1、谈高层建筑结构设计摘要：目前高层建筑越来越多的出现在各地城市中，作为经济发达程度的标志。高层建筑在结构设计中需要综合考虑多方面的因素，包括结构体系类型的选择、经济性、技术性考虑、具体方案设计等方方面面。 关键词：高层建筑；结构；设计Abstract: at present, the high building more and more appear in all over town, as a sign of economic development level. In the structural design of high-rise building takes into accoun
2、t many factors, including the structure system type selection, economy, technology, specific design, consider all aspects.Keywords: high building; Structure; design中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1高层建筑结构体系的类型1.1 框架-剪力墙体系由于框架结构体系强度和刚度的限制，不适合建造高度较高的建筑，但可以通过在建筑平面合适的位置设置大的剪力墙以代替一部分框架，形成框架-剪力墙体系，增强建筑的刚度和强度，这种结构
3、就是框架-剪力墙体系。在水平力承受方面，框架和剪力墙能够通过刚度足够高的连梁和楼板协同工作，形成混合结构体系。这种结构的框架体系负责主要承担垂直载荷，而剪力墙主要负责承担水平载荷，二者相互协同。由于框架-剪力墙体系具有弯剪型的位移曲线，这增大了这种结构的侧向刚度，减小建筑物的水平位移，不仅减小了框架结构承受的水平力，还使得内力在竖向的分布更加均匀，因此这种结构的建筑物高度要大于采用框架结构的建筑物。1. 2 剪力墙结构体系所谓剪力墙结构体系是指建筑的受力主体全部由平面剪力墙构件组成，在这种体系中，全部的竖直载荷和水平力由单片剪力墙来承受。剪力墙结构体系是刚性结构，位移曲线是弯曲型的，因此它的刚
4、度和强度都非常高，并且具有延性，传力直接切均匀，有较好的整体性，具有很强的抗倒塌能力，因此剪力墙结构体系是一种比较好的结构体系。1.3 筒体结构筒体结构是在全剪力墙结构和框架-剪力墙结构的基础上发展而来的，将密柱框架和剪力墙集中在房屋外围和内部，从而形成空间封闭式的筒体，这就是筒体结构。由于筒体结构是将若干片纵横交接的框架或者剪刀强围起来，形成类似童装的封闭骨架，并且通过楼层面加强连接，不仅可以形成比较大的使用空间，还具有刚度好的优点，能够承受较大的水平载荷和竖向载荷，因此广泛应用在超高层建筑中。2. 高层建筑结构选型2.1高层建筑结构选型和施工的关系不同的结构体系建筑施工工艺会有所不同，这不
5、仅影响建筑结构的受力情况和抗震性能，还会影响材料的消耗、劳动力、造价及工期等方方面面。因此，在选择高层建筑的结构体系时要综合权衡施工工艺及各备选结构的特点，选择出最优的方案。对于现浇钢筋混凝土高层建筑来说，其结构方面的造价主要有模板、施工和材料几个部分。统计发现，模板的费用是造价中最主要的部分，占总造价的比例达到33-55%，因此，选择合理的模板体系，会有效降低总体造价，还能对施工进度和劳动力消耗带来有利影响。2.抗震体系选定的原则抗震是高层建筑必须考虑的总要因素，在考虑抗震性时，可以结合以下因素：(1)结构设计要有明确的计算简图以及合理的地震力传递路线；(2)建筑结构要有良好的言行和足够的承
6、载力，要具有足够的好能潜力，保证在遭遇地震时有充足的防御倒塌的能力；(3)要具有躲到抗震防练，当部分结构或构件因损坏而失效时，不会影响整体的载荷能力和抗侧力；(4)强度和刚度在竖向和水平方向的分布要均匀，并根据设计需要合理布局，防止局部突变或消弱情况引起薄弱环节的出现，有效防止地震时应力的过大集中或塑形变形集中等危险情况的发生。当然，在选择并确定高层建筑结构方案时，还应综合考虑建筑安全的重要性、建筑高度、设防烈度、场地类别、地基条件、施工条件和材料供应多方面的因素，结合相关技术指标和经济性分析，以选择最恰当的结构体系。3高层建筑结构分析与设计方法3.1高层建筑结构分析中常用的基本假定高层建筑结
7、构主要是由框架、剪力墙和筒体等竖向抗侧力构件通过水平楼板作为连接中介，并构成大型空间的结构体系。因为完全精确的通过三维空间结构进行分析存在着诸多困难，因此实践中的各种分析方法都对计算机模型进行了一定程度的简化，并做出一些基本的假定。(1)弹性假定。这是在高层建筑工程实践中运用较多的假定方法，由于风力或垂直载荷的作用，结构常常处于弹性工作阶段，因此通常情况下，这种假定比较符合实际情况。然而，如果遇到强台风作用或者遭遇罕见地震时，高层建筑未出现较大的位移，并可能出现裂缝，此时结构就进入弹塑性工作阶段，如果仍然按照弹性假定来分析的话，在计算内力和位移时就可能出现错误，无法真实反映结构的工作状态，需要
8、改用弹塑性动力分析方法。(2)小变形假定。这也是实践中采用较多的一种基本假定方法。在这种假定下进行分析设计时，有可能受到几何非线性问题(P-效应)的影响，研究发现，如果建筑物顶点水平位移和建筑物高度H之间的比值/H1/500时，就要注意P-效应的影响。(3)刚性楼板假定。许多高层建筑在结构分析时通常都假定楼板在自身平面内具有无限大的刚度，并忽略平面外的刚度，这样不仅在很大程度上减少了结构方面的自由度，使得计算更为简便，也为空间薄壁杠杆理论的采用提供了便利。通常说来，这种假定在框架结构体系和剪力墙结构体系时非常适用的，但是对竖向刚度有突变的结构来说，由于楼板刚度比较小，并且主要抗侧力构件存在层数
9、偏少或间距过大的情况，这样楼板就有较大的变形，在结构顶部和底部的各层内力和位移上的影响也尤为明显，此时就需要对这些楼层的剪力作出适当的调整，以避免不利影响的发生。(4)计算图形的假定。由于二位协同分析方法忽略了抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度，并且对公共节点在楼面以外的唯一协调(主要是竖向位移和转角的协调)也缺乏考虑，因此具有缺陷性，尤其是用在空间工作性能明显的筒体结构中。为了解决这一问题，高层建筑结构主要使用三维空间分析作为整体分析的计算机图形，因为三维空间分析的普通杆单元每个节点都有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论进行分析的杆端节点还需要考虑截面翘曲,具有7个自由度，这就使得分析更加准确。
10、3. 2高层建筑结构静力分析方法(1)框架-剪力墙结构。框架-剪力墙结构在内力和位移计算时有很多方法可以选择，实践中应用较多的是连梁连续化假定方法。通过以剪力墙和框架水平位移或转角相等的位移协调为条件，提取参数并建立位移和外荷载之间的微分方程，并带入相关数据来求解，因为考虑因素和采用未知量的不同，不同的方法也有不同的解答形式。这种结构在计算中，一般将结构转化成等效壁式框架，建立杆系结构矩阵位移法来求解。(2)剪力墙结构。由于剪力墙的受力特性和变形状态主要由剪力墙的开洞情况决定，根据受力特性的不同，可以将单片剪力墙分为联肢墙、单肢墙、特殊开洞墙、框架墙和小开口整体墙等类型。不同类型的剪力墙截面应
11、力分布不尽相同，因此，要结合具体类型来计算内力和位移。在机算中，可以通过平面有限单元法，这种方法具有计算精确和适用性广的优点，但是由于算法复杂，自由度多，耗时较长，因此目前主要用于应力分不复杂的剪力墙结构中，比如特殊开洞墙和框架墙过渡层。(3)筒体结构。按照对计算机模型处理方法的不同，筒体结构有三种分析方法：等效离散化方法、等效连续化方法和三维空间分析等效离散化方法是把连续的墙体离散成等效的杠杆，以方便适用合适的杆系结构方法进行分析。所谓等效连续化方法是指将结构中离散钢杆件进行等效连续化处理，具体方法有有限条法、能量法、拟壳法、框筒近似解法和微分方程解法等。三维空间分析法是比以上两者更加精确的计算机模型方法，主要通过空间杆薄壁杆系矩阵位移法来实现，目前这种方法多应用在筒体结构体系的分析上，也是工程中广泛使用的模型方法。参考文献：1 肖峻. 高层建筑结构分析与设计J. 中华建设,2008(12).2 梁德. 高层建筑结构设计要点分析J. 建材技术与应用,2009(6).3 黄辉亮浅析当前我国高层建筑结构设计与选型J. 知识经济,2011(10).4 王金山. 浅谈高层建筑的结构设计J. 黑龙江科技信息,2011(11).
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