導(dǎo)語：如何才能寫好一篇高層建筑結(jié)構(gòu)分析，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】 高層建筑；結(jié)構(gòu)分析；設(shè)計研究

引言：高層建筑是伴隨近幾年社會生產(chǎn)的變化而出現(xiàn)，并隨著人們生產(chǎn)生活對此類建筑需求性的加強而不斷的發(fā)展起來的，屬于社會工業(yè)化、商業(yè)化和城市化共同發(fā)展的產(chǎn)物。伴隨科學(xué)技術(shù)的進步、各項質(zhì)地較輕且強度較高的材料的出現(xiàn)以及電氣化、機械化與計算機技術(shù)等在我國建筑工程行業(yè)的拓展性應(yīng)用，使得我國高層建筑的發(fā)展擁有了充足的技術(shù)和物質(zhì)條件。世界上第一棟高層建筑是芝加哥的保險公司大樓，共十一層，高五十五米，隨著此棟樓的出現(xiàn)，高層建筑業(yè)逐漸的世界上發(fā)展起來。目前，我國已經(jīng)建設(shè)完成的，高度在一百零四米以上的高層建筑已經(jīng)超過了一百棟，其中，在上世紀九十年代末建設(shè)完成的上海金茂大廈是截止到目前為止我國最高的一棟高層建筑。

1.高層建筑的結(jié)構(gòu)類型體系

1.1框架―剪力墻類型體系

當建筑物的框架體系整體的強度和硬度無法滿足設(shè)計和應(yīng)用的要求時，往往會在建筑物平面部分找一個適當?shù)奈恢茫缓笤谠撐恢蒙显O(shè)置一個體積比較大的剪力墻，用它來代替部分的建筑物框架，這也是框架―剪力墻這一建筑結(jié)構(gòu)類型形成的原因。當建筑物在承受來自水平方向的一個力時，該結(jié)構(gòu)類型可以通過具有足夠硬度的建筑物的樓板與連梁形成一個能夠協(xié)同工作的建筑結(jié)構(gòu)體系。在這一體系中，框架承受的是垂直荷載，剪力墻承受的是水平荷載，該結(jié)構(gòu)承載荷載的形式，使得其形成了彎剪型的位移曲線[1]。剪力墻這一結(jié)構(gòu)體系的設(shè)置，使得結(jié)構(gòu)的側(cè)向硬度被增強、水平位移被減小、框架結(jié)構(gòu)應(yīng)該承受的水平剪力下降且內(nèi)力主要沿豎向的方向進行均勻的分布，這就使得該結(jié)構(gòu)體系建筑物的能建高度要遠遠的高于由普通框架體系構(gòu)建的建筑物。

1.2剪力墻類型體系

當建筑物的主體受力結(jié)構(gòu)全部都是由建筑物的平面剪力墻結(jié)構(gòu)建構(gòu)完成時，便會形成剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在該結(jié)構(gòu)體系中，單片的剪力墻承受的是全部的垂直方向的荷載與水平力。并且，由于該結(jié)構(gòu)體系屬于剛性的建筑結(jié)構(gòu)，所以，其主要呈現(xiàn)出彎曲型的位移曲線。與此同時，由于該結(jié)構(gòu)體系的剛度和強度都處于一個相對較高硬度值上，所以其具有一定程度的延性、傳遞受力十分的均勻、具有良好的整體性和抗倒塌的能力[2]。所以，在大部分的高層建筑中，設(shè)計者都比較傾向于使用此種結(jié)構(gòu)體系?？傮w來看，該結(jié)構(gòu)體系屬于一種性質(zhì)較為良好的結(jié)構(gòu)類型，能夠建立出比框架―剪力墻結(jié)構(gòu)類型還高的高層建筑。

1.3簡體類型體系

在高層建筑中，只要是使用筒體帶有抗側(cè)力建筑構(gòu)件的結(jié)構(gòu)類型體都被稱為筒體類型體系。該體系主要包括：單筒體體系、筒中筒體系、筒體―框架體系以及多束筒體系等各種類型[3]。從本質(zhì)上來看，筒體屬于一種空間性的建筑受力構(gòu)件，主要分為實腹和空腹兩種筒體類型。其中，實腹筒屬于由曲面強或者是平面強圍城的一種三維豎向單體結(jié)構(gòu)；空腹筒屬于由窗裙梁、密排柱或者是開孔的鋼筋混凝土的建筑外墻組合構(gòu)成的空間性的受力構(gòu)件。因為該體系的這一構(gòu)成使得其具有極大的強度和剛度，并且該體系內(nèi)的各個受力也比較合理，抗震抗風(fēng)的能力比較強，所以該結(jié)構(gòu)體系常常會被應(yīng)用于一些跨度比較大、空間比較大或者是一些超高層的高層建筑中。

2.各結(jié)構(gòu)類型的設(shè)計方案

目前，我國的高層建筑結(jié)構(gòu)都是有帶有豎向抗側(cè)力放入建筑構(gòu)件，通過與水平樓板的連接而構(gòu)成的大型的空間結(jié)構(gòu)體系。由于該結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜性，如果完全依照三維空間的結(jié)構(gòu)進行分析時無法達到較高精確度的，所以，其設(shè)計方法種類也比較多。

2.1彈性假定

目前，在我國的建筑中比較實用的、對高層建筑的結(jié)構(gòu)體系能夠進行精確分析的方法是彈性的計算方式。由于受到垂直荷載或者是受到了一般風(fēng)力的作用，高層建筑的結(jié)構(gòu)則通常會處于一種彈性的工作階段當中，從建筑結(jié)構(gòu)體系的實際受到了罕見的臺風(fēng)或者是地震的作用時，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)常常會產(chǎn)生比較大幅度的位移，這時，建筑物的主體便會出現(xiàn)裂縫，該結(jié)構(gòu)便進入到了彈塑性的工作階段之中。在此時，如果仍然使用彈性的方式來計算結(jié)構(gòu)的位移與內(nèi)力時，則無法真實、準確的反映出該結(jié)構(gòu)體系此時真實的工作狀態(tài)。如果想要將結(jié)構(gòu)此時真實的工作狀態(tài)反映出來，則需要以彈塑性的動力計算方法對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。

2.2小變形假定

在高層建筑中，小變形假定法是一種被各種設(shè)計方法普遍使用的一種基本形式的假定方式。但是，目前我國由不少的專家學(xué)者與相關(guān)的研究人員開始對幾何中的非線性問題，即P―效應(yīng)進行了一些相關(guān)性的研究。經(jīng)過了一段時間的研究和總結(jié)，專家學(xué)者與研究員中的大部分人都認為：當建筑頂點部分的水平位移同高層建筑物的高度H二者之間的比值為/H>五百分之一時，P―效應(yīng)的影響則不能夠被忽視，需要計算到高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計當中去。

2.3剛性樓板假定

目前，我國大部分的高層建筑結(jié)構(gòu)體系的分析方法大部分都是以建筑物的樓板在其自身這一平面內(nèi)的剛度是無線大的為假定，對于建筑物自身平面外帶有的剛度則是忽略不計。由此可以看出，該設(shè)計方法在極大程度上減少了高層建筑結(jié)構(gòu)體系的自由度，在一定程度上使得計算方法被簡化。并且，假定方式還為那些在空間上采用了薄壁桿件的理論在對筒體體系的結(jié)構(gòu)進行計算時提供了較大的便利[4]。通常來講，受其自身計算方式和計算時相關(guān)的因素的影響，使得該方式比較適用于高層建筑中的框架和剪力墻兩大體系。但是，對于那些豎向的剛度會出現(xiàn)突變情況的高層建筑結(jié)構(gòu)體系，樓板的剛度相對較小，且主要的抗側(cè)力的構(gòu)件之間的間距過大或者是樓層數(shù)比較少的高層建筑，樓板出現(xiàn)變形時會產(chǎn)生較大的影響。

結(jié)論

總而言之，伴隨高層建筑在我國建筑工程行業(yè)的不斷發(fā)展，使得其將成為我國未來建筑行業(yè)的重要建筑類型之一。并且，由于各項能夠全面的滿足高層建筑的科學(xué)技術(shù)、建筑施工材料、形式與力學(xué)分析模式的逐漸發(fā)展與日益的復(fù)雜多元化，使得未來高層建筑的結(jié)構(gòu)類型也將不斷的增多，其設(shè)計方式也會隨之不斷的增加。因此，為了能夠在未來的社會發(fā)展中不被淘汰，繼續(xù)的受到人們的歡迎，創(chuàng)新高層建筑的結(jié)構(gòu)類型，追求更具有合理性的力學(xué)模型，將成為高層建筑設(shè)計師必須要研究和學(xué)習(xí)的問題。

參考文獻

[1]趙麗清.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計[J].山西建筑，2007，14：68-70.

[2]胡文湛.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計[J].江西建材，2006，01：27-29.

篇2

關(guān)鍵詞:超限高層;性能抗震設(shè)計;彈塑性時程分析;塑性鉸

1工程概況

該工程位于成都市龍泉驛區(qū)世紀廣場的東北方向，占地面積約1．33hm2，地塊呈較規(guī)則的矩形;地上36層，地下2層，建筑總高度169m，總建筑面積約為88018m2。大樓使用功能設(shè)定為甲級寫字樓，其中地下一層、二層為汽車庫及設(shè)備用房、廚房;地上一層為大樓門廳、管理用房等;二～三層為餐廳;四～六層為茶房、健身、會議;七～三十三層均為辦公(十四、二十六為避難層，二十五層為會議層);三十四層為避難層和設(shè)備層;三十五層為會所層;三十六層為會所夾層。地下室底板頂面埋深－10.800m。房屋層高:地下室為5.4m，七層及以下為5.4m、4.5m，上部塔樓主要為4.0m，個別樓層為4.5m、5.4m。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計

丙類建筑，安全等級為二級，設(shè)計使用年限為50年。設(shè)防烈度7度(0.10g)，設(shè)計地震分組為第三組，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期取0.45s，多遇地震影響系數(shù)最大值取αmax=0.094(根據(jù)安評報告);地面粗糙類別為B類，基本風(fēng)壓取為0.35kN/m2(按100年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值)。

2.1塔樓

該工程建筑總高度為169m，為B級高度的高層建筑。塔樓采用框架－核心筒結(jié)構(gòu)，地面以上框架柱大多數(shù)為凸字形，框架柱截面從1300mm×1300mm逐漸變到1300mm×600mm，核心筒剪力墻厚度由800mm變到400mm。核心筒內(nèi)部剪力墻厚度為200mm～300mm?？蚣苤凹袅炷翉姸鹊燃墳镃60－C30。上部塔樓結(jié)構(gòu)布置采用單向梁體系，梁間距2250mm，梁兩端分別支承于核心筒和框架梁、柱上，角部為雙向梁。辦公區(qū)的建筑空間凈空要求梁高不大于800mm，框架梁截面為400mm×750mm，內(nèi)部框架梁截面為300mm×750mm。塔樓內(nèi)樓板厚度100mm，會所及夾層樓板厚120mm，根據(jù)建筑功能要求，一層局部抽柱，采用型鋼混凝土梁柱轉(zhuǎn)換。

2.2地下室

該工程塔樓與地下室連成整體，地下室采用框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆梁板體系。柱混凝土強度等級為C60，梁板混凝土強度等級為C30。地下一層板厚120mm;一層作為塔樓的嵌固層，板厚180mm。

2.3結(jié)構(gòu)抗震等級

該工程塔樓及塔樓地下室框架的抗震等級為一級、剪力墻為一級;塔樓外地下框架抗震等級為三級。

2.4地基基礎(chǔ)

該工程塔樓采用樁筏基礎(chǔ)，筏板厚3.0m，樁為人工挖孔樁，樁長20m，樁身直徑1.5m，樁底擴大頭4m，以中風(fēng)化～微風(fēng)化泥巖為樁端持力層，單樁承載力23950kN，間距5.5m梅花型滿堂布置。純地下室采用柱下獨立基礎(chǔ)加防水板，置于粘土層上，地基承載力特值fak不小于220kPa。

3超限情況

［1］(1)該工程屬于B級高度的框架核心筒結(jié)構(gòu)。(2)不滿足規(guī)范“相鄰層剛度變化不大于70%或連續(xù)三層變化不大于80%”的要求，但很接近。(3)豎向構(gòu)件不連續(xù)，在二層抽了兩根柱，采用型鋼桁架，型鋼柱轉(zhuǎn)換。

4抗震性能目標

該工程的超限情況主要為高度超限，沿建筑設(shè)較密的框架柱，雖不滿足筒中筒的條件，但近似筒中筒的工作機理。抗震性能較好，故將抗震性能目標預(yù)定為D級［3］。(1)小震:主體結(jié)構(gòu)震后不受損壞，允許個別延性構(gòu)件出現(xiàn)輕微裂縫，不需修理即可繼續(xù)使用。(2)中震:主體結(jié)構(gòu)震后產(chǎn)生一定的損壞，重要構(gòu)件輕微損壞，連梁及框架梁等耗能構(gòu)件出現(xiàn)中等程度損壞，有明顯的裂縫;經(jīng)過一般性修理后仍可繼續(xù)使用。(3)大震:主體結(jié)構(gòu)震后發(fā)生明顯損壞，大部分構(gòu)件進入屈服，有明顯的裂縫;連梁及框架梁等耗能構(gòu)件嚴重損壞;結(jié)構(gòu)不發(fā)生倒塌，人員生命安全可以得到保證。

5結(jié)構(gòu)計算分析

5.1整體計算結(jié)果

采用SATWE和PMSAP兩種軟件進行結(jié)構(gòu)彈性階段的計算分析，并將兩者計算結(jié)果進行對比分析，采用合理值進行設(shè)計如表1所示

5.2彈性計算分析

(1)扭轉(zhuǎn)周期比為0.69，說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不大，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件布置較合理。(2)最大扭轉(zhuǎn)位移比為1.19，說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度較好，結(jié)構(gòu)平面布置較好。(3)結(jié)構(gòu)前兩個周期均為平動周期，振型分布合理，衰減較快，達到了較理想的效果。(4)層間位移角曲線平滑，無突變，結(jié)構(gòu)豎向剛度均勻，無明顯薄弱層。(5)柱的最大軸壓比為0.73，剪力墻的最大軸壓比為0.50，如圖2所示。軸壓比控制較好，可以保證在大震下結(jié)構(gòu)的延性。(6)從SATWE和PMSAP兩種不同力學(xué)計算模型的彈性計算結(jié)果可以看出，其主要計算指標比較吻合，無明顯差異，構(gòu)件的配筋基本一致。計算結(jié)果與概念設(shè)計的預(yù)期基本一致，證明計算結(jié)果的正確性。

5.3時程分析

(1)采用SATWE的彈性動力時程分析程序進行多遇地震下彈性時程分析，按建筑場地類別和設(shè)計地震分組選用了SATWE地震波庫中的兩組實際地震記錄(TH1TG045和TH2TG045)和《場地地震安評報告》提供的擬建場地的兩組場地人工模擬加速度時程曲線(P5063－1和P5063－2)。由于實際地震記錄偏小，對兩組實際地震記錄的地震力取放大系數(shù)2。多遇地震彈性時程分析結(jié)果表明:每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法的65%，多條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法的80%，計算結(jié)果滿足“高規(guī)”4.3.5條的要求。(2)采用EPDA軟件進行了整體結(jié)構(gòu)的中震動力時程分析，選取一條人工波(P5010－1)和一條天然波(TH1TG045)，時間步長0.02s，阻尼比為0.05。分析結(jié)果表明，框架柱完好無損，核心筒剪力墻頂部出現(xiàn)裂縫，但不嚴重;部分構(gòu)架及框架梁端有明顯的裂縫，進入屈服階段，如圖4所示，可以實現(xiàn)中震可修的目標.(3)采用EPDA軟件進行了整體結(jié)構(gòu)的大震動力時程分析，選取一條人工波(P502－1)和一條天然波(TH4TG045)，時間步長0.02s，阻尼比為0.05，如圖3所示。分析結(jié)果表明，大震下結(jié)構(gòu)塑性層間位移角滿足規(guī)范要求，核心筒剪力墻出現(xiàn)一定數(shù)量的裂縫，但不嚴重，塑性鉸主要出現(xiàn)在剪力墻連梁或框架梁端上，如圖3所示，為理想的“梁鉸”機構(gòu)，具有良好的耗能能力，達到性能設(shè)計的目標。

5.4性能抗震設(shè)計分析

(1)通過大震下的塑性鉸分布圖，并結(jié)合圖4和圖5可以看出，隨著時程分析的進行，頂部混凝土構(gòu)架梁端首先出現(xiàn)塑性鉸，接著頂部剪力墻出現(xiàn)受拉裂縫，而后框架梁端和核心筒連梁大量出鉸，最后底部剪力墻部分出現(xiàn)受壓裂縫。(2)梁的塑性鉸主要出現(xiàn)在框架梁和核心筒連梁處，出現(xiàn)大量破壞。墻體有受壓(結(jié)構(gòu)底部)，受拉破壞(結(jié)構(gòu)頂部)，但未出現(xiàn)大量破壞?？蚣苤旰?，未出現(xiàn)破壞。(3)以上分析可見，框架梁和核心筒連梁作為結(jié)構(gòu)的第一道抗震防線，出現(xiàn)大量破壞，吸收和消耗掉大部分地震能量，為合理的“梁鉸”耗能機構(gòu)和破壞機制。剪力墻作為結(jié)構(gòu)的第二道抗震防線，墻體頂部和底部出現(xiàn)裂縫，但未出現(xiàn)大量破壞，可判定為結(jié)構(gòu)的“薄弱部位”，設(shè)計時對該部分采取有效的加強措施?？蚣苤旰?，分析原因為嚴格控制了柱的軸壓比，安全儲備較多。

5.5性能抗震設(shè)計目標實現(xiàn)情況

(1)小震:彈性時程分析的結(jié)果與振型分解法的結(jié)果基本一致，結(jié)構(gòu)完好損傷，不需修理即可繼續(xù)使用，能夠?qū)崿F(xiàn)小震的設(shè)計性能目標。(2)中震:核心筒剪力墻頂部出現(xiàn)了輕微的損壞，連梁及框架梁等耗能構(gòu)件發(fā)生中等損壞，進入屈服階段，整體結(jié)構(gòu)基本完好，經(jīng)修理后可繼續(xù)使用。設(shè)計時，按中震不屈服和小震彈性計算結(jié)果的較大值進行剪力墻薄弱部位的設(shè)計，進一步提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，以滿足中震的性能設(shè)計目標。(3)大震:核心筒剪力墻底部和頂部出現(xiàn)部分裂縫，但不嚴重。連梁及框架梁大量出現(xiàn)塑性鉸，形成了良好的耗能機構(gòu)。對剪力墻薄弱部位采取加強措施后的墻體塑性區(qū)域明顯較少，且通過從嚴執(zhí)行《高規(guī)》第7.2.16條關(guān)于B級高度結(jié)構(gòu)剪力墻的相關(guān)規(guī)定［2］，使得整體結(jié)構(gòu)的延性得到一定的提高，具有更好的抗震能力，保證了大震下“壞而不倒”的性能目標D的要求，且結(jié)構(gòu)的實際抗震性能目標接近C級。

6超限的處理措施及對策

6.1針對房屋高度的超限及薄弱部位，采取以下措施

(1)結(jié)合建筑造型，沿建筑設(shè)較密的框架柱，從計算結(jié)果看，設(shè)密柱后結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較大，最大位移值和層間位移角均較小，有效提高了建筑的安全度和舒適性。(2)加強核心筒底部加強區(qū)及頂部三層墻體的豎向構(gòu)件設(shè)計。①該部位墻體最小配筋率提高到0.3%，約束邊緣構(gòu)件縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋率提高到1.3%，配箍特征值放大1.1倍。②塔樓底部加強區(qū)的框架柱全高采用井字復(fù)合箍，且不小于，以提高框架柱的延性。柱全部縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋百分率提高到1.2%;最小配箍特征值比規(guī)范規(guī)定值提高0.01。嚴格控制加強區(qū)框架柱的軸壓比不超過0.7［2］。(3)其余位置的剪力墻從嚴執(zhí)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.16條關(guān)于B級高度結(jié)構(gòu)剪力墻的相關(guān)規(guī)定。

6.2針對“相鄰層剛度變化不大于70%或連續(xù)三層變化不大于80%”的超限

(1)按規(guī)范要求薄弱層地震剪力放大為1.15倍。(2)相關(guān)樓層的墻體最小配筋率提高到0.3%，約束邊緣構(gòu)件縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋率提高到1.3%，配箍特征值放大1.1倍。(3)相關(guān)樓層的框架柱全高采用井字復(fù)合箍，且不小于，以提高框架柱的延性。柱全部縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋百分率提高到1.2%;最小配箍特征值比規(guī)范規(guī)定值提高0.01。6.3豎向構(gòu)件不連續(xù)，在二層抽了兩根柱(1)采用型鋼桁架，型鋼柱轉(zhuǎn)換，增加構(gòu)件的延性。型鋼梁柱剛接，型鋼柱一直延伸至基礎(chǔ)，自成穩(wěn)定體系。(2)加大與轉(zhuǎn)換桁架相接的框架梁配筋。(3)加厚轉(zhuǎn)換桁架上下弦桿處樓板為150mm，且提高樓板的配筋率到0.5%，以加強對桁架的平面外約束。7結(jié)語本文詳細論述了該項目的超限情況、結(jié)構(gòu)設(shè)計、彈性計算分析、彈塑性時程分析、基于性能的抗震設(shè)計分析，以及針對薄弱部位和超限情況所采取相對應(yīng)的抗震措施等內(nèi)容。結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)各項指標均符合國家規(guī)范要求，具有良好的抗震性能。本文基于性能抗震設(shè)計的分析應(yīng)用是合理有效的，可為同類超限工程提供一定的參考意義。

參考文獻

［1］建質(zhì)［2015］67號．超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點［S］．2015．

［2］JGJ3－2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010．

篇3

關(guān)鍵詞:高層建筑；分析方法； 發(fā)展歷程

中圖分類號：TU208文獻標識碼： A

引言

我國高層建筑五十年代開始自行設(shè)計、建造，六十、七十年展很快，進入八十年展更為迅速，鋼結(jié)構(gòu)開始應(yīng)用，這對高層建筑結(jié)構(gòu)的計算提出了許多新的要求。[1]上世紀90年代至今，高層建筑的興建呈現(xiàn)數(shù)量多，層數(shù)多，體型復(fù)雜等趨勢，典型的有廣州國際大廈、深圳帝王大廈、上海金茂大廈和環(huán)球金融中心。[2]

高層建筑的大發(fā)展,給相應(yīng)的計算理論一實驗一計算機應(yīng)用以有力促進.下面概述我國高層建筑結(jié)構(gòu)計算方法的發(fā)展和展望。[4]

1以手算為基礎(chǔ)的各種算法

50 年代至70 年代后期由于計算機條件所限，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計基本上是手算。四大常規(guī)結(jié)構(gòu)是當時主要結(jié)構(gòu)形式，不同的結(jié)構(gòu)體系決定了不同的計算方法。[4]

1.1框架結(jié)構(gòu)體系

在豎向荷載作用下，多跨多層剛架的線位移影響很小，一般可忽略不計。常用的分析方法有力矩分配法和分層法（圖1），其中分層法除忽略側(cè)移影響外，還忽略每層梁的豎向荷載對其他各層的影響。

在水平荷載作用下，常用的分析方法有反彎點法，廣義反彎點法即D值法，無剪力分配法和迭代法。其中廣義反彎點法在推導(dǎo)反彎點高度比和側(cè)移剛度時考慮了結(jié)點轉(zhuǎn)角的影響，修改后的側(cè)移剛度用 表示，故又稱D值法。該法物理概念清楚，計算簡單，精度較高，又有相應(yīng)的表格可供查用，受到廣大工程設(shè)計人員的歡迎。

（a）原結(jié)構(gòu) （b）分層計算簡圖

圖1分層法

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

理論分析與試驗研究表明，剪力墻的工作特點（圖2）取決于開孔的大小。《高規(guī)》給出了各類剪力墻劃分判別式：當墻整體系數(shù)a≥10，墻肢不出現(xiàn)反彎點時，可按整體小開口墻算法計算，當a

整體小開口剪力墻，可按材料力學(xué)方法略加修正進行計算。雙肢(或多肢) 剪力墻一般是采用連續(xù)化方法,以沿豎向連續(xù)分布的連桿代替各層連梁的作用，用結(jié)構(gòu)力學(xué)力法原理，以連梁跨中剪力為基本未知量，由切口處位移協(xié)調(diào)條件建立二階常微分方程組，梁啟智用解微分方程組法解了多肢墻，并把此方法推廣到空間剪力墻結(jié)構(gòu)。文獻〔16〕在引入各墻肢在同一水平上側(cè)向位移相等,且在同一標高處轉(zhuǎn)角和曲率也相等的假設(shè)后,把多肢墻的微分方程組合并為一個方程求解。

（a）整體墻 （b）獨立墻肢（c）小開口墻 （d）聯(lián)肢墻（e）壁式框架

圖2不同工作特點的剪力墻

1.3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系

目前基本的手算方法是微分方程解法將結(jié)構(gòu)單元中所有的剪力墻合并為彎曲剛度為EIw的總剪力墻；將所有框架合并為剪切剛度為Cf的總框架；將所有連梁合并為附加剪切剛度為Cb的總連梁（圖3）。由剪力墻與框架的位移協(xié)調(diào)條件建立微分方程求解這類方法都編制了現(xiàn)成的計算圖表供設(shè)計時直接查用，并推廣到板柱體系和二階變截面的情況。

無剪力分配法同樣適用于框剪結(jié)構(gòu)分析。

圖3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系

1.4底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)體系

底層為框架的剪力墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)底層要求大開間而采用的一種結(jié)構(gòu)型式,稱為底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu).這種結(jié)構(gòu)由于上部墻體與底層框架的不同性質(zhì),給計算帶來一定的困難.包世華采用分區(qū)混合法求解[5,6]。對上層剪力墻部分(包括壁式框架),仍可采用普通剪力墻計算中采用的假定,連梁用連續(xù)連桿代替,取連續(xù)連桿的剪力為基本未知量,在連續(xù)連桿切口方向建立變形連續(xù)方程(力法方程);底層框架部分,采用了同層各結(jié)點水平位移相等,同層各結(jié)點轉(zhuǎn)角相同的假定,取底層框架的結(jié)點位移為基本未知量,對框架結(jié)點的位移方向建立相應(yīng)的平衡方程(位移法方程),用混合法求解,方法簡單,精度較好。

（a）上部結(jié)構(gòu)用鏈桿連接（b）上部結(jié)構(gòu)用剛性薄片聯(lián)系

圖4落地墻與框支墻協(xié)同工作

1.5筒體結(jié)構(gòu)體系

為了能方便實現(xiàn)筒體結(jié)構(gòu)的簡化計算,國內(nèi)外學(xué)者提出了許多近似計算方法。

一類方法是采用降維的辦法,將框筒轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫婵蚣苓M行分析,這方面的代表是展開平面框架法和等效角柱法,將空間三維框筒等效為平面框架后,可采用平面框架程序略加修正后進行分析。

另一種方法是將框筒變?yōu)榈葎偠鹊膶嶓w筒,然后采用連續(xù)體力學(xué)求解。對于圓形筒

體已經(jīng)采用圓柱殼無矩理論進行分析一般形狀的筒體,采用能量法分析的相當多不過,

有限條法有更大的實用價值,采用樓蓋虛條、連梁虛條、框架虛條是有限條的一個新

發(fā)展。

（a）筒中筒結(jié)構(gòu) （b）框架-筒體結(jié)構(gòu) （c）多筒體結(jié)構(gòu)

圖5筒體結(jié)構(gòu)體系

2. 以桿件為單元的矩陣位移法

80 年代，我國計算機得到發(fā)展，微型計算機進入到科研及工程設(shè)計單位，90 年代486 機已很普及，伴隨計算機的發(fā)展，結(jié)構(gòu)矩陣分析與程序設(shè)計也隨之得到迅速的發(fā)展，目前，微機在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中已不可或缺[7]。

2.1高層建筑結(jié)構(gòu)協(xié)同工作分析法

協(xié)同工作分析首先將結(jié)構(gòu)劃分為若干平面壁式框架，然后引人樓板剛度無限大的假定，考慮樓層水平力的平衡條件，可以建立聯(lián)系樓層位移u、v、θ及樓層荷載Px、Py、Mt的位移法方程：

（1）

即：

（2）

求解此方程可以得到樓層位移而計算各片框架分配的水平力,最后進行平面框架分析求得桿件內(nèi)力。

圖6協(xié)同工作分析法計算圖形

2.2高層建筑結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)分析法

進入80 年代以后,國內(nèi)高層建筑框筒和復(fù)雜體型結(jié)構(gòu)增多,結(jié)構(gòu)空間作用十分明顯，必須考慮其空間的協(xié)調(diào)性，因而發(fā)展了空間桿系(含薄壁桿) 分析法，為了區(qū)別于空間協(xié)同工作分析法，通常稱為三維空間結(jié)構(gòu)分析法。此法以空間桿件為單元，以結(jié)點位移( 三個線位移，三個角位移；對薄壁桿結(jié)點還多一個翹曲位移) 為基本未知量，按空間桿結(jié)構(gòu)建立平衡方程求解。空間桿系分析方法較少受形狀、體系限制，應(yīng)用面很廣，但未知量極多，要求大型、高速計算機.為便于在工程中應(yīng)用,仍保持樓板剛性的假定,用樓面公共自由度( 平移u、v,轉(zhuǎn)動θ) 代替層各結(jié)點相應(yīng)的自由度,未知數(shù)可減少30 % 以上。

這類程序目前已經(jīng)商品化,有代表性的微機程序如建研院結(jié)構(gòu)所的TBSA、TAT、建研院計算中心的STWZ、南京市建筑設(shè)計院的504分析程序及清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院ADBW程序等.ADBW程序區(qū)別于以往多數(shù)程序所采用的薄壁桿件剪力墻單元,而采用了另一種新型剪力墻單元,即每道剪力墻同一層內(nèi)豎向?qū)啥说闹蛪υ诮唤缣幥虚_,上下層之間用一根平面內(nèi)抗彎剛度無窮大,平面外抗彎剛度為零的特殊剛性梁連接.這種剪力墻單元在整體結(jié)構(gòu)計算中顯得較為合理。

4. 多種單元組合的有限元法

進入90年代，隨著我國高層建筑功能的不斷增多，結(jié)構(gòu)的平面布置和豎向體型更趨復(fù)雜，對結(jié)構(gòu)分析提出了更高的要求?，F(xiàn)階段的部分高層建筑的樓板開有大孔洞，從而破壞了樓板的平面內(nèi)無限剛的假定，轉(zhuǎn)而應(yīng)考慮樓板變形的影響；部分高層建筑具有復(fù)雜的空間剪力墻，如開有不規(guī)則的洞口、平面復(fù)雜的芯筒等；為了實現(xiàn)建筑功能的轉(zhuǎn)換，不少高層建筑使用了轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)換大梁、轉(zhuǎn)換桁架和轉(zhuǎn)換厚板等。對于這些高層建筑，已不能再用單一桿件單元的計算模型去描述了，樓板平面內(nèi)無限剛假定在樓板有較大削弱情況下也無法成立，這就促使人們探討更合理和更符合實際的計算模型和計算方法，這就是多種單元組合的有限元法。該方法將高層建筑結(jié)構(gòu)離散為彈性力學(xué)平面單元、墻元、板元和桿元的組合結(jié)構(gòu)，可以對高層建筑進行更細致、更精確的結(jié)構(gòu)分析。但該法涉及更大量的未知量，需求解出更大量的方程組，對計算條件也有更高的要求。可幸的是，近年我國計算機技術(shù)在質(zhì)和量等方面均有了很大的飛躍，為我們提供了強有力的計算工具，并促使其進一步完善。

為適應(yīng)多種單元組合的有限元分析，針對不同的結(jié)構(gòu)類型及計算要求，選用合適的通用或?qū)Ｓ糜嬎愠绦颍瑢υO(shè)計工作有著重要意義。目前,在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中，用得較多、影響較大的還是引進的SAP系列程序和ADINA程序。

5. 結(jié)構(gòu)動力特性和直接動力分析

結(jié)構(gòu)自振周期在計算機分析時可以由剛度矩陣[K]的特征值分析求得,實測結(jié)果表明這種方法是比較準確的。

為適應(yīng)手算和微型機計算，近似計算方法也得到了發(fā)展，如逐次疊代法、擬厚板法,前者假設(shè)初始頻率ω后,回代計算慣性力Fj,以頂層FN=QN為條件修正ω。反復(fù)計算至收斂；后者將高層建筑作為正交異性板，建立板振動方程求解。

直接輸人地震波對高層建筑進行動力分析可以更確切地反映建筑物在地震過程的各種性能。1978年以后，這領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進展迅速.高層建筑可以作為一個多質(zhì)點系統(tǒng)，在地震過程中的振動方程為：

（3）

對于已知的地震加速度記錄z（t），可以對時間t求解上述方程，便可求得結(jié)構(gòu)在地震過程中任一時刻的反應(yīng)。

工程中應(yīng)用最廣泛的是分層模型，結(jié)構(gòu)質(zhì)量按樓層集中，結(jié)構(gòu)剛度由層彎曲剛度和層剪切剛度來代表。這一模型較好地反映了高層建筑結(jié)構(gòu)的特點，所用的機時也較少(圖7)。

另一方面，更為精細的桿件模型也得到了發(fā)展，但由于所需機時較多、計算機容量較大，目前應(yīng)用較少。

考慮樓板變形影響，采用并列多質(zhì)點計算模型的方法也在研究中(圖8) 近年來，考慮扭轉(zhuǎn)振動、斜向輸人雙向地震波的動力分析方法也取得了進展。

表達構(gòu)件彈塑性性質(zhì)的回線模型，目前多采用退化雙線性、三線性和四線性等幾種形式。積分方法一般采用β法或θ法。

一些研究通過彈塑性動力分析得到彈塑性反應(yīng)位移值與彈性反應(yīng)位移值的比較，得到從彈性反應(yīng)位移預(yù)估彈塑性反應(yīng)位移的方法。

圖7動力分析層模型圖8并列多質(zhì)點模型

6. 近期進一步研究的課題展望

（1）改進把剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)簡化成桿件的不盡合理的計算簡圖，由空間桿件向空間組合結(jié)構(gòu)發(fā)展。進一步提供計算復(fù)雜三維空間結(jié)構(gòu)的計算方法和程序。

（2）開發(fā)更優(yōu)的鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)計算方法及其程序。

（3）筒體結(jié)構(gòu)的簡化計算方法，提出能用于施工圖設(shè)計的手算方法，以便于校驗。

（4）解析、半解析求解器方法的進一步完善和系列化，推出更優(yōu)的商品化程序。

（5）建立多維地震波鋼筋混凝土空間復(fù)雜體型的桿系-層模型時程分析法及其程序，研究廣義坐標下桿系-層模型的新的計算理論，建立廣義坐標下桿系-層模型時程分析應(yīng)用程序。

參考文獻

[1] 趙西安.我國高層建筑結(jié)構(gòu)計算方法的進展[J].工程力學(xué),1990,7(1) : 67-75.

[2] 楊志.高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法綜述[J]. 四川建材,2006,5

[4] 張銅生,包裕昆,包世華. 我國高層建筑設(shè)計計算的回顧及存在的問題[J]. 力學(xué)進展,1996,26(2)：214-229.

[5] 包世華.框支剪力墻和落地剪力墻在水平荷載作用下共同工作時的內(nèi)力和位移.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,1982,5

[6] 包世華.框支剪力墻、落地剪力墻和壁式框架在水平荷載下共同工作時的內(nèi)力和位移.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,1983,6

[7] 張吉紅,孫云龍. 高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計[J]. 建筑結(jié)構(gòu)，2011,41:229-231

[8] Bao S H, Li.W Y, Xin K G.Static analysis of Thin-Walled Members With Stepped Cross-Sections Based on Displacement Variational Principle.Proc.of 17th Southeastern Conf .Theo. and Appl.Mech. Arkausas,USA,April,1994.

篇4

關(guān)鍵詞：高層建筑 方案設(shè)計 結(jié)構(gòu)分析

Abstract: with China's rapid economic growth in the city, more and more high-rise buildings, which is a development trend. Through the design of high-rise building structure characteristic, elaborated the system structure design of high-rise building structure design, and analyzes the problems.

Key words: high-rise building, scheme design, structure analysis

中圖分類號 : TU3文獻標識碼： A 文章編號：

引言

隨著我國經(jīng)濟的快速增長，城市規(guī)劃用地日趨緊張，發(fā)展高層建筑是城市未來的趨勢。高層建筑堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)是隨著科學(xué)技術(shù)進步和經(jīng)濟發(fā)展帶來的。如今建筑功能的的多樣化使人們提出了更多和更復(fù)雜的要求，出現(xiàn)了許多復(fù)雜的不規(guī)則的高層。在建筑行業(yè)內(nèi)部有些人員忽略了其結(jié)構(gòu)設(shè)計的根本所在，有些設(shè)計人員過分依靠設(shè)計軟件，盲目的生搬硬套，造成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計無法一次性完成。所以，本文對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算分析等問題深入的進行一次分析探討，希望能對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的同行起到積極的作用。

1、高層結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計

現(xiàn)在許多建筑結(jié)構(gòu)工程師太多依賴結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，對設(shè)計軟件的結(jié)果盲目的生搬硬套，結(jié)構(gòu)工程師對結(jié)構(gòu)的體系、結(jié)構(gòu)的布置符不符合規(guī)范，或者算出的信息和實際的情況是不是一致，是不是真實可靠都只是用結(jié)構(gòu)計算軟件來設(shè)計和計算，雖然能設(shè)計和計算出一個結(jié)果，但是這些的結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果是需要設(shè)計師來判斷正確與否的，這就需要結(jié)構(gòu)工程師自身有較高的結(jié)構(gòu)水平、對軟件的深入了解以及對規(guī)范的熟悉程度。

在實踐中，設(shè)計人員的建筑設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計是相互協(xié)調(diào)、相互影響的，在初步設(shè)計之前做的工程項目來設(shè)定一個總體方案是概念設(shè)計的目的，根據(jù)使用功能、設(shè)計意圖、現(xiàn)場的建筑條件、材料的來源以及業(yè)主對項目資金的使用等許多方面因素的要求，這樣對下一步的設(shè)計、施工和維護使用能做到又快又省力。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的自身特點，比如設(shè)計施工比較復(fù)雜或者對施工技術(shù)要求比較高，投入資金又很大，加上地基結(jié)構(gòu)的特殊性，這樣結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計并不能帶來綜合經(jīng)濟效果的最優(yōu)化，例如在高層建筑的深基坑支護設(shè)計施工過程中，直接放坡不需要用支護來設(shè)計的結(jié)構(gòu)方案是比較經(jīng)濟的的方法，但是后果可能會出現(xiàn)深基坑變形和變大，造成施工工期延長導(dǎo)致資金回報慢一些因素，第二，選擇一個適合的結(jié)構(gòu)設(shè)計體系也是要在建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計過程中解決好的問題。目前來說，高層建筑結(jié)構(gòu)體系分幾種類型：①剪力墻結(jié)構(gòu)；②框架結(jié)構(gòu)；③框架剪力墻結(jié)構(gòu)④框架核芯筒結(jié)構(gòu)；⑤筒中筒結(jié)構(gòu)；在這么多的結(jié)構(gòu)體系中，讓設(shè)計師們可供選擇一種或幾種結(jié)構(gòu)體系用來備選，在建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計時確定。透過建筑結(jié)構(gòu)的計算和各個方面的技術(shù)經(jīng)濟比較確定最為經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計體系。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

2.1、模型的計算

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容之一是結(jié)構(gòu)分析，通過計算來確定結(jié)構(gòu)在各種作用下的效應(yīng)，研究的結(jié)論要能說明和評估真實結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)作用下的效應(yīng)。結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟學(xué)和實用性是否科學(xué)合理都是通過結(jié)構(gòu)分析來確定的。結(jié)構(gòu)分析的重中之重都是在于通過模型的計算分析來確定的，它包含理論的計算、合理的選擇計算簡圖，這是研究分析結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和重點。

在實際中，不管模型分析是哪種，都無法完全精確的描述其真實的結(jié)構(gòu)，都是在實際的結(jié)構(gòu)中取一定程度的近似值。通常情況下，建立模型結(jié)構(gòu)分析時，都會用一些假定，比如結(jié)構(gòu)材料均質(zhì)連續(xù)都是假設(shè)的，這樣的假定對結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)性能不會產(chǎn)出明顯的誤差，整體的性能的效應(yīng)都是主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件參與的。但是次要構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對性能的影響都是假定忽略了，就是說忽略了結(jié)構(gòu)中作用較小構(gòu)件的剛度，通過假定，根據(jù)構(gòu)件在結(jié)構(gòu)整體性能中應(yīng)發(fā)揮的作用來進行確定是否能忽略，可以忽略相對和對主體影響較小的變形。

2.2、理論計算

建模是計算理論的一個重要組成部分，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究理論計算分為兩種：①線性理論；②非線性理論。其中以第一種線性理論比較成熟，是目前結(jié)構(gòu)工程師們對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時普遍運用的一種計算理論。在結(jié)構(gòu)設(shè)計的承載力狀態(tài)中，極限和正常使用極限狀態(tài)都是普遍常用其中。非線性計算理論又分為兩種：①材料非線性；②幾何非線性；第一種是材料、構(gòu)件以及截面的本構(gòu)關(guān)系。比如荷載與位移，彎短與曲率，應(yīng)力與應(yīng)變等等都是非線性的，對于幾何非線性，通常都是結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生內(nèi)力的二階效應(yīng)造成荷載效應(yīng)與荷載之間出現(xiàn)的這種關(guān)系。

在選擇兩種計算理論的分析時還是要根據(jù)項目的具體情況而定，通常采用線性計算理論分析，因為在一般建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，使用其分析比較簡便。不過在遇到建筑結(jié)構(gòu)跨度大，或者超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，二階效應(yīng)會使結(jié)構(gòu)變形比較大，所以還是要采用非線性計算分析。

2.3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，解析和數(shù)值是結(jié)構(gòu)分析時采用的兩種數(shù)學(xué)方法，通常簡單的結(jié)構(gòu)模型求解中適用于此方法，但是遇到建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一個數(shù)學(xué)模型不能被很多建筑結(jié)構(gòu)抽象成一個可以用連續(xù)函數(shù)表達，并且邊界條件也無法用連續(xù)函數(shù)表達的情形下，這樣就不能選擇運用這個方法，所以在此情形下就要用數(shù)值法求解，數(shù)值法又分為有限條，有限單元，有限差分等方法，就目前來看，應(yīng)用較為廣泛是有限單元法，方法原理是將建筑結(jié)構(gòu)拆分一個有限單元組合體，這樣方便剖析真實的建筑結(jié)構(gòu)和模擬，一般情形下可以模擬幾何形狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)解析，單元可以按照不同的連接方式組合在一起，但其本身有可以有不同的幾何形狀。在建筑設(shè)計時，結(jié)構(gòu)工程師對于有限單元結(jié)構(gòu)分析的常用軟件有ETABS，PKPM，SAP，ANSYS等系列。

2.4、建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計

建筑概念設(shè)計是在研究設(shè)計方案過程時，通過我們自身具備的經(jīng)驗基礎(chǔ)，選擇和布置好結(jié)構(gòu)體系，能準確把握好其結(jié)構(gòu)特性，能保證在預(yù)期的范圍內(nèi)把結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)的各項作用下控制住，其中的內(nèi)容包含：①結(jié)構(gòu)選型，②結(jié)構(gòu)平面，③豎向布置，④結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度控制，⑤溫度作用考慮等。概念設(shè)計是結(jié)構(gòu)工程師必須掌握也是很難完全掌握的能力之一，在普遍運用計算機設(shè)計的今天，概念設(shè)計理念對于判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算結(jié)果的合理性，正確性有很大的作用。

2.5、建筑結(jié)構(gòu)總體布置

我們通過選擇合理的結(jié)構(gòu)體系以及較好的結(jié)構(gòu)布置，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理科學(xué)。往往完美的建筑設(shè)計方案的效果也都是需要結(jié)構(gòu)不斷的想辦法去實現(xiàn)的，但是有很多的建筑方案有時候會要求結(jié)構(gòu)犧牲安全性和經(jīng)濟性去達到建筑的美觀效果，我們應(yīng)該深入去分析結(jié)構(gòu)的安全性，原則性的問題絕對不能遷就建筑，以防止造成結(jié)構(gòu)功能和安全上的問題。結(jié)構(gòu)布置要全面考慮以下幾個因素方面:

⑴、控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形

建筑的結(jié)構(gòu)一般都要同時承受豎向荷載、水平荷載。水平荷載會使側(cè)移隨結(jié)構(gòu)的高度增加而變大，因此，在水平荷載的作用下，如果建筑高度超出一定的范圍后，就會造成結(jié)構(gòu)發(fā)生過大側(cè)移和相對的位移，有時甚至?xí)乐氐仄茐慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)件，所以，我們要把控制側(cè)向位移作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點和難點來解決，一般情況下，要以限制結(jié)構(gòu)的高度和高寬比為控制手段。

⑵、平面布置

平面布置的選擇主要是根據(jù)建筑工程的實際情況來確定，如果是獨立的結(jié)構(gòu)單元，則采用形狀較為簡單，而且要根據(jù)相對應(yīng)、相協(xié)調(diào)的原理，剛度和承載力分布要呈現(xiàn)出比較均勻的形狀。此外，根據(jù)抗震設(shè)計的要求，高層建筑單個的結(jié)構(gòu)單元長度要控制在一定的范圍內(nèi)，不能太長，否則在發(fā)生地震時，結(jié)構(gòu)的兩端可能會出現(xiàn)反相位的振動，這將會導(dǎo)致建筑被過早地破壞，同時威脅到人們的安全。

⑶、豎向布置

為了避免過大的外挑和內(nèi)收，結(jié)構(gòu)的豎向布置應(yīng)遵循形體規(guī)則、剛度和強度沿高度均勻分布的原則，而在同一層的樓面，要設(shè)在統(tǒng)一標高處以防止錯層和局部夾層的情況出現(xiàn)。而在面對高層建筑時，還要注意解決結(jié)構(gòu)剛度和強度發(fā)生變化的情況，對于這種情況，應(yīng)逐漸變化。

⑷、縫的設(shè)置和構(gòu)造

建筑結(jié)構(gòu)的總體布置應(yīng)該要考慮到沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜對結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。可以利用沉降縫、伸縮縫或防震纏把結(jié)構(gòu)分成若干個獨立單元，以消除沉降差、溫度應(yīng)力和形體復(fù)雜對結(jié)構(gòu)的不利影響。但如果設(shè)縫，就會對建筑的使用要求、立面效果、防水處理帶來不便。因此，在設(shè)縫上必須要謹慎對待，盡量能從總體布置上或構(gòu)造上采取其他有效的措施來減少沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜引起的問題。

三、小結(jié)

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復(fù)雜、漫長、重復(fù)的過程，如果不想讓整個設(shè)計過程中變得更復(fù)雜或者設(shè)計出的結(jié)果造成不安全的因素都必須要仔細和有耐心，不能出現(xiàn)遺漏和錯誤?？傊?，作為結(jié)構(gòu)工程師，我們要從自身做起，要求自己嚴格按照規(guī)范規(guī)定進行設(shè)計，有時候也要拒絕和不能妥協(xié)業(yè)主方、投資方提出的無理要求而進行違規(guī)操作設(shè)計，負責(zé)任、認真的工作態(tài)度加上日積月累的設(shè)計經(jīng)驗都是成為優(yōu)秀設(shè)計師的結(jié)構(gòu)工程師，只有在不斷學(xué)習(xí)，不斷總結(jié)經(jīng)驗，對我們自己設(shè)計的每一個項目做到負責(zé)任的精益求精，才能真正把結(jié)構(gòu)設(shè)計做好，成為一個優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)工程師。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家標準．建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

篇5

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 常用高層建筑結(jié)構(gòu)體系受力特點分析比較

1.1 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)體系它是由基礎(chǔ)、樓板、柱、梁這4種承重構(gòu)件所組成的。基礎(chǔ)、柱和梁一起構(gòu)成平面框架是主要的承重結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活，可形成較大的建筑空間，建筑立面處理也較方便；整體性、抗震性能好，具有較好的塑性變形能力。但是，框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度小，當層數(shù)過多時，會產(chǎn)生過大的側(cè)移，從而限制了框架結(jié)構(gòu)的建造高度。

1.2 框架——剪力墻結(jié)構(gòu)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常采用的是框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系，即把框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)共同組合在一起形成的結(jié)構(gòu)體系，豎向荷載由框架和剪力墻等豎向承重單體共同承擔(dān)，水平荷載則主要由剪力墻這一具有較大剛度的抗側(cè)力單元來承擔(dān)。剪力墻的設(shè)置，大幅增加了高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，使其水平側(cè)向位移大幅減??；同時，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作使各層層間變形趨于均勻，所以框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系的建筑能建高度要顯著高于框架結(jié)構(gòu)。

1.3 剪力墻結(jié)構(gòu)

由墻體承受全部水平作用和豎向荷載的結(jié)構(gòu)體系稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)體系屬于明顯的剛性結(jié)構(gòu)，且傳力均勻、直接。其結(jié)構(gòu)的強度和剛度都相對較高，但同時也具有一定的延性。結(jié)構(gòu)在臺風(fēng)、地震作用等水平大荷載作用下，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移能有效控制，具有良好的結(jié)構(gòu)整體性能，抗倒塌能力強，其能建高度大幅高于框架或框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

1.4 筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)體系由筒體為主的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)體系的高層建筑結(jié)構(gòu)具有非常大的強度和剛度，結(jié)構(gòu)體系中各構(gòu)件的受力分配合理，抗風(fēng)、抗震性能相對框架——剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)更強，往往應(yīng)用于大空間、大跨度要求的高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 水平荷載相對于豎向荷載顯得更為重要

結(jié)構(gòu)需同時承受豎向和水平荷載，低層結(jié)構(gòu)以抵抗重力為代表的豎向荷載為主，而水平荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力、側(cè)向位移很小。對高層結(jié)構(gòu)來說，隨著建筑高度的增加，水平荷載隨建筑高度的增高迅速增大。如把建筑物視作簡單的豎向懸臂構(gòu)件，構(gòu)件中由豎向荷載產(chǎn)生的軸力與高度(H)成正比；水平作用產(chǎn)生的彎矩與高度(H)的平方成正比；水平作用產(chǎn)生的側(cè)向位移則與高度(H)的四次方成正比。對某一高度確定的建筑，結(jié)構(gòu)豎向荷載的大小基本穩(wěn)定，而水平方向上風(fēng)載和地震作用的數(shù)值大小往往會隨高層建筑結(jié)構(gòu)的動力特性不同而存在較大幅度的變化?？梢?，水平荷載對高層建筑結(jié)構(gòu)的影響大，側(cè)向位移成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要控制目標之一。

2.2 控制結(jié)構(gòu)側(cè)移是關(guān)鍵因素

與低層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計不同，高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移是其結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的關(guān)鍵決定性因素。隨著建筑高度的不斷增加，水平側(cè)向荷載下的結(jié)構(gòu)側(cè)移變形會快速增大。側(cè)向位移過大將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，特別是對豎向構(gòu)件，附加偏心力超過一定限值時，將會引起整個結(jié)構(gòu)的倒塌破壞；同時，在風(fēng)荷載作用下，如果側(cè)向位移過大，將會引起居住者工作者的不適，在地震作用下，如果側(cè)向位移過大，更會讓人感到不安和驚慌。

2.3 結(jié)構(gòu)軸向變形的影響顯著

對于高層建筑結(jié)構(gòu)，由于層數(shù)多、高度高，軸力很大，從而沿高度逐漸積累的軸向變形很顯著高層建筑結(jié)構(gòu)中，一般豎向荷載的數(shù)值較大，在柱中會引起較大范圍的軸向壓縮變形，對結(jié)構(gòu)體系中的連續(xù)梁彎矩大小產(chǎn)生顯著影響。高層建筑的軸向變形的差異會達到一個比較大的數(shù)值，從而引起跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大，連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小。

2.4 結(jié)構(gòu)延性的重要性

高層建筑相對于低層或是多層建筑來說結(jié)構(gòu)更柔一些，受到地震的影響后，結(jié)構(gòu)變化更大一些。所以采取恰當?shù)拇胧┍ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，使結(jié)構(gòu)在塑性變形階段仍然具有較強的變形能力。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法簡介

3.1 計算分析基本假定

高層建筑結(jié)構(gòu)要完全精確地分析三維空間結(jié)構(gòu)是十分困難的。需要通過各種分析方法對計算模型進行不同程度的簡化。以下是一些常見的假定：

3.1.1 彈性假定

目前實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法都是使用的彈性計算方法。這一假定符合建筑結(jié)構(gòu)的工作狀況，因為在一般風(fēng)力作用下，建筑結(jié)構(gòu)一般都處于彈性工作階段。

3.1.2 小變形假定

小變形假定也是各種高層建筑結(jié)構(gòu)實用分析方法中普遍采用的基本假定。對幾何非線性問題的研究認為:當頂點水平位移與建筑物高度的比值大于1/500的時候，就必須重視幾何非線性問題的影響。

3.1.3 剛性樓板假定

剛性樓板假定在對高層建筑結(jié)構(gòu)進行分析的時候，一般假定樓板自身平面內(nèi)的剛度是無限大的，平面外的剛度則為零。這就簡化了計算方法，減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度。

3.2 高層建筑結(jié)構(gòu)受力分析方法

3.2.1 框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑內(nèi)力與位移的計算分析，大都采用連梁連續(xù)化假定?？捎煽蚣芙Y(jié)構(gòu)與剪力墻水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件，建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分方程進行求解。

3.2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特性與變形主要取決于墻體的開洞情況。單片剪力墻按其受力特性的不同，可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻等各種類型，不同類型的剪力墻結(jié)構(gòu)其截面應(yīng)力分布的規(guī)律也不相同，計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形位移時需采用相對應(yīng)的計算方法。

篇6

關(guān)鍵字：高層建筑 ；結(jié)構(gòu)設(shè)計 ；特點及結(jié)構(gòu)分析

引言：隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，居住條件的不斷改善，高層住宅如雨后春筍一座座拔地而起。一個優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計往往是適用、安全、經(jīng)濟、美觀便于施工的最佳結(jié)合。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有以下特點

水平荷載成為決定因素。樓房的自重和樓面的使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎曲的數(shù)值，僅與樓房的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，是與樓房高度的二次方成正比。

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，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大。

側(cè)移成為控制指標。與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移成為高層結(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)水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)

結(jié)構(gòu)延性事重要設(shè)計指標。相對于較低樓房而言，高層結(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?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性

2.高層建筑結(jié)構(gòu)分析

2.1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：

2.1.1彈性假定。目前工程上實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。但是在遭受地震或強臺風(fēng)作用時，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫，進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內(nèi)力和位移時不能反映結(jié)構(gòu)的真實工作狀態(tài)的，應(yīng)按彈塑性動力分析方法進行設(shè)計。

2.1.2小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題（P－Δ效應(yīng)）進行了一些研究。一般認為，當頂點水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時，P－Δ效應(yīng)的影響就不能忽視了。

2.1.3剛性樓板假定。許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當調(diào)整來考慮這種影響。

2.1.4計算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計算圖形有三種：

①一維協(xié)同分析。按一維協(xié)同分析時，只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個位移自由度方向上的變形協(xié)調(diào)。在水平力作用下，將結(jié)構(gòu)體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件組成的平面結(jié)構(gòu)。根據(jù)剛性樓板假定，同一樓面標高處各榀抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)移相等，由此即可建立一維協(xié)同的基本方程。在扭矩作用下，則根據(jù)同層樓板上各抗側(cè)力構(gòu)件轉(zhuǎn)角相等的條件建立基本方程。一維協(xié)同分析是各種手算方法采用最多的計算圖形。

②二維協(xié)同分析。二維協(xié)同分析雖然仍將單榀抗側(cè)力構(gòu)件視為平面結(jié)構(gòu)，但考慮了同層樓板上各榀抗側(cè)力構(gòu)件在樓面內(nèi)的變形協(xié)調(diào)?？v橫兩方向的抗側(cè)力構(gòu)件共同工作，同時計算；扭矩與水平力同時計算。在引入剛性樓板假定后，每層樓板有三個自由度u，v，θ（當考慮樓板翹曲是有四個自由度），樓面內(nèi)各抗側(cè)力構(gòu)件的位移均由這三個自由度確定。剪力樓板位移與其對應(yīng)外力作用的平衡方程，用矩陣位移法求解。二維協(xié)同分析主要為中小微型計算機上的桿系結(jié)構(gòu)分析程序所采用。

③三維空間分析。二維協(xié)同分析并沒有考慮抗側(cè)力構(gòu)件的公共節(jié)點在樓面外的位移協(xié)調(diào)（豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào)），而且，忽略抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度對具有明顯空間工作性能的筒體結(jié)構(gòu)也是不妥當?shù)摹?/p>

3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題

3.1地基與基礎(chǔ)設(shè)計

地基基礎(chǔ)是整個工程造價的決定性因素，該階段設(shè)計過程的好壞將會直接影響到后期設(shè)計工作的進行，而且出現(xiàn)在這一階段的問題,有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。所以，結(jié)構(gòu)工程師一直是比較重視地基與基礎(chǔ)的設(shè)計。但是，由于我國占地面積較廣,地質(zhì)條件相當復(fù)雜,在地基基礎(chǔ)設(shè)計中界定一定的標準，實施一定的規(guī)范也是有難度的?，F(xiàn)行的《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》無法對全國各地的地基基礎(chǔ)做詳細的描述和規(guī)定,因此,在國家標準之下還需建立能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)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的地方標準，從而盡量避免因地基問題二造成的對整個結(jié)構(gòu)設(shè)計或后期設(shè)計工作產(chǎn)生較大影響的問題出現(xiàn)。

3.2高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能

建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定是非常重要的，在一個建筑物方案設(shè)計之初，建筑師著重考慮的是它的空間組成特點，而并非是其詳細的結(jié)構(gòu)。因為建筑物的結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，況且結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，所以建筑設(shè)計的一個基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。鑒于以上原因，建筑設(shè)計師在建筑設(shè)計方案的起始階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布給出總體的規(guī)劃和設(shè)想。

3.3提倡節(jié)約

目前，國家提倡的是建立節(jié)約型的發(fā)展社會，實行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。同樣，在建筑工程中，我們也要遵循這一原則。按照我國規(guī)范標準建設(shè)的大樓還是能進入國際市場的，外國大企業(yè)在北京買按我國規(guī)范設(shè)計的大樓就是很好的證明。但是，從實際狀況來看，由于一些原材料和技術(shù)方面的原因，目前我國規(guī)范中的構(gòu)造要求,并非都比外國低，有的已經(jīng)超過。鑒于目前客觀形勢的,國家經(jīng)濟實力增強和住宅制度改革現(xiàn)狀等諸多方面的因素,我們可以將現(xiàn)行設(shè)計可靠度水平適當提高一點,這樣投入也不大,但對國家總體和長遠利益有利。

4.結(jié)語

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是個系統(tǒng)的，全面的工作?，F(xiàn)如今，隨著高度的增加，豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計的控制因素：一個是較大的豎向荷載要求有較大的柱、墻和井筒；另一個更重要的是，側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須以精心設(shè)計來保證。因此，在設(shè)計過程和設(shè)計管理過程中，對此必須給予高度重視

參考文獻：

篇7

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；軸向形變；側(cè)移

一、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(yù)制構(gòu)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(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。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。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?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

二、高層建筑的結(jié)構(gòu)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(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。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。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，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)分析

1.高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定

（1）彈性假定。目前工程上實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。但是在遭受地震或強臺風(fēng)作用時，往往會產(chǎn)生較大的位移，進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內(nèi)力和位移時不能反映結(jié)構(gòu)的真實工作狀態(tài)的，應(yīng)按彈塑性動力分析方法進行設(shè)計。

（2）小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題（p-δ效應(yīng)）進行了一些研究。

一般認為，當頂點水平位移δ與建筑物高度h的比值δ/h > 1/500時， p-δ效應(yīng)的影響就不能忽視了。

（3）剛性樓板假定。許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯?？蓪⑦@些樓層的剪力作適當調(diào)整來考慮這種影響。

（4）計算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計算圖形有三種：①一維協(xié)同分析。②二維協(xié)同分析。③三維空間分析。三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點還應(yīng)考慮截面翹曲，有7個自由度。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法

（1）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算的方法很多，由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同。框架-剪力墻的機算方法，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，計算內(nèi)力與位移時需采用相應(yīng)的計算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復(fù)雜的情況。

（3）筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。

等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化，以便用連續(xù)函數(shù)描述其內(nèi)力；另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應(yīng)用分析彈性薄板的各種有效方法。具體應(yīng)用有連續(xù)化微分方程解法、框筒近似解法、擬殼法、能量法、有限單元法、有限條法等。

等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結(jié)構(gòu)法等。具體應(yīng)用包括等代角柱法、展開平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子結(jié)構(gòu)法。

比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結(jié)構(gòu)來分析筒體結(jié)構(gòu)體系，其中應(yīng)用最廣的是空間桿-薄壁桿系矩陣位移法。這種方法將高層結(jié)構(gòu)體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結(jié)構(gòu)，這是目前工程上采用最多的計算模型。

四、建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性分析

建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性包括內(nèi)容注重經(jīng)濟性的建筑設(shè)計包含非常廣泛的內(nèi)容。傳統(tǒng)中只強調(diào)改進建筑材料保溫性、改善建筑體形系數(shù)、提高建筑材料的氣密性等一系列節(jié)能降耗措施，現(xiàn)在建筑隨著形勢的發(fā)展，人們對居住環(huán)境不僅從結(jié)構(gòu)性出發(fā)，更要在建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性角度考慮，如空間組織、技術(shù)組織、結(jié)構(gòu)設(shè)置、能源與資源利用，以及建筑循環(huán)再利用等方面全面地確立經(jīng)濟性的原則、方法。

建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性就是只以較少的成本來獲得最大的效用。其中由美國建筑師、工程師R•B•富勒提出的“少費多用”原則是較常用普通的原則?！吧儋M多用（more withless）”原則的含義是，憑借有效的手段或方式，利用最小化的量的材料、資源來投資，目的在于獲得盡可能大的發(fā)展效益?！吧儋M多用”原則，順應(yīng)目前的發(fā)展形勢，在建筑堅持可續(xù)費發(fā)展的思路上，該原則是一條重要的、有效的、節(jié)約型的設(shè)計方式。

在富勒的實踐中，“少費多用”原則最具代表性地表現(xiàn)在他對空間結(jié)構(gòu)及建材應(yīng)用的創(chuàng)意中。他的短桿網(wǎng)架穹隆結(jié)構(gòu)體系（geodesic dome ）被稱為人類迄今為止最輕、最高效、最為有力的空間圍合手段，在造型、尺寸、材料選用上具有很大的靈活性，且造價低廉、營造方便。另外，F(xiàn)•埃斯克里格的自成型結(jié)構(gòu)、T•達蘭德對摩天樓張力結(jié)構(gòu)的探索也都從不同側(cè)面詮釋了“少費多用”原則。

“少費多用”原則還體現(xiàn)在建筑空間組織、利用的高效化方面。原則堅持對平面面積的充分利用，還注重三維空間的挖掘。比如某市圖書館設(shè)計中提出了“ 模塊式”圖書館的創(chuàng)作思路，將圖書館劃分成不同的功能模塊，采用不同的層高、柱網(wǎng)，進行類比布局。這樣可以減少“三統(tǒng)一”標準空間所造成的浪費，充分發(fā)揮空間效益。某高效空間住宅的設(shè)計中則對廚房、廁所的上區(qū)、臥區(qū)上下等潛在空間進行了有效的利用。將每戶主、次二個開間設(shè)置為不同層高，對應(yīng)于不同的功能使用要求，大大提高了住宅空間的使用效益。

篇8

【關(guān)鍵詞】高層建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)體系；靜力分析方法

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

1.1 水平荷載成為決定性因素。建筑物自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑物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，以及由此在豎向構(gòu)件中引起的軸力，是與建筑物高度的二次方成正比；另外，對某一定高度建筑物而言，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。

1.2 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，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(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。

1.3 側(cè)移成為控制指標。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)。

1.4 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標。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?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

2 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

2.1 框架結(jié)構(gòu)體系。一般用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由梁和柱通過節(jié)點構(gòu)成承載結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)可形成靈活布置的建筑空間，使用較方便。但隨著結(jié)構(gòu)高度增加，水平作用使得框架底部梁柱構(gòu)件的彎矩和剪力顯著增加，從而導(dǎo)致梁柱截面尺寸和配筋量增加，增加到一定程度后，將給建筑平面布置和空間處理帶來困難，影響建筑空間的正常使用。另外，框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較小，在水平力作用下將產(chǎn)生較大的側(cè)向位移。其中一部分是結(jié)構(gòu)彎曲變形，即框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生整體彎曲，由柱子的拉伸和壓縮所引起的水平位移；另一部分是剪切變形，即框架結(jié)構(gòu)整體受剪，層間梁柱桿件發(fā)生彎曲而引起的水平位移。由于框架構(gòu)件截面較小，抗側(cè)剛度較小，在強震下結(jié)構(gòu)整移和層間位移都較大，容易產(chǎn)生震害。因而，框架結(jié)構(gòu)主要適用于非抗震區(qū)和層數(shù)較小的建筑。

2.2 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(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?？蚣?-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是把框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)共同組合在一起形成的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)既具有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強的抗震能力。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。在體系中框架主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力?？蚣?-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，所以框架--剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

2.3 剪力墻體系。當受力主體結(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。剪力墻結(jié)構(gòu)比框架結(jié)構(gòu)剛度大、空間整體性好，用鋼量較省，結(jié)構(gòu)頂點水平位移和層間位移較小，能夠滿足抗震設(shè)計變形要求，且具有一定的延性，傳力直接均勻，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。剪力墻結(jié)構(gòu)往往應(yīng)用于住宅和旅館客房開間較小、墻體較多的建筑中。

2.4 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、成束筒等多種形式。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，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)分析

3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)簡化計算原則

3.1.1 彈性工作狀態(tài)。高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移按彈性方法計算。在豎向荷載和一般風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)保持正常使用狀態(tài)，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。但對于某些局部構(gòu)件，由于按彈性計算所得的內(nèi)力過大，出現(xiàn)截面設(shè)計困難，配筋不合理的情況。因此在某些情況下可以考慮局部構(gòu)件的塑性變形內(nèi)力重分布，對內(nèi)力適當予以調(diào)整。對于罕遇地震的第二階段設(shè)計，絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)不要求進行內(nèi)力和位移計算，“大震不倒”通過構(gòu)造要求予以保證。實際上由于在強震下結(jié)構(gòu)已進入彈塑性階段，處于開裂、破壞狀態(tài)，構(gòu)件剛度已難以確切給定，內(nèi)力計算已無重要意義。

3.1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮整體共同工作。高層建筑結(jié)構(gòu)在風(fēng)力和地震作用下，樓層的總水平力是已知的，但這水平力如何分配到各片框架、各片剪力墻卻是未知的。由于各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度、形狀不同，變形特征也不相同，所以不能簡單地按受荷面積、構(gòu)件間距分配；否則，會使剛度大、起主要作用的結(jié)構(gòu)所分配的水平力過小，偏于不安全。在不考慮扭轉(zhuǎn)影響時，同層各構(gòu)件水平位移相同，剪力墻結(jié)構(gòu)中各片墻的水平力大致按其等效剛度分配；框架結(jié)構(gòu)中各片框架的水平力大致按其抗側(cè)剛度分配；框架--剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，要進行專門的計算。

3.1.3 剛性樓板假定。高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度為無限大，而平面外的剛度可以不考慮。在內(nèi)力和位移計算中，樓板可作為剛性隔板，在平面內(nèi)只有剛移--平移和轉(zhuǎn)動，不改變形狀。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，樓板變形比較顯著，樓板剛度無限大的假定不適用。這時，對采用剛性樓面假定的計算結(jié)果需加以修正，或采用考慮樓面的平面內(nèi)剛度的計算方法。

3.1.4 計算中應(yīng)考慮墻與柱子軸向變形的影響。高層建筑結(jié)構(gòu)由于層數(shù)較多，高度大，軸力值很大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會使高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力數(shù)值與分布產(chǎn)生顯著的改變。所以軸向變形的影響在結(jié)構(gòu)計算中應(yīng)當考慮。在考慮軸向變形影響時，要考慮施工過程分層施加豎向荷載這一因素，不能簡單地按一次加載考慮，否則就會出現(xiàn)一些不合理的計算結(jié)果。

3.2 高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法

3.2.1 框架--剪力墻結(jié)構(gòu)。其內(nèi)力與位移計算的方法很多，大都采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件，可以建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同。框架--剪力墻的機算方法，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。

3.2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，計算內(nèi)力與位移時需采用相應(yīng)的計算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復(fù)雜的情況。

3.2.3 筒體結(jié)構(gòu)。其分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。

篇9

關(guān)鍵詞：超限高層；錯層結(jié)構(gòu)；加強措施

1工程概況

該工程位于蘭州市七里河區(qū)，主樓地上十九層，房屋高度57.35m；裙房二層，房屋高度9.45m。主樓采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑平面如圖1所示。本工程按8度抗震設(shè)防，設(shè)計基本地震加速度0.2g,設(shè)計地震分組第三組。一～二層（底部商業(yè)）為乙類，其余為丙類。場地類別為二類。地上一～二層抗震等級均為一級，其余均為二級。

2結(jié)構(gòu)計算模型及超限判斷

2.1結(jié)構(gòu)計算模型樓層錯層在計算模型輸入時通常有兩種方法：①通過修改節(jié)點標高和輸入層間梁、層間板的方式實現(xiàn)。此類方法適用于錯層面積較小的情況，但由于標高繁冗較容易出錯；②增加標準層的方式。此類方法適用于錯層面積較大的情況。兩種方法均能實現(xiàn)相同樓層，標高不同的目的。本工程采用第二種方法輸入模型。依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第10.4.3條規(guī)定，當采用錯層結(jié)構(gòu)時，為了保證結(jié)構(gòu)分析的可靠性，相鄰錯開的樓層不應(yīng)歸并為一個剛性樓層計算。故在計算時，錯層處樓板按彈性膜處理。2.2結(jié)構(gòu)超限判斷（1）樓板不連續(xù)：①局部有效樓板寬度小于典型樓面寬50%。即7.8/17.35=45%<50%；②樓板局部錯層如圖2所示。（2）凹凸不規(guī)則：平面凸出的尺寸大于相應(yīng)投影方向尺寸的30%。即20.8×30%=6.24<6.5。（3）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，考慮偶然偏心下，錯層樓層處扭轉(zhuǎn)位移比大于1.4，小于1.5。由于底部三層裙房局部樓板不連續(xù)導(dǎo)致樓層抗側(cè)力剛度與樓層抗剪承載力比值較小，但均滿足規(guī)范要求。根據(jù)住建部《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》具有以上三點的高層建筑工程應(yīng)進行超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查。

3結(jié)構(gòu)計算結(jié)果分析

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）第3.4.3條規(guī)定，凡具有上述三項或三項以上不規(guī)則者均為特別不規(guī)則的建筑。故采用《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件SATWE》和《復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件PMSAP》（2011年9月版）兩種結(jié)構(gòu)計算軟件進行整體分析比較，以保證力學(xué)分析結(jié)構(gòu)的可靠性。并采用彈性動力時程分析、彈塑性靜力時程分析（PUSH）進行了補充計算。通對分析計算，結(jié)果表明：①PMSAP與SATWE計算結(jié)果基本一致，均滿足相關(guān)規(guī)范要求。說明SATWE計算能較為真實反映結(jié)構(gòu)實際受力情況，結(jié)構(gòu)整體設(shè)計時可采用SATWE計算結(jié)果；②彈性動力時程分析，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力均不小于振型分解反應(yīng)譜計算結(jié)果的65%，七條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜計算結(jié)果的80%。平均反應(yīng)的最大樓層剪力曲線、最大樓層位移角曲線均小于CQC法計算結(jié)果，結(jié)構(gòu)無明顯薄弱層或薄弱部位；③罕遇地震作用下彈塑性靜力時程分析（PUSH），結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的薄弱層彈塑性層間位移角最大值1/136，均不大于1/120，在罕遇地地震作用下結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)整體垮塌。

4結(jié)構(gòu)構(gòu)造加強措施

本工程屬于超限高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計除滿足規(guī)范的一般要求外，還針對不同超限內(nèi)容采取一定的構(gòu)造加強措施。4.1凹凸不規(guī)則的加強措施整體計算時，采用分塊剛度板假設(shè)，將凹凸連接薄弱部位樓板指定為彈性膜，以改善結(jié)構(gòu)變形能力。4.2扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的加強措施針對扭轉(zhuǎn)不規(guī)則情況，查找扭轉(zhuǎn)較大位置的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，加大該部位豎向邊緣構(gòu)件的配箍特征值，一層至裙房頂上一層剪力墻約束邊緣構(gòu)件最小構(gòu)造配筋率不小于1.45%，配箍特征值比規(guī)范規(guī)定增大10%。周邊墻體中增設(shè)暗梁，提高結(jié)構(gòu)延性，降低扭轉(zhuǎn)不規(guī)則帶來的不利影響。4.3樓板不連續(xù)的加強措施主要內(nèi)容：①錯層處樓板按彈性膜輸入；②錯層部位及上下各一層樓板板厚不小于120mm，雙層雙向配筋，單層單向配筋率不小于0.3%。4.4樓板局部錯層的加強措對于結(jié)構(gòu)錯層處剪力墻墻后不應(yīng)小于250mm，抗震等級提高一級，混凝土強度等級不應(yīng)低于C30，水平和豎向分布鋼筋的配筋率不應(yīng)小于0.5%。

5結(jié)束語

本工程通過對結(jié)構(gòu)布置的不斷優(yōu)化，對各種結(jié)構(gòu)電算結(jié)果的計算分析，采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加強措施，使得結(jié)構(gòu)主要控制指標能滿足規(guī)范有關(guān)要求，可以達到預(yù)期的抗震目標，結(jié)構(gòu)安全可靠。

參考文獻：

篇10

關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計 問題分析

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A 文章編號：

一、高層建筑各專業(yè)設(shè)計的協(xié)調(diào)

高層建筑設(shè)計是個多專業(yè)、多程序的復(fù)雜系統(tǒng)工程，涉及“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”三個基本環(huán)節(jié)，參與高層建筑設(shè)計的工程師都深深體會到，對于每個專業(yè)單獨而言是最完美的設(shè)計，但結(jié)合在一起卻不是優(yōu)秀的設(shè)計。 “建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”是互相制約的三個有機組成部分，高層建筑設(shè)計既是各個專業(yè)自我完善的過程，也是各個專業(yè)之間互相協(xié)調(diào)的過程。我們認為在方案設(shè)計、初步設(shè)計階段一般應(yīng)以建筑專業(yè)牽頭進行各專業(yè)協(xié)調(diào)，在施工圖設(shè)計階段則應(yīng)以結(jié)構(gòu)專業(yè)為主進行各專業(yè)協(xié)調(diào)。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計除了采用合理的結(jié)構(gòu)體系，先進的計算技術(shù)外，大量的工作是搞好與其它專業(yè)的協(xié)調(diào)，以便保證結(jié)構(gòu)計算簡圖的實現(xiàn)。

二、高層結(jié)構(gòu)分析設(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向構(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向構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的二次方成正比；另一方面，對某一定高度的樓房來講，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)值則隨結(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，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值對下料長度進行調(diào)整。另外，會對構(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。與較低的樓房不同結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(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)。

三、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系分析

(1)框架一剪力墻體系。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(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，因而便形成了框架一剪力墻體系。在該體系中，框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。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，框架一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(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。剪力墻體系的強度和剛度均比較高，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一剪力墻體系。

(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)稱為簡體體系，包括單簡體、簡體一框架、筒中筒、多束筒等多種形式。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。簡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，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層。

四、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題分析

（1）結(jié)構(gòu)選型①結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。新規(guī)范對這方面的內(nèi)容有了較大的變動，增加了相當多的限制條件，例如平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等。因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件時必須嚴格注意，以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。②高度問題。按我國現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2002)規(guī)定，綜合考慮經(jīng)濟與適用的原則，給出了各種常見結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度。對結(jié)構(gòu)的總高度均有嚴格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A 級高度的建筑外，增加了B 級高度的建筑。隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質(zhì)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(xué)模型選取等。③嵌固端的設(shè)置問題。由于高層建筑一般都帶有2 層或2 層以上的

地下室和人防設(shè)施，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板或人防頂板等位置。在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由于嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的問題，如嵌固端樓板的設(shè)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(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等。而忽略其中任何一個方面，都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或留下安全隱患。④短肢剪力墻的設(shè)置問題。在新規(guī)范中，將墻肢截面高厚比為5—8 的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當多的限制。因此，在高層建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。

（2）地基與基礎(chǔ)設(shè)計。地基與基礎(chǔ)設(shè)計一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，這不僅僅是因為該階段設(shè)計過程的好與壞將直接影響后期設(shè)計工作的進行，同時也因為地基基礎(chǔ)是整個工程造價的決定性因素。由于我國幅員遼闊，地質(zhì)條件相當復(fù)雜，僅依據(jù)GB50007--2002{地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，無法對全國各地的地基基礎(chǔ)均進行詳細的描述和規(guī)定，而地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”則能夠?qū)⒏鞯氐牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)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(chǔ)設(shè)計時，一定要對地方規(guī)范進行深入地學(xué)習(xí)，以避免對整個結(jié)構(gòu)設(shè)計或后期設(shè)計工作造成較大的影響。

（3）結(jié)構(gòu)計算與分析。在這一階段，如何準確、高效地對工程進行內(nèi)力分析并按照規(guī)范的要求進行設(shè)計和處理，是決定工程設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵。由于新規(guī)范中對結(jié)構(gòu)整體計算和分析部分相當多的內(nèi)容進行了調(diào)整和改進，因此對這一階段比較常見的問題應(yīng)該有一個清晰的認識①結(jié)構(gòu)整體計算的軟件選擇。在進行工程整體結(jié)構(gòu)計算和分析時，必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結(jié)果中，判斷哪個是合理的、哪個是可

以作為參考的，哪個是意義不大的，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計工作中首要的工作如果選擇了不合適的計算軟件，不但會浪費大量的時問和精力，而且有可能使結(jié)構(gòu)存在不安全隱患。②是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內(nèi)容實際上在新舊規(guī)范中均已涉及，只是新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實測周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)。③振型數(shù)目是否足夠。由于在舊規(guī)范設(shè)計中并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計算分析階段必須對計算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進行判斷，并決定是否需要調(diào)整振型數(shù)目的取值。④多塔之間各地震周期的相互干擾，是否需要分開計算。一段時間以來，大底盤、多塔樓的高層建筑類型大量出現(xiàn)，而在計算分析該類型高層建筑時，是將結(jié)構(gòu)作為一個

整體并按多塔類型進行計算還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進行計算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。⑤非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算與設(shè)計。在高層建筑中，往往存在著一些由于建筑美觀或功能要求而非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在對這部分非結(jié)構(gòu)構(gòu)件尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進行設(shè)計時，由于高層建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大必須嚴格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算處理措施進行設(shè)計。