關于高層建筑結構設計問題的分析

1、關于高層建筑結構設計問題的分析    【高層建筑設計、結構體系、計算與分析。方面的論文,ABC論文坊均可為您代寫,同時也可快速發(fā)表論文!】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。本文建筑設計論文通過分析高層建筑的現(xiàn)狀，總結了高層建筑結構的設計特點，并簡要論述了現(xiàn)有的各種結構體系及其優(yōu)缺點，最后探討了高層建筑的分析方法，從而進一步完善高層建筑結構設計，促進高層建筑的發(fā)展。關鍵詞：高層建筑設計、結構體系、計算與分析。1 高層建筑

2、結構設計特點1）因為在高層建筑中結構處于豎向荷載和水平荷載的共同作用下工作。而樓房自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的值，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，以及由此在豎向構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；隨著建筑物高度的增加，高寬比的加大，盡管豎向荷載對結構設計仍產(chǎn)生重要影響，但水平荷載對結構產(chǎn)生的內力愈來愈大，將成為結構設計時的主要控制因素，起著決定性的作用，成為確定結構體系的關鍵性因素。因此，結構的設計是由水平荷載控制的。另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結構動力特性的不同而有

3、較大幅度的變化。在水平荷載中，地震作用是動力作用，而風力作用則包含靜力作用和動力作用。高層建筑對風的動力作用比較敏感，風振作用成為結構分析中不容忽視的因素。在地震區(qū)，高層建筑往往受地震作用控制，所以計算地震對結構的動力反應是高層建筑分析的重要內容。2)軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩和湍支座負彎矩值增大；還會對預制構件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調整：另外對構件剪力和側移產(chǎn)生影響，會得出偏于不安全的結果。3) 位移成為控制指標。高層建筑尤其是超高

4、層建筑,頂點位移限值決定的不僅是其數(shù)值大小而且還有其振動頻率;防止結構由于變形過大而可能遭受損壞或破壞的控制因素是層間相對位移,而其限值在現(xiàn)行規(guī)范中似偏嚴,可予放松。4)結構延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言，高層建筑結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。因此,設計時結構的承載力和剛度宜自下而上逐漸減小,變化均勻,連續(xù),不要變。當出現(xiàn)了豎向不規(guī)則結構時,我們應考慮多種因素的精確分析方法,最好進行彈塑性時程分析,合理確定軟弱樓層的塑性集中變形,采取增大樓層結構延性等措施,提高其變形能力。同時,高層建筑的抗水平力構件應沿房屋周邊布置,以便能提供足夠大的扭轉力矩構件沿周邊布置形成空間結構后,

5、也可提供較大的抗傾覆力矩來保證結構具有足夠的延性。2 高層建筑的結構體系1)框架一剪力墻體系。從結構體系上看由于它平面布置靈活，空間大，能適應較多功能的需要，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因此成為高層建筑的主要結構形式。但是，框架結構的側向剛度較小，在一般節(jié)點連接情況下，當承受側向的風力或地震作用時，將會有較大的變形。因此，限制了這種結構形式的建造高度和層數(shù)但是在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結構體系。2)剪力墻結構體系。為了滿足更高層數(shù)的要求，出現(xiàn)了較高層數(shù)的剪力墻結構。剪力墻結構具有良好的側向剛度

6、和規(guī)整的平面布置，按照功能要求，設置自下而上的現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻，對抵抗側向風力和地震作用是十分有利的，剪力墻體系屬剛性結構，其位移曲線呈彎曲型。，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結構體系因此它允許建造的高度遠遠高于框架結構。剪力墻結構的不足之處在于，平面布置的靈活性較差，使用上也受到一定限制。目前全國各地的大量高層住宅建筑，絕大多數(shù)均采用剪力墻結構。3)簡體體系。筒體結構是近年來發(fā)展起來的新體系，凡采用簡體為抗側力構件的結構體系統(tǒng)稱為簡體體系，它的出現(xiàn)滿足了高層建筑更高層數(shù)的要求，包括單簡體、簡體一框架、筒中筒、多束筒等多種形式。簡體是一種空間受力構件，分實

7、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孔鋼筋混凝土外墻構成的空間受力構件。筒體結構具有很好的整體性和抗側力性能，在平面布置和滿足功能要求方面也有明顯的優(yōu)勢，為眾多高層和超高層建筑結構所采用。3 高層建筑結構設計應注意的問題31 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：1)結構的規(guī)則性問題。新舊規(guī)范在這方面的內容出現(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?！币虼?，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

8、工圖設計階段工作的被動。2)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3) 嵌固端的設置問題。不僅關系到結構中某些構件內力分配的準確性, 而且還影響結構產(chǎn)生側移的真實性, 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

9、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32 地基與基礎設計對高層建筑來說，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

10、都進行詳細的描述和規(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。33 結構計算與分析在結構計算與分析階段，如何準確，高效地對工程進行內力分析并按照規(guī)范要求進行設計和處理，首先基本選定結構方案后,緊接著就是高層結構設計的核心部分結構計算由于新規(guī)范的推出對結構整體計算和分析部分內容進行了調整和改進，因此，對這一階段比較常見的問題應該有一個清晰的認識。接著根據(jù)所選取的結構體系,選用

11、準確的結構模型和選取正確的結構設計軟件通用的計算軟件有SATWE、TAT、TBSA等，結構計算開始前,設計人員先要根據(jù)規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊對參數(shù)意義的描述,以及根據(jù)工程的實際情況,對結構參數(shù)和特殊構件進行正確設置。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大或小的不同。所以，工程師在設計工作中首要的工作是從不同軟件相差較大的計算結果中，判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的，哪個又是意義不大的，如果選擇了不合適的計算軟件，不但會浪費大量的時間和精力，而且有可能使結構有不安全的隱患存在。2) 周期折減系數(shù)，在高層結構中設置了非結構的砌體填充墻, 在結構計算時應考慮其對主體結構的影響。周期的折減應考慮到門窗洞口的設置對周期的影響,不同的結構類型和填充墻的多少也決定了周期折減系數(shù)的取值, 而不能一概而論。3)振型數(shù)目是否足夠。陣型數(shù)的多少與結構的層數(shù)有關, 對振型的取值都有較為明確的規(guī)定。在新規(guī)范中增加一個振型參與系數(shù)的概念，并明確提出了該參數(shù)的限值。因此, 在計算分析階