高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

1、高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)研究摘要隨著城市化開(kāi)展以及建筑用地的緊張，高層建筑將日益增多。高層建筑的構(gòu)造設(shè)計(jì)不僅應(yīng)保證高層建筑具有足夠的平安性，還應(yīng)保證構(gòu)造的經(jīng)濟(jì)性、合理性。本文對(duì)高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)展討論。關(guān)鍵詞高層建筑。高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)，問(wèn)題1高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)的意義及根據(jù)1.1概念設(shè)計(jì)的意義高層建筑能做到構(gòu)造功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)，發(fā)揮構(gòu)造的功能并獲得與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計(jì)來(lái)判斷計(jì)算設(shè)計(jì)的合理性。1.2概念設(shè)計(jì)的根據(jù)高層建筑構(gòu)造總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理原那么，計(jì)算程序的力學(xué)模型和功能，汲取或不斷積累的理論經(jīng)歷。2高層建筑構(gòu)造

2、設(shè)計(jì)的特點(diǎn)高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)與低層、多層建筑構(gòu)造相比擬，構(gòu)造專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同構(gòu)造體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長(zhǎng)短和投資造價(jià)的上下等。其主要特點(diǎn)有；2.1程度力是設(shè)計(jì)主要因素在低層和多層房屋構(gòu)造中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著構(gòu)造設(shè)計(jì)。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對(duì)構(gòu)造設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但程度荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而程度荷載對(duì)構(gòu)造產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一

3、方面，對(duì)一定高度建筑來(lái)說(shuō)，豎向荷載大體上是定值，而作為程度荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著構(gòu)造動(dòng)力性的不同而有較大的變化。2.2側(cè)移成為控制指標(biāo)與較低樓房不同，構(gòu)造側(cè)移已成為高樓構(gòu)造設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，程度荷載下構(gòu)造的側(cè)移變形迅速增大，因此構(gòu)造在程度荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。2.3抗震設(shè)計(jì)要求更高有抗震設(shè)防的高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)，除要考慮正常使用時(shí)的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使構(gòu)造具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。2.4軸向變形不容無(wú)視高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，可以在柱中引起較大的軸向變形，從而會(huì)對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值

4、減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)展調(diào)整；另外對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比擬，會(huì)得出偏于不安壘的結(jié)果。2.5構(gòu)造延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)。相對(duì)于較低樓房而言，高樓構(gòu)造更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使構(gòu)造在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形才能，防止倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏?lái)保證構(gòu)造具有足夠的延性。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題3.1高層建筑構(gòu)造受力性能對(duì)于一個(gè)建筑物的最初的方案設(shè)計(jì)，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點(diǎn)，而不是詳細(xì)地確定它的詳細(xì)構(gòu)造。建筑物底面對(duì)建

5、筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和程度方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此構(gòu)造必須能將它本身的重量傳至地面，構(gòu)造的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)根本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對(duì)主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。3.2高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)中的改變問(wèn)題建筑構(gòu)造的幾何形心、剛度中心、構(gòu)造重心即為建筑三心，在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，即三心合一。構(gòu)造的改變問(wèn)題就是指在構(gòu)造設(shè)計(jì)過(guò)程中未做到三心合一，在程度荷載作用下構(gòu)造發(fā)生改變振動(dòng)效應(yīng)。為防止建筑物因程度荷載作用而發(fā)生的改變

6、破壞，應(yīng)在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的構(gòu)造形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。在程度荷載作用下，高層建筑改變作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層程度力作用沿平面分布均勻，減輕構(gòu)造的改變振動(dòng)，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡(jiǎn)單平面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對(duì)街道景觀的要求以及建筑場(chǎng)地的限制，高層建筑不可能全部采用簡(jiǎn)單平面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)那么L形、T形、十字形等比擬復(fù)雜的平面形式時(shí)，應(yīng)將凸出局部厚度與寬度的比值控制在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)，同時(shí)，在構(gòu)造平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能使構(gòu)造處于對(duì)稱狀態(tài)。3.3高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)中的側(cè)移和振動(dòng)周期建筑構(gòu)造的建筑構(gòu)造的振動(dòng)周期問(wèn)題包含兩方面

7、：合理控制構(gòu)造的自振周期；控制構(gòu)造的自振周期使其盡可能錯(cuò)開(kāi)始地的特征周期。(1)構(gòu)造自振周期高層建筑的自振周期(T1)宜在以下范圍內(nèi)：框架構(gòu)造：T1=(0.10.15)N框一剪、框筒構(gòu)造：T1=(0.08-0.12)N剪力墻、筒中筒構(gòu)造：TI=(0.040.10)NN為構(gòu)造層數(shù)。構(gòu)造的第二周期和第三周期宜在以下范圍內(nèi)：第二周期：T2=(1315)T1；第三周期：T3(1517)T1。(2)共振問(wèn)題當(dāng)建筑場(chǎng)地發(fā)生地震時(shí)，假如建筑物的自振周期和場(chǎng)地的特征周期接近，建筑物和場(chǎng)地就會(huì)發(fā)生共振。因此在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)針對(duì)預(yù)估的建筑場(chǎng)地特征周期，通過(guò)調(diào)整構(gòu)造的層數(shù)，選擇適宜的構(gòu)造類別和構(gòu)造體系，擴(kuò)大建筑

8、物的自振周期與建筑場(chǎng)地特征周期的差異，防止共振的發(fā)生。(3)程度位移特征程度位移滿足高層規(guī)程的要求，并不能說(shuō)明該構(gòu)造是合理的設(shè)計(jì)。同時(shí)還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因?yàn)闃?gòu)造抗震設(shè)計(jì)時(shí)，地震力的大小與構(gòu)造剛度直接相關(guān)，當(dāng)構(gòu)造剛度小，構(gòu)造并不合理時(shí)，由于地震力小那么構(gòu)造位移也小，位移在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)，此時(shí)并不能認(rèn)為該構(gòu)造合理。因?yàn)闃?gòu)造周期長(zhǎng)、地震力小并不平安。其次，位移曲線應(yīng)連續(xù)變化，除沿豎向發(fā)生剛度突變外。不應(yīng)有明顯的拐點(diǎn)或折點(diǎn)。一般情況下剪力墻構(gòu)造的位移曲線應(yīng)為彎曲型。框架構(gòu)造的位移曲線應(yīng)為剪切型t框一剪構(gòu)造和框一筒構(gòu)造的位移曲線應(yīng)為彎剪型。3.4位移限值、剪重比及單位面積重度(1)

9、位移限值在構(gòu)造整體計(jì)算的輸出結(jié)果中，構(gòu)造的側(cè)移(包括層間位移和頂點(diǎn)位移)是一個(gè)重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)值大小從一個(gè)側(cè)面反映出構(gòu)造的整體剛度是否適宜，過(guò)大或過(guò)小都說(shuō)明構(gòu)造剛度過(guò)小或過(guò)大(或者表達(dá)構(gòu)造兩個(gè)主軸方向的剛度是否平衡)，以致要引起設(shè)計(jì)者對(duì)其中的構(gòu)造體系選擇、構(gòu)造的豎向及平面布置合理性的再考慮。(2)剪重比及單位面積重度構(gòu)造的剪重比(也即程度地震剪力系數(shù))=VEKG是表達(dá)構(gòu)造在地震作用下反響大小的一個(gè)指標(biāo)其大小主要與構(gòu)造地震設(shè)防烈度有關(guān)，其次與構(gòu)造體型有關(guān)，當(dāng)設(shè)防烈度為7、8、9度時(shí)，剪重比分別為0.012，0.0240.040；改變效應(yīng)明顯或根本周期3.5s的構(gòu)造剪重比那么分別為0.016，

10、0.032，0.064。單位面積重度v0GA(kN2)是衡量構(gòu)造構(gòu)件截面取值是否合理和樓層荷載數(shù)據(jù)輸入是否正確的一個(gè)重要指標(biāo)。式中的G由以下幾局部，即構(gòu)造構(gòu)件自重、樓面建筑面層及天棚抹灰(或吊頂)重、填充墻(包括抹面層)重和樓面使用荷載組成；A那么一般以地面以上的建筑面積總和計(jì)算，以便有一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的比擬標(biāo)準(zhǔn)。定性地分析比擬r0值的大小，可得出以下結(jié)果，即一般內(nèi)部隔墻多的建筑(比方住宅)大于間隔墻少的建筑(比方敝開(kāi)式辦公室)；層數(shù)多的建筑略大于層數(shù)少的同性質(zhì)建筑設(shè)防烈度高的建筑大干設(shè)防烈度低的同性質(zhì)同規(guī)模建筑，剪力墻多的建筑大于剪力墻少甚至僅為框架的建筑。一般高層建筑的單位面積重度在1018kN2之間，除個(gè)別較特別的以外，多數(shù)在15kN2