對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的有關(guān)問題分析

1、<p>　　對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的有關(guān)問題分析</p><p>　　摘要：隨著社會發(fā)展的迅速，高層建筑成為當(dāng)今建筑主流，其功能、類型也愈來愈繁雜，導(dǎo)致高層建筑的布局結(jié)構(gòu)設(shè)計也變得十分復(fù)雜，本文就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要注意的幾個問題進(jìn)行剖析，希望能夠?qū)ξ覈擎?zhèn)高層建筑的建設(shè)發(fā)展提供幫助。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；受力；扭轉(zhuǎn) </p><p

2、>　　中圖分類號： TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　1、引言 </b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，城市城鎮(zhèn)人口數(shù)量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，這就造成了城市建筑用地資源十分緊張的局面。為了能夠更大限度的利用空間資源，高層建筑成為建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢，倍受青睞。隨著高層建筑的快速發(fā)展，建筑風(fēng)格多

3、樣化，復(fù)雜程度的逐步增加，各種技術(shù)手段和科學(xué)方法不斷應(yīng)用在當(dāng)前的施工建設(shè)中，這對設(shè)計者是一個很大的考驗。因此，如何做好高層建筑設(shè)計工作是設(shè)計師工作的重點。基于這種需要，本文對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的有關(guān)問題進(jìn)行了分析探討，以促進(jìn)高層建筑業(yè)的發(fā)展。 </p><p>　　2、高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析方面 </p><p>　　高層建筑工程設(shè)計質(zhì)量好壞的關(guān)鍵取決于設(shè)計師在高層建筑的結(jié)構(gòu)計算與分析階

4、段對工程的內(nèi)力分析和規(guī)范設(shè)計處理，結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析對施工進(jìn)程有著主導(dǎo)作用，結(jié)構(gòu)體系的選擇對建筑施工的各種布置、造價、施工周期等有著直接的影響。同時考慮到新規(guī)范的推出對結(jié)構(gòu)整體的調(diào)整與改進(jìn)，高層建筑結(jié)構(gòu)工程師必須十分熟悉的了解此階段存在的比較常見的問題并加以解決。 </p><p>　　2.1抗震設(shè)計要求較高 </p><p>　　高層建筑由于自身原因?qū)拐鸬囊蟊容^高，抗震設(shè)計有著比較高的指

5、標(biāo)。在抗震設(shè)計時，不僅要強(qiáng)化建筑的抗震性能，做到大震不倒、小震不壞，還要對建筑正常使用的各種荷載進(jìn)行充分考慮，同時還要滿足新規(guī)范對各種結(jié)構(gòu)體系下對高層建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)的各種要求。 </p><p>　　2.2是否有足夠振型數(shù)目 </p><p>　　振型參與系數(shù)是新規(guī)范中提出的概念，并有明確的參數(shù)限值。所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析方面必須嚴(yán)格按照新規(guī)范核對計算結(jié)果中的該參數(shù)，決定最后

6、振型數(shù)目取值是否需要調(diào)整。 </p><p>　　2.3計算軟件的選擇 </p><p>　　目前有很多通用的計算軟件，但不同計算模型用不同軟件計算存在一定的差異，雖然誤差小但為了工程的完善我們在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)分析計算時必須根據(jù)計算軟件模型特點和建筑的結(jié)構(gòu)類型選擇最合適的計算軟件。這樣不僅能減少人力物力還能避免結(jié)構(gòu)中安全隱患的存在。 </p><p>　　2.4非

7、結(jié)構(gòu)組成的計算設(shè)計 </p><p>　　為了高層建筑美觀和一些業(yè)主需要的功能，在主體建筑框架上往往存在建筑體系外的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對于這部分構(gòu)件，我們在對高層建筑屋頂裝飾構(gòu)件設(shè)計時應(yīng)該加以計算設(shè)計，避免對抗震和風(fēng)荷載有影響。 </p><p>　　2.5分開計算多塔間地震周期 </p><p>　　在小區(qū)商業(yè)區(qū)等高層建筑集中的地方，我們不僅僅需要考慮每一棟高層建筑的地

8、震周期問題，二是要將結(jié)構(gòu)作為一個整體并按照多塔類型進(jìn)行計算，結(jié)構(gòu)工程師必須注意將結(jié)構(gòu)人為分開計算。通過整體計算，讓振型參與系數(shù)滿足需求，從而避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全隱患。 </p><p>　　3、高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能方面 </p><p>　　在建筑物設(shè)計之初，建筑師一般情況下考慮建筑物的空間組成特點比較多，忽視或者很少關(guān)心確定建筑物的具體結(jié)構(gòu)。但是建筑物的底盤對建筑物空間形式的水平方向的穩(wěn)定

9、和豎向方向的穩(wěn)定十分重要，因為建筑物是由一些大而重的結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成，所以結(jié)構(gòu)必須能夠?qū)⑵浔旧沓惺艿闹亓總魅サ孛?，高層建筑的結(jié)構(gòu)荷載全部是向下直接作用于地面的，所以，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對于所選體系向下作用力和地基上的承載力的關(guān)系我們必須搞清楚。因此，在高層建筑設(shè)計方案的階段，我們不惜對建筑中主要的承重墻和承重柱的分布于數(shù)量作出全方位的設(shè)想，通過目前擁有的各種技術(shù)手段進(jìn)行剖析，嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計低級的處理方式與處理措施。 </p>&

10、lt;p>　　4、高層建筑結(jié)構(gòu)中扭轉(zhuǎn)問題 </p><p>　　建筑的剛度中心、幾何形心和結(jié)構(gòu)重心是我們常說的建筑的三心，在高層建筑設(shè)計中要求必須將建筑的三心融合在一個點上，也就是說必須要保證高層建筑三心合一。 </p><p>　　高層建筑的扭轉(zhuǎn)問題就是說高層建筑在設(shè)計結(jié)構(gòu)時，未能夠達(dá)到三心合一的要求，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在水平荷載的作用下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)震動效應(yīng)而使建筑物受到破壞。為了有效避免高

11、層建筑物由于水平荷載作用而導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)破壞，我們就必須在設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)初始階段，對建筑物的平面布局和結(jié)構(gòu)形式實施合理、科學(xué)的選擇，盡可能的確保高層建筑物能夠達(dá)到三心合一。 </p><p>　　高層建筑物在水平荷載的作用下，發(fā)生的扭轉(zhuǎn)作用的強(qiáng)度由建筑的質(zhì)量分布所決定。為使高層建筑樓層水平面均勻分?jǐn)偹阶饔昧?，最大限度減輕高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，我們需要采取放行、矩形、正多邊形以及圓形等比較簡便的平面形式。然而房屋

12、作為生活工作的場所需要講究美觀，在這種情況下如果要采用那些復(fù)雜并且不規(guī)則的平面形式，我們就必須將 突出部分的寬度以及厚度的比值嚴(yán)格把握在標(biāo)準(zhǔn)的可允許的范圍內(nèi)，同時，在設(shè)計平面結(jié)構(gòu)時，必須確保結(jié)構(gòu)相關(guān)對稱均衡以避免建筑物扭轉(zhuǎn)變形。 </p><p>　　對于給定的建筑平明的高層建筑，其不同的建筑結(jié)構(gòu)布置對應(yīng)的扭轉(zhuǎn)震動相應(yīng)也等等不一。水平力作用在對稱結(jié)構(gòu)的建筑上一般只出現(xiàn)平移振動，而作用于非對稱結(jié)構(gòu)的時候，因為結(jié)構(gòu)的

13、剛度中心偏離結(jié)構(gòu)平面的中心一側(cè)，所以往往出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。這造成的后果可能是遠(yuǎn)離剛度中心，并且對于剛度較小的建筑構(gòu)件，由于分擔(dān)側(cè)移的水平剪力都比較大，進(jìn)而會應(yīng)為變形較大或者結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不夠而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件被破壞，更有甚者可能引發(fā)整體結(jié)構(gòu)破壞。所以，在設(shè)計建筑平面結(jié)構(gòu)的布局時一定要使結(jié)構(gòu)剛度對稱均衡：對于豎簡剛度較大，布置應(yīng)該竟可能居中對稱；對于主抗側(cè)力的構(gòu)件剪力墻，應(yīng)該均勻分散沿四周布置；不能忽視所謂豎直方向填充墻的剛度。 </p&g

14、t;<p>　　另外，由于高層建筑樓層較高，重心也比較高，雖然在設(shè)計時注意了剛度和質(zhì)量的對稱布局，但也有可能出現(xiàn)一些偶然偏心而導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)振動的情況，還有地震存在的轉(zhuǎn)動分量也會對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。特別是樓層較高時，下層由于上層剛度偏心出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的積累，對總體結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很嚴(yán)重的影響。所以，結(jié)構(gòu)剛度和承載力應(yīng)該自上而下逐漸正價，變化穩(wěn)定，緩慢，不能突變。 </p><p>　　同時，高層建筑所包含的抗水平

15、力構(gòu)件也應(yīng)該在房屋周邊布局，借此來提供強(qiáng)大的扭轉(zhuǎn)力矩，提供強(qiáng)大的抗傾覆力矩。 </p><p>　　5、高層建筑結(jié)構(gòu)水平位移特征 </p><p>　　即使高層建筑的水平位移和相關(guān)規(guī)程的要求完全吻合，也不能夠完全確保結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理的。除了考慮相關(guān)規(guī)程，我們還必須全面考慮來至地震力周期和大小等因素。結(jié)構(gòu)周期較長、地震力小是不太安全的。同時，高層建筑曲線位移棉花應(yīng)該是連續(xù)變化，避免拐點和折點的

16、存在。一般情況下，建筑的框架結(jié)構(gòu)應(yīng)該是剪切型的位移曲線，而剪力墻的位移曲線則該設(shè)計成為彎曲型位移曲線。 </p><p>　　6、高層建筑結(jié)構(gòu)中共振問題 </p><p>　　每個地方都不能完全避免發(fā)生地震，一旦有地震發(fā)生，高層建筑的自振周期和建筑所在地特征周期互相接近時，就會很容易導(dǎo)致高層建筑與場地之間發(fā)生共振。因此，在我們對高層建筑進(jìn)行設(shè)計時，必須準(zhǔn)確的估算出高層建筑所在地的特征周期，

17、同時，通過計算選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)層數(shù)來盡可能夸大建筑物所在地和建筑物的特征周期，以此從根本上避免建筑物所在地與建筑場地發(fā)生共振的可能。 </p><p>　　7、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要經(jīng)濟(jì)合理 </p><p>　　設(shè)計師在設(shè)計高層建筑時必須先對建筑進(jìn)行簡易計算，通過計算可在正式電算之前得到樓蓋結(jié)構(gòu)的合理布局和截面合理的確定以及主題的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，在下一次電算的時候能夠更快捷有效的電算，取得讓人放心

18、的電算結(jié)果；另一個方面，高層建筑結(jié)構(gòu)的斷面、布置的確定能夠較快結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理，減少預(yù)算的開支。 </p><p>　　8、高層建筑結(jié)構(gòu)中的橋梁設(shè)計 </p><p>　　在部分高層建筑中可能出現(xiàn)橋梁設(shè)計，在具體工程設(shè)計中，如果有需要橋梁的情況，在對橋梁的剪壓比限制、剪力設(shè)計取值及界面尺寸必須符合《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》等有關(guān)規(guī)定。按照規(guī)定處理好由

19、于橋梁截面高度大，跨度小使其無法在地震作用下滿足規(guī)范的相關(guān)要求的問題，一定要做到安全美觀，將安全隱患遏制在搖籃里。 </p><p><b>　　9、結(jié)語 </b></p><p>　　社會不斷進(jìn)步，高層建筑已經(jīng)成為一種趨勢，為了設(shè)計出讓人滿意的作品，作為設(shè)計人員一定要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真工作，發(fā)散思維并且需要具備豐富扎實的理論知識。設(shè)計人員必須把高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中提到的問題牢記

20、于心，積極配合其他專業(yè)，深入了解各項設(shè)計規(guī)范和規(guī)程的意義，善于反思總結(jié)設(shè)計工作中的經(jīng)驗教訓(xùn)，避免存在安全隱患，完成佳品。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 趙云輝.淺議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題探討[J]. 城市建設(shè)理論研究. 2011(15) </p><p>　　[2] 劉偉瓊.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計探析

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