淺談高層建筑布局與設(shè)計

PAGE6-淺談高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計摘要：本文圍繞高層建筑結(jié)構(gòu)，總結(jié)了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點以及提出了高層建筑結(jié)構(gòu)分析和各種體系相對應(yīng)的方法。為實際高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計提供一定參考關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)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(jì)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(mào)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(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)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(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)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(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HYPERLINK"/lw"影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形HYPERLINK"/lwpc/"計算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。（3）側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。（4）結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)。相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)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(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。3、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系（1）框架－剪力墻體系。當(dāng)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(dāng)位置設(shè)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(xié)同工作的結(jié)構(gòu)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。框架－剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)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(nèi)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(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)成的空間受力構(gòu)件。筒體體系具有很大的剛度和強度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風(fēng)、抗震能力很強，往往HYPERLINK"/lw"應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。4、高層建筑結(jié)構(gòu)分析4.1高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件（框架、剪力墻、筒體等）通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)至構(gòu)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(fēng)力作桿用下，帽結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的濕實際工趁作狀況壽。但是蛾在遭受識地震或碎強臺風(fēng)治作用時富，高層否建筑結(jié)林構(gòu)往往鞋會產(chǎn)生也較大的紅位移，久出現(xiàn)裂注縫，進(jìn)質(zhì)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(nèi)乘力和位澡移時不板能反映敲結(jié)構(gòu)的乖真實工蠢作狀態(tài)昨的，應(yīng)疾按彈塑顯性動力期分析方剝法進(jìn)行甲設(shè)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(yīng)）拐進(jìn)行了碰一些HYPERLINK"/lw"于研究微。一般狹認(rèn)為，坦當(dāng)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(nèi)時虹，得飼P冊－落Δ謠效應(yīng)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(jié)構(gòu)喚的分析綠方法均賴假定樓世板在自料身平面隸內(nèi)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(jié)構(gòu)位丘移的自當(dāng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，掛樓板剛兔度較小圓，主要及抗側(cè)力北構(gòu)件間岔距過大狼或是層偏數(shù)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(jié)構(gòu)底的部和頂群部各層稿內(nèi)力和遺位移的笨影響更造為明顯假。可將律這些樓根層的剪咸力作適傾當(dāng)調(diào)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(jié)構(gòu)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(yán)協(xié)同分逆析。沒（杯2烈）二維核協(xié)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(jié)構(gòu)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(lián)結(jié)構(gòu)凝框木架－剪鄭力墻結(jié)籌構(gòu)內(nèi)力拌與位移HYPERLINK"/lwpc/"控計算漿的方法兆很多，婆大都采領(lǐng)用連梁摟連續(xù)化驕假定。夾框架－縮剪力墻煉的機(jī)算辭方法，摩通常是陽將結(jié)構(gòu)翁轉(zhuǎn)化為揪等效壁投式框架翁，采用培桿系結(jié)不構(gòu)矩陣員位移法蛇求解。位箏（羽2御）挑豎剪力墻糠結(jié)構(gòu)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(jié)克構(gòu)的機(jī)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(jī)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(fù)過渡層嘆等應(yīng)力秩分布復(fù)痰雜的情寺況。斧（候3啞）寄抖筒體結(jié)炸構(gòu)惡筒體符結(jié)構(gòu)的捕分析方貿(mào)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(jié)論敘隨稻著高層長建筑進(jìn)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(xué)分析信模型都榴將日趨蛾復(fù)雜多咐元，為球了革新夜高層建澡筑，體維現(xiàn)其魅慕力，追失求新的夾結(jié)構(gòu)形防式和更棒加合理軋的力學(xué)邪模型將飼是土木礙工程師葬們的目蘭標(biāo)和方率向。HYPERLINK"/lw"拾參考HYPERLINK"/lw"創(chuàng)文獻(xiàn)項總扇[1]惰遠(yuǎn)梅洪元濕，付本打臣。