淺談高層建筑布局與設計

PAGE6-淺談高層建筑結構分析與設計摘要：本文圍繞高層建筑結構，總結了高層建筑結構設計的特點以及提出了高層建筑結構分析和各種體系相對應的方法。為實際高層建筑結構分析與設計提供一定參考關鍵詞：高層建筑結構結構體系剪力墻1、引言自1885年美國興建第一幢高層建筑——芝加哥保險公司大樓（10層，55m）以來，高層建筑的發(fā)展很快，從20世紀初至1979年，全世界建成200m以上的高層建筑有50幢以上，其中大部分建筑在美國。其中著名的有1972年建造的紐約世界貿易中心大廈（110層，417m，415m），1974年建造的美國芝加哥西爾斯大廈（SearsTower，110層，443m）。在我國，HYPERLINK"/lw"目前高度在104m以上的高層建筑超過100幢，分布在上海、廣州、北京、深圳等20個大城市，其中以上海為最多。1998年建成的金茂大廈（88層，420.5m），是世界第三高樓。2、高層建筑結構設計特點（1）水平荷載成為決定因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及由此在豎構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；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，其數值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度的變化。（2）軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產生HYPERLINK"/lw"影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形HYPERLINK"/lwpc/"計算值，對下料長度進行調整；另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。（3）側移成為控制指標。與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。（4）結構延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。3、高層建筑的結構體系（1）框架－剪力墻體系。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剪力?？蚣埽袅w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。（2）剪力墻體系。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。（3）筒體體系。凡采用筒體為抗側力構件的結構體系統(tǒng)稱為筒體體系，包括單筒體、筒體－框架、筒中筒、多束筒等多種型式。筒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HYPERLINK"/lw"應用于大跨度、大空間或超高層建筑。4、高層建筑結構分析4.1高層建筑結構分析的基本假定高層建筑結構是由豎向抗側力構件（框架、剪力墻、筒體等）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：泉核（衰1育）軌然彈性假海定。目路前工程餃上實用室的高層塌建筑結至構分析類方法均羊采用彈制性的計韻算方法搶。在垂究直荷載掠或一般禁風力作桿用下，帽結構通也常處于賄彈性工售作階段小，這一裝假定基穿本符合朋結構的濕實際工趁作狀況壽。但是蛾在遭受識地震或碎強臺風治作用時富，高層否建筑結林構往往鞋會產生也較大的紅位移，久出現裂注縫，進質入到彈敢塑性工哪作階段退。此時歉仍按彈炭性方法秩計算內乘力和位澡移時不板能反映敲結構的乖真實工蠢作狀態(tài)昨的，應疾按彈塑顯性動力期分析方剝法進行甲設計。傍舉（著2所）句絕小變形保假定。塞小變形雞假定也嶼是各種由方法普寧遍采用月的基本咸假定。融但有不喊少人對封幾何非挪線性HYPERLINK"/lw"撇問題炕（斃P改－練Δ薯效應）拐進行了碰一些HYPERLINK"/lw"于研究微。一般狹認為，坦當頂點卻水平位虜移商Δ揭與建筑堆物高今度撒H馬的比幣值伴竹Δ顛/H弄>1備/50揪0內時虹，得飼P冊－落Δ謠效應的斯影響就柳不能忽衰視了。旅帥（鈴3像）霜時剛性樓悶板假定哈。許多唉高層建漂筑結構喚的分析綠方法均賴假定樓世板在自料身平面隸內的剛本度無限亮大，而期平面外寒的剛度間則忽略召不計。糕這一假革定大大宮減少了年結構位丘移的自當由度，致簡化了輕計算方宣法。并遺為采用追空間薄違壁桿件HYPERLINK"/lw"淡理論首計算筒單體結構忙提供了間條件。昏一般來型說，對著框架體戰(zhàn)系和剪扶力墻體衡系采用普這一假鑰定是完排全可以貓的。但哈是，對腥于豎向冶剛度有慢突變的插結構，掛樓板剛兔度較小圓，主要及抗側力北構件間岔距過大狼或是層偏數較少抖等情況右，樓板吸變形的晉影響較殊大。特腎別是對慘結構底的部和頂群部各層稿內力和遺位移的笨影響更造為明顯假?？蓪⒙蛇@些樓根層的剪咸力作適傾當調整隸來考慮停這種影酬響。舟（粥4蓬）召想計算圖哭形的假異定。高率層建筑奇結構體絹系整體錫分析采辯用的計母算圖形搭有三種稱：慮（枯1果）一維嚴協同分逆析。沒（杯2烈）二維核協同分舅析。刷（斷3畢）三維谷空間分芳析。漿4.埋2斗高層建臨筑結構灘靜力HYPERLINK"/lw"窩分析HYPERLINK"/lw"浩方法軋昨（炸1昨）以染框架－益剪力墻聯結構凝框木架－剪鄭力墻結籌構內力拌與位移HYPERLINK"/lwpc/"控計算漿的方法兆很多，婆大都采領用連梁摟連續(xù)化驕假定。夾框架－縮剪力墻煉的機算辭方法，摩通常是陽將結構翁轉化為揪等效壁投式框架翁，采用培桿系結不構矩陣員位移法蛇求解。位箏（羽2御）挑豎剪力墻糠結構除剪接力墻的撐受力特呆性與變腔形狀態(tài)役主要取扔決于剪琴力墻的依開洞情羊況。剪尾力墻結克構的機燒算方法宵是平面般有限單嶺元法。采此法較服為精確富，而且鳴對各類象剪力墻茅都能適繩用。但叨因其自癥由度較黃多，機僅時耗費創(chuàng)較大，HYPERLINK"/lw"俊目前懸一般只拒用于特錦殊開洞趟墻、框扮支墻的負過渡層嘆等應力秩分布復痰雜的情寺況。斧（候3?。┘亩锻搀w結炸構惡筒體符結構的捕分析方貿法按照咸對計算聽模型處獨理手法湊的不同隸可分為南三類：顯等效連骨續(xù)化方排法、等貪效離散虎化方法沉和三維澡空間分克析。其5友、結論敘隨稻著高層長建筑進卻一步的HYPERLINK"/lwfazhan/"救發(fā)展癢，滿足他高層建裙筑的形秧式，材快料，力愈學分析信模型都榴將日趨蛾復雜多咐元，為球了革新夜高層建澡筑，體維現其魅慕力，追失求新的夾結構形防式和更棒加合理軋的力學邪模型將飼是土木礙工程師葬們的目蘭標和方率向。HYPERLINK"/lw"拾參考HYPERLINK"/lw"創(chuàng)文獻項總扇[1]惰遠梅洪元濕，付本打臣。