高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)分析

1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)分析</p><p>　　摘要：由于人口的增多，工業(yè)用地的增加，高層建筑在現(xiàn)代城市中越來越多，但是其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性一直是人們的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。本文從分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與難點(diǎn)著手，從合理布局和優(yōu)化抗風(fēng)、抗震及消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案方面探討解決高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；技術(shù) </p><p&

2、gt;　　中圖分類號(hào)： TU97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　隨著我國城市人口越來越多，對(duì)居住問題的要求也越來越高。近年來我國傾向于修建高層結(jié)構(gòu)建筑，但是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，在抗風(fēng)結(jié)構(gòu)、抗震結(jié)構(gòu)、消防設(shè)計(jì)、扭轉(zhuǎn)問題等方面存在著比較棘手的問題。下面筆者將圍繞對(duì)這些問題的敘述和探討解決方式來展開分析。 </p><p>　　一、高層建筑定義及特點(diǎn) </p><

3、;p>　　超過一定高度和層數(shù)的多層建筑為高層建筑，其高度和層數(shù)，各國規(guī)定不一，且多無絕對(duì)、嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。在美國，24.6m或7層以上視為高層建筑；在日本，31m或8層及以上視為高層建筑；在英國，把不小于24.3m的建筑視為高層建筑。而中國自2005年起規(guī)定超過10層的住宅建筑和超過24m高的公共建筑及綜合性建筑為高層建筑。 </p><p>　　高層建筑具有節(jié)約用地及縮短公用設(shè)施和市政管網(wǎng)的開發(fā)周期，從而減少

4、市政投資、加快城市建設(shè)等特點(diǎn)，可以帶來顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)高層建筑的層數(shù)和高度增加到一定程度時(shí)，它的功能適用性、技術(shù)合理性和經(jīng)濟(jì)可行性都發(fā)生質(zhì)的變化。但同時(shí)，高層建筑在設(shè)計(jì)、技術(shù)上尚有許多新的問題需要加以考慮和解決，下面就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行探討。 </p><p>　　二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) </p><p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)與多層建筑結(jié)構(gòu)有著很多的不同特點(diǎn),高層建筑物同

5、時(shí)承載著垂直荷載和水平荷載,垂直荷載就是由建筑物高度引起的;水平荷載就是由建筑物外界的風(fēng)力所引起的。當(dāng)然,高層建筑物的抗震效果一定是要高于低層建筑物的。而由于低層建筑物的樓層比較低,所以產(chǎn)生的垂直荷載也非常小;由于多層的平面要較高層小的很多,所以多層的水平荷載也是非常的微乎其微。影響高層建筑物荷載的主要因素大多數(shù)是外界的風(fēng)力和地區(qū)的地震等自然因素。高層建筑物的位移也是不可忽略的,建筑物的位移快慢與建筑物的高層是成正比的,建筑物的高度越高

6、,位移就會(huì)越快,而位移快了不僅會(huì)對(duì)建筑物的使用情況產(chǎn)生了影響,還會(huì)對(duì)使用者在使用當(dāng)中的舒適度造成影響,更嚴(yán)重的會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響,從而對(duì)使用者的安全也會(huì)造成一定的影響。因此在高層建筑物中一定要控制建筑物的位移程度,要控制在不影響建筑物的安全性、使用性等的范圍內(nèi),更好的設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　三、高層建筑物建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則 </p><p><

7、;b>　　合理進(jìn)行方案設(shè)計(jì) </b></p><p>　　怎樣才算是合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案呢,要從建筑結(jié)構(gòu)體系和建筑結(jié)構(gòu)形式上滿足高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),而且還要做到在盡量節(jié)省資金的前提下做到最合理的設(shè)計(jì)。傳力簡單和受力明確體現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)體系的基本要求,在結(jié)構(gòu)單元相同的時(shí)候,必須要選擇相同的建筑結(jié)構(gòu)體系。而且在選擇合理化的建筑結(jié)構(gòu)方案時(shí),更應(yīng)該注意建筑施工的材料、建筑施工的條件、建筑工程設(shè)計(jì)的需求以及建

8、筑的地理位置條件等進(jìn)行綜合性的分析。 </p><p><b>　　合理進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　每個(gè)建筑物結(jié)構(gòu)的地理位置、地質(zhì)地貌、相鄰建筑物的影響等都是不同的,必須綜合的分析,進(jìn)而設(shè)計(jì)出最合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。不僅這樣,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的好與壞對(duì)建筑物荷載以及建筑物上部的結(jié)構(gòu)類型都有重要的影響,尤其是高層建筑物更需要考慮到建筑物荷載的分布情況。臨近建筑物的影響

9、也是不可忽視的,比如:臨近建筑物存在著對(duì)該高層建筑物擋光、地基等影響的因素,這些都是不可忽視的。綜合所有影響因素分析設(shè)計(jì)出更具合理化的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案,使建筑物在實(shí)用、美觀、安全等性能上發(fā)揮更大的空間。 </p><p>　　合理進(jìn)行計(jì)算簡圖設(shè)計(jì) </p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性是建立在對(duì)數(shù)據(jù)正確計(jì)算的基礎(chǔ)上的,而提到計(jì)算就引出了計(jì)算簡圖,如果計(jì)算簡圖的計(jì)算不合理,那么將會(huì)對(duì)建筑物造

10、成相當(dāng)嚴(yán)重的安全隱患。為了能進(jìn)一步保證計(jì)算簡圖對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及建筑物以后使用中的安全性,我們應(yīng)該在實(shí)踐中采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。如,在實(shí)際的建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中,會(huì)存在結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn),應(yīng)該盡量的降低計(jì)算誤差,將建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖盡可能的控制在規(guī)定的范圍之內(nèi),以進(jìn)一步提高計(jì)算簡圖的精確性,也為整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性奠定了良好基礎(chǔ)。 </p><p>　　四、高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法和計(jì)算原則 </p><p&g

11、t;　　從理論上講，多高層建筑結(jié)構(gòu)并非理想彈塑性體，應(yīng)根據(jù)不同材料的結(jié)構(gòu)、不同的受力形式和受力階段，采用相應(yīng)的計(jì)算分析方法。一般包括線彈性分析方法?？紤]塑性內(nèi)力重分布的分析方法。非線性(幾何非線性、材料非線性)分析方法等；對(duì)于體形復(fù)雜、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜的高層建筑結(jié)構(gòu)，模型試驗(yàn)分析也是一種重要的結(jié)構(gòu)分析方法。 </p><p>　　目前國內(nèi)規(guī)范體系是采用彈性小變形(線彈性)方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)(內(nèi)力和位移)和截面承載

12、力設(shè)計(jì)，對(duì)比較柔軟的結(jié)構(gòu)，通過近似方法考慮重力二階效應(yīng)的不利影響。對(duì)復(fù)雜的不規(guī)則結(jié)構(gòu)或重要的結(jié)構(gòu)(如甲類建筑、9度抗震設(shè)防的乙類建筑和框架結(jié)構(gòu))，驗(yàn)算其在罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性變形，作為二階段設(shè)計(jì)的要求。因此，一般情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移仍按線彈性方法計(jì)算，框架梁及連梁等構(gòu)件可考慮局部塑性變形引起的內(nèi)力重分布。 </p><p>　　線彈性分析方法是最基本的結(jié)構(gòu)分析方法，也是最成熟的方法，可用于所有

13、高層建筑結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算分析。理論分析、試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐表明，在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下，線彈性分析結(jié)果可以滿足工程精度要求，保證結(jié)構(gòu)安全。 </p><p>　　五、平面結(jié)構(gòu)空間協(xié)同工作模型 </p><p>　　該計(jì)算模型是20世紀(jì)80年代以前國內(nèi)高層建筑結(jié)構(gòu)最常用的結(jié)構(gòu)分析模型，主要為適應(yīng)當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)容量小、速度低，而高層建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)多、桿件多和計(jì)算量大的情況。 </

14、p><p>　　六、剪力墻平面有限元分析模型 </p><p>　　剪力墻某些局部受力狀況非常復(fù)雜。剪力墻是平面結(jié)構(gòu)，又往往被門窗洞口劃分成框支墻或帶連梁的肢墻，其實(shí)際受力狀態(tài)與上述各種計(jì)算模型有不同程度的差異。特別是在不規(guī)則開洞的墻體和框支剪力洞口附近的墻體，如果直接采用上述三維空間分析模型的分析結(jié)果難以反映這些局部墻體的真實(shí)受力情況。所采用的最簡單的單元是普通的三角形單元和普通矩形單元，這

15、些單元每一個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)獨(dú)立自由度 由于單元簡單，易于程序的編制，早期應(yīng)用較多。但是普通三角形和矩形單元的精度較低，分析時(shí)往往需要采用相當(dāng)多的單元數(shù)量，即要很多的未知量才能得到必要的精度；而且還難以反映洞邊的應(yīng)力集中現(xiàn)象。實(shí)際上，工程中則采用高精度單元。 </p><p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，比較合理的分析方法是采用三維空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，樓板按彈性考慮。但這樣會(huì)增加計(jì)算工作量和設(shè)計(jì)費(fèi)用，所以一般情況下

16、可采用樓板在自身平面內(nèi)為無限剛性的假定。如結(jié)構(gòu)平面和立面簡單，規(guī)則，可采用協(xié)同工作方法計(jì)算。 </p><p>　　目前，高層建筑按三維空間結(jié)構(gòu)計(jì)算，主要有兩種計(jì)算模型：空間桿----薄壁桿件模型、空間桿----元模型.相對(duì)而言，空間桿、墻元模型比空間桿----薄壁桿件模型更符合實(shí)際結(jié)構(gòu)，計(jì)算結(jié)果也更精確一些，建模時(shí)對(duì)各種剪力墻更容易處理一些，但計(jì)算速度較慢.計(jì)算機(jī)硬盤和內(nèi)存空間要求較大. </p>

17、<p>　　對(duì)于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)至少采用兩個(gè)不同力學(xué)模型的三維空間結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行整體內(nèi)力和位移計(jì)算，以保證分析結(jié)果符合實(shí)際情況.對(duì)程序計(jì)算結(jié)果應(yīng)進(jìn)行分析和判別，不能盲目地使用程序計(jì)算結(jié)果。 </p><p>　　總而言之，高層建筑對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的要求更高，他在技術(shù)的使用上，更是與整個(gè)工程的質(zhì)量息息相關(guān)，所以施工方在施工的時(shí)候一定要注意技術(shù)的更新，多借鑒成功的經(jīng)驗(yàn)，筑造讓人們放心的工程。 </p