淺議高層建筑結(jié)構(gòu)及設(shè)計

王剛

摘 要：在城市的快速發(fā)展過程中，人們對高層建筑的外觀和使用功能的要求也越來越高，所以目前的高層建筑無論在材料、力學(xué)分析等多個方面都開始向復(fù)雜化和多元化的方向發(fā)展，因此在高層建筑設(shè)計當(dāng)中，對于結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計及設(shè)計方法的優(yōu)化都是勢在必行的，只有這樣才能保證高層建筑的各項功能性得以有效的發(fā)揮，具有非常好的抗震性能，同時在結(jié)構(gòu)上還具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計

中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）08-044-01

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點

在我國目前的高層建筑結(jié)構(gòu)中，通常采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)。但不論哪種結(jié)構(gòu)都需要承受豎向荷載和水平風(fēng)荷載，同時還要水平地震作用。特別是對于高層建筑結(jié)構(gòu)來講，高度的不斷增加，一旦水平位移過大，則會影響到建筑的使用功能，所以在高層建筑結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，需要對結(jié)構(gòu)的側(cè)移進(jìn)行良好的控制，從而避免結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到損壞，影響到整體建筑的質(zhì)量。

1.1 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

目前高層建筑結(jié)構(gòu)開始向高度及復(fù)雜化方向發(fā)展，隨著層數(shù)的增加，單純依靠框架結(jié)構(gòu)則無法滿足建筑整體的強度和剛度的要求，所以需要在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置剪力墻結(jié)構(gòu)來保證結(jié)構(gòu)整體的強度和剛度。這樣框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)相結(jié)合后即形成了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。這樣框架結(jié)構(gòu)承受垂直荷載，而剪力墻承受水平荷載，使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度得以增強，同時建筑物的水平位移則減小，使建筑更加的穩(wěn)固。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

目前的剪力墻結(jié)構(gòu)通常都是用鋼筋混凝土來完成的，具有非常好的強度和剛度，延展性也非常好，所以對于垂直荷載和水平荷載具有非常好的承受能力，同時作為一種剛性結(jié)構(gòu)，具有特別好的整體性和抗倒塌能力，是一種非常好的結(jié)構(gòu)體系，特別適合于在高層建筑結(jié)構(gòu)中使用。

1.3 筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)作為一種空間結(jié)構(gòu)，具有較大的種類，同時在強度和剛度上也具有非常好的效果。目前筒體結(jié)構(gòu)主要包括筒中筒結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、框筒-框架結(jié)構(gòu)、多重筒、成束筒等。筒體結(jié)構(gòu)由于各部件受力比較均勻，受力較為合理，所以對于外力具有非常好的抵抗力，在超高層結(jié)構(gòu)中使用具有非常好的效果。

1.4 其他結(jié)構(gòu)

目前一些高科技、新穎的結(jié)構(gòu)形式也開始不斷的在工程中得以應(yīng)用，如懸掛結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型桁架結(jié)構(gòu)、高層鋼結(jié)構(gòu)中的剛性桁架等多種形式在一些工程中已進(jìn)行實際應(yīng)用，且取得了很好的應(yīng)用效果。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計方法

2.1 結(jié)構(gòu)分析中常用的基本假定

2.1.1 彈性假定

彈性假定是指高層建筑結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和豎向荷載作用下處于一種彈性狀態(tài)，這種理論方法是基于結(jié)構(gòu)構(gòu)件在應(yīng)力和應(yīng)變成正比的變化關(guān)系的基礎(chǔ)上的，但當(dāng)建筑受到強風(fēng)或是地震作用時，結(jié)構(gòu)會發(fā)生較大的位移，產(chǎn)生裂縫，結(jié)構(gòu)進(jìn)入到彈塑性工作階段，這時則不能再利用彈性假定來進(jìn)行內(nèi)力的計算，需要按照彈塑性動力分析方法來進(jìn)行計算，從而真實的反映出結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)。

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-△效應(yīng)）進(jìn)行了二階研究。一般認(rèn)為，當(dāng)頂點水平位移△與建筑物高度H的比值△，H>1/500時。P-△效應(yīng)的影響就不能忽視了。

2.1.3 做樓板剛性的一些假定

一般對于相對高層的建筑總是進(jìn)行一些假定性的分析，這些分析方式首先要假設(shè)樓板在自己的平面有很大的剛度，不涉及和關(guān)注平面之外的剛度。上述這種假設(shè)方式，將問題分析簡單化，減小了結(jié)構(gòu)位移的一些自由可能，同時也便于使用空間薄壁桿件原理與理論進(jìn)行簡體結(jié)構(gòu)的計算與分析。通常狀況下，使用上述這種假定的分析推理方式能夠?qū)蚣荏w系以及剪力墻體系進(jìn)行相對較精準(zhǔn)的計算與分析。不過，如果是豎向的剛度有變化的結(jié)構(gòu)，比如，樓板的剛度不是很大，主要的支撐是側(cè)力構(gòu)件加之這些構(gòu)件距離較大或?qū)訑?shù)相對不多時，樓板很可能受到變形的影響。尤其是在結(jié)構(gòu)的最低端和頂部的幾層在內(nèi)力和位移上受到的影響與制約更加凸顯。此時應(yīng)該考慮是否應(yīng)該將樓層之間的剪力做科學(xué)的調(diào)整加以應(yīng)對和解決。

2.2 各類結(jié)構(gòu)體系采用的分析方法

2.2.1 框架-剪力墻體系

框剪結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，可以假定各豎向承重結(jié)構(gòu)之間為簡支聯(lián)系，將豎向荷載按簡支梁板簡單地分配給框架和墻，再將各框架和各剪力墻按平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計算。框架一剪力墻的計算機理，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。

2.2.2 剪力墻體系

在剪力墻體系當(dāng)中，開洞情況則直接決定剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)。剪力墻的種類較多，不同種類的剪力墻其截面應(yīng)力分布也會有所不同，這樣就對內(nèi)力及位移進(jìn)行計算時其方法則會有所不同，但對于剪力墻結(jié)構(gòu)的計算機理主要以平面有限單元法來進(jìn)行計算，此法較為精確，具有普通適用性。不過，在計算與分析的過程中會有很大的彈性與自由性，并且會有較大的耗費，因此，這種形式一般只是應(yīng)用于特殊的開洞墻以及框支墻的接連和過度部位，應(yīng)用于比較特殊的結(jié)構(gòu)形式。

2.2.3 筒體體系

依據(jù)計算機分析與處理模型與方法的區(qū)別，可以將筒體結(jié)構(gòu)大致劃分為3大類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。

3 結(jié)語

綜上所述，自改革開放以來，我國的城市發(fā)展了翻天覆地的變化，大量的人口擁入城市當(dāng)中，使本來就緊張的城市土地資源變得越來越稀缺，隨著建筑技術(shù)的快速發(fā)展，目前城市建筑開始向高層發(fā)展，高層建筑的興起，不僅在一定程度上緩解了城市土地緊張的局面，同時也使人們的居住環(huán)境得以改善。對于經(jīng)濟(jì)實力還不發(fā)達(dá)的中國，當(dāng)前很多工作人員只是一味的使用原有的傳統(tǒng)的設(shè)計分析方式造成資金的大量消耗與浪費，鑒于這種現(xiàn)象，應(yīng)該積極引用與推廣更加科學(xué)、先進(jìn)，能夠節(jié)約成本和造價的優(yōu)化的機構(gòu)設(shè)計方式與理論，同時也是刻不容緩的。建筑發(fā)展是一個高效化、集約化的綜合系統(tǒng)工程，建筑設(shè)計者必須從當(dāng)今經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢出發(fā)，建立一個宏觀的、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，合理確定建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)性措施和原則，這樣不僅滿足設(shè)計各類需求，同時改善人類的居住環(huán)境。本文分析了高層建筑結(jié)構(gòu)的特點，同時對于高層建筑結(jié)構(gòu)所采用的分析和設(shè)計方法進(jìn)行了說明，并進(jìn)一步對各類結(jié)構(gòu)體系所采用的分析方法進(jìn)行了具體的闡述。

參考文獻(xiàn)

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