發(fā)布時(shí)間：2013-05-09所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 本文作者介紹了高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提出了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的靜力分析方法。
摘 要：本文作者介紹了高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提出了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的靜力分析方法。
關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；探討
Abstract: The author describes the design features of the structure of the high-rise building, static analysis methods in the design of high-rise building structure.
Keywords: high-rise buildings; structural design; explore
中圖分類號(hào)：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012）
本文對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的詳細(xì)分析以及高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的靜力分析方法三個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探討。由于高層建筑結(jié)構(gòu)的高速發(fā)展，這也對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)不斷的設(shè)計(jì)出更為新穎的建筑結(jié)構(gòu)形式和更為合理的力學(xué)模式，只有這樣，城市中的高層建筑結(jié)構(gòu)才能繼續(xù)健康而又快速的發(fā)展。
1 高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的決定因素
水平荷載。在豎構(gòu)件中因受到外力荷載而導(dǎo)致產(chǎn)生軸力和彎矩的樓面和樓房自重是隨著樓房高度的變化而變化的，并且兩者的關(guān)系是成正比例的；而在豎構(gòu)件中產(chǎn)生軸力以及對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆力矩的水平外力荷載是與樓房高度的平房成正比例關(guān)系變化的。一般情況下，在具有一定高度的建筑結(jié)構(gòu)中，其豎向的荷載是一個(gè)固定的值，而其受到的地震作用導(dǎo)致的水平荷載和風(fēng)荷載是不固定的，建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同，它們也會(huì)隨之有不同幅度的變化。
1.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)
結(jié)構(gòu)側(cè)移。結(jié)構(gòu)側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要因素之一，這點(diǎn)與低層的建筑結(jié)構(gòu)是有所不同的。結(jié)構(gòu)在受到水平荷載時(shí)而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)側(cè)移是會(huì)隨著建筑結(jié)構(gòu)的高度增加而增加的，這就導(dǎo)致了在水平外力荷載的作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)側(cè)移能夠被控制在一定的范圍之內(nèi)。
1.3 結(jié)構(gòu)軸向變形也是設(shè)計(jì)時(shí)不能忽視的重要因素
當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)受到很大強(qiáng)度的豎向荷載時(shí)，這是在其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的柱內(nèi)部就會(huì)引起很大的軸向變形，同時(shí)還會(huì)很大程度上影響連續(xù)梁彎矩的產(chǎn)生，從而增大了端支座負(fù)彎矩的值和跨中正彎矩的值，降低了連續(xù)梁中間支座的負(fù)彎矩值。另外，軸向變形對(duì)于預(yù)制構(gòu)件中的下料的長(zhǎng)度也是有一定的影響的，所以當(dāng)需要對(duì)預(yù)制構(gòu)件中的下料的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整和更改時(shí)，必須根據(jù)軸向變形的計(jì)算值進(jìn)行調(diào)整。
2 對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的詳細(xì)分析
2.1 關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)基本假定的分析
簡(jiǎn)體框架和剪力墻通過(guò)水平平樓板相互連接就構(gòu)成了所謂的高層建筑的結(jié)構(gòu)，所以要想在三維的空間內(nèi)對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行完整并且準(zhǔn)確的分析研究是具有一定的難度的。在每一種分析的方法中，都要引入很多種不同程度的假定的計(jì)算模型。以下介紹幾種在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)的基本假定：
2.1.1 剛性樓板假定
通常在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析時(shí)，通常會(huì)存在這樣一種假定：即忽視建筑結(jié)構(gòu)平面外的剛度而注重建筑結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的剛度無(wú)限大。這種假定的好處是不僅僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法，而且還降低了結(jié)構(gòu)位移的自由度，同時(shí)也更有利于在進(jìn)行簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)的計(jì)算時(shí)使用空間薄壁桿件理論。一般情況下，剛性樓板假定在剪力墻體系和框架體系中都是能夠完全適用的，但是對(duì)于會(huì)可能會(huì)發(fā)生突變的豎向剛度結(jié)構(gòu)就不一定適用了，會(huì)導(dǎo)致樓板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形。如一些層數(shù)不多、樓板剛度不高、主要抗側(cè)立的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的間距過(guò)大的情況，尤其是對(duì)結(jié)構(gòu)頂部每層的位移、內(nèi)力以及結(jié)構(gòu)的底部的影響效果是最為顯著的，所以當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)遇到這些問(wèn)題時(shí)，應(yīng)制定適當(dāng)?shù)恼{(diào)整措施。
2.1.2 計(jì)算圖形的假定方法
通常情況下，計(jì)算圖形的假定方法是對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維空間分析時(shí)所采用的最主要的方法。二維協(xié)同的分析方法是并沒(méi)有考慮抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件的公共節(jié)點(diǎn)在樓面外的位移這一因素的，另外，二維協(xié)同的分析方法也沒(méi)有重視抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件平面外的扭轉(zhuǎn)剛度和剛度這兩個(gè)因素。當(dāng)對(duì)精通桿單元的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維空間分析時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是只具有六個(gè)自由度的，而如果用符拉索夫薄壁桿理論對(duì)其進(jìn)行分析時(shí)，則分析的就不夠完整，截面翹曲自由度這一因素就沒(méi)有被分析。
2.1.3 小變形假定
一般情況下，小變形假定也是在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)分析時(shí)被使用較多的一種基本的假定方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)都是從幾何非線性方面對(duì)其分析的，也就是 P-△效應(yīng)方面。通過(guò)分析，已經(jīng)得到了這樣一個(gè)注意事項(xiàng)：當(dāng)結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的水平位移與建筑物的高度的比值是大于0.002時(shí)，P-△效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響就是必須被高度重視的。
2.1.4 彈性假定
在高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法行，彈性假定的計(jì)算方法也是使用較為廣泛的一種分析方法。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到垂直荷載時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)處于彈性工作的時(shí)間就會(huì)比較久，則彈性假定與建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況就是比較吻合的。但是當(dāng)建筑物受到強(qiáng)風(fēng)火地震等不可抗的外力導(dǎo)致的災(zāi)害時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)由于產(chǎn)生較大的位移就會(huì)出現(xiàn)裂縫，這是的工作狀態(tài)就是彈塑性的狀態(tài)，這時(shí)在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)分析時(shí)就需要采用彈塑性動(dòng)力分析的方法，這樣才能真實(shí)的反映出建筑結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的靜力分析方法
3.1 簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)
等效連續(xù)化分析方法、等效離散化分析方法和三維空間分析方法是對(duì)簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析時(shí)的三種方法，其中等效連續(xù)化分析方法和等效離散化分析方法是主要的兩種方法。①等效離散化的分析方法是把連續(xù)的墻體離散成為等效的構(gòu)件，這種方法更有利于對(duì)桿系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，核心筒的構(gòu)架分析法和平面構(gòu)架子結(jié)構(gòu)法構(gòu)成了等效離散化這種分析方法。②等效連續(xù)化的分析方法是對(duì)結(jié)構(gòu)中的離散的桿件進(jìn)行連續(xù)的處理的方法。處理方法主要有以下兩種：一種是作物理和幾何上的連續(xù)處理，將離散的桿件等效成為正交異性彈性薄板，這種處理方法能夠的分析和應(yīng)用彈性薄板；另一種則是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何分布上的連續(xù)化，這種處理方法更方便應(yīng)用連續(xù)函數(shù)從而描述結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。
3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)
剪力墻的變形狀態(tài)和受力情況都是由剪力墻的開(kāi)洞情況所決定的，鑒于結(jié)構(gòu)受力是具有很多種特征的，因此單片剪力墻就被分為聯(lián)肢墻、單肢墻、開(kāi)洞墻、框支墻等多種類型的墻結(jié)構(gòu)，剪力墻類型的不同就導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)截面上所受應(yīng)力情況的不同，所以對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的
位移和內(nèi)力進(jìn)行分析時(shí)就必須采取正確的對(duì)應(yīng)的分析方法。平面有限單元法是分析剪力墻結(jié)構(gòu)的方法，這種方法的計(jì)算數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，同時(shí)這種方法也適用于計(jì)算不同類型的剪力墻結(jié)構(gòu)，由于剪力墻結(jié)構(gòu)所受的自由度很多，所以分析計(jì)算其所耗的機(jī)時(shí)也是很多的，現(xiàn)實(shí)中如遇到特殊開(kāi)洞墻、框支墻的過(guò)渡層等所受應(yīng)力的侵略較為的剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用這種方法進(jìn)行分析和計(jì)算。
3.3 框架---剪力墻結(jié)構(gòu)
在對(duì)框架--剪力墻結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力進(jìn)行分析計(jì)算的眾多方法中，連梁連續(xù)化假定方法是最常使用的方法。通過(guò)調(diào)整框架和剪力墻的相等轉(zhuǎn)角和水平位移，就能夠建立外荷載與位移之間的微分方程，通過(guò)解答方程對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。由于計(jì)算時(shí)，考慮的因素以及選用的未知量都不是完全相同的，所以每種方法的解答方式也是不同的。對(duì)已經(jīng)轉(zhuǎn)換成為等效壁式框架--剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行解答時(shí)，應(yīng)該采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移的方法進(jìn)行求解。
4 結(jié)束語(yǔ)
進(jìn)入到新世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的飛速的提升，我國(guó)的高層建筑行業(yè)也得到了十分迅速的發(fā)展，但是隨著高層建筑結(jié)構(gòu)高度的逐漸增加，這也對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。為了保證建筑物竣工后的使用安全以及延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，就必須總結(jié)國(guó)王的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，概括建筑物在進(jìn)行結(jié)構(gòu)時(shí)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題加以分析和探討。
參考文獻(xiàn):
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