有效的手段，確立嶄新的建設觀念，從而創(chuàng)造良好的生活環(huán)境，這是我們對建筑結構設計進行研究與實踐的最終目標。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p>