淺談高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)48604

1、1淺談高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)淺談高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)廖冬平廖冬平[提要]本文簡(jiǎn)寫說明了高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及常用的高層結(jié)構(gòu)體系，說明了常用的高層結(jié)構(gòu)分析方法及其注意事項(xiàng)。[關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞]高層建筑結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)體系1、引言、引言自1885年美國(guó)興建第一幢高層建筑——芝加哥保險(xiǎn)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(guó)。其中著名的有1972

2、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(guó)芝加哥西爾斯大廈（SearsTower，110層，443m）。在我國(guó)，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(gè)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(jì)特點(diǎn)、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)（1）水平荷載成為決定因素。一方面，因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)

3、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(duì)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(duì)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(dòng)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(huì)對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎

4、矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整；另外對(duì)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(huì)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(jì)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)。3面是常見的一些基本假定：（1）彈性假定。目前工程上實(shí)用的高層建筑結(jié)構(gòu)

5、分析方法均采用彈性的計(jì)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(shí)際工作狀況。但是在遭受地震或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會(huì)產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫，進(jìn)入到彈塑性工作階段。此時(shí)仍按彈性方法計(jì)算內(nèi)力和位移時(shí)不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀態(tài)的，應(yīng)按彈塑性動(dòng)力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。（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(duì)幾何非線性問題（P－Δ效應(yīng)）進(jìn)行了一些研究。一般認(rèn)為，當(dāng)頂

6、點(diǎn)水平位移Δ與建筑物高度H的比值ΔH1500時(shí)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(jì)。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡(jiǎn)化了計(jì)算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計(jì)算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對(duì)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(duì)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

7、影響較大。特別是對(duì)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(dāng)調(diào)整來考慮這種影響。（4）計(jì)算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計(jì)算圖形有三種：（a）一維協(xié)同分析。按一維協(xié)同分析時(shí)，只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個(gè)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(jiǎn)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(biāo)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