小議高層建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法

孫秀君

摘 要：隨著城市生活質(zhì)量的不斷提高，人們對居住環(huán)境和居住場所的美觀和功能要求也越來越高。為了適應(yīng)居住著的要求，現(xiàn)在城市的高層建筑的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法也朝著豐富多彩的方向發(fā)展。建筑設(shè)計(jì)多元化的同時(shí)更要保證建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法的合理性、安全性、經(jīng)濟(jì)性。本文主要從高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、高層建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)方法、各類結(jié)構(gòu)體系采用的分析方法三個(gè)方面進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；設(shè)計(jì)方法

中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）08-070-01

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

高層建筑的結(jié)構(gòu)分為各式各樣的，五花八門，在各個(gè)國家經(jīng)常采用的建筑結(jié)構(gòu)也各不相同，我國目前通常采用的建筑結(jié)構(gòu)將在下文進(jìn)行介紹。但無論采用什么樣的建筑結(jié)構(gòu)，最終的效果都應(yīng)該相同，萬變不離其宗，都是為了保證建筑的質(zhì)量，以居住著的安全和舒適為終極目標(biāo)。無論何種結(jié)構(gòu)的高層建筑都要能夠抵抗一定級別的地震，要能夠承受水平的和豎直的荷載，控制結(jié)構(gòu)的側(cè)移，避免內(nèi)部構(gòu)件受到損壞，破壞高層建筑的質(zhì)量。下面筆者對我國通常采用的幾種高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)

所謂剪力墻結(jié)構(gòu)，即用鋼筋混凝土墻板來承受豎向荷載和水平荷載的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)如今被大量運(yùn)用在高層建筑中。因?yàn)榧袅κ怯娩摻罨炷林谱鞯?，?jiān)固度和剛強(qiáng)度都非常好，也有一定的延展性，能夠滿足用戶對住房安全性、整體性、結(jié)構(gòu)性的全方位要求，因此廣為采用。

1.2 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

所謂框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，這種結(jié)構(gòu)又叫框剪結(jié)構(gòu)。之所以采用這種結(jié)構(gòu)，是受我國人多地少，住房不足國情的限制?，F(xiàn)在的開發(fā)商都在打造高層建筑，而高層建筑僅僅依靠框架結(jié)構(gòu)無法保證建筑整體對強(qiáng)度的要求，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)剛好具有側(cè)向剛度較大的優(yōu)點(diǎn)，它比框架結(jié)構(gòu)多了剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)可以承受水平荷載，分擔(dān)了框架結(jié)構(gòu)的部分荷載，這樣就滿足了高層建筑的剛度要求，保證了建筑牢固性。

1.3 筒體結(jié)構(gòu)

將剪力墻集中到房間的內(nèi)部和外圍，就會(huì)使房間結(jié)構(gòu)形成一個(gè)空間封閉式的筒體，這樣的結(jié)構(gòu)就叫筒體結(jié)構(gòu)，它綜合了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和全剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)發(fā)展而來。這種結(jié)構(gòu)比較能夠抗側(cè)力，能夠很好的抵抗對外力，比較適合超高層建筑。同時(shí)由于剪力墻集中剩余了大量可以自行設(shè)計(jì)分割的空間，因此它也較適合用于寫字樓建筑。

1.4 其他結(jié)構(gòu)

上文介紹的剪力墻結(jié)構(gòu)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)主要是現(xiàn)今國內(nèi)比較常用的高層建筑結(jié)構(gòu)，都是比較常見的。除了它們之外，國內(nèi)外還有不少科技含量高、創(chuàng)新性強(qiáng)的高層建筑結(jié)構(gòu)，也逐漸運(yùn)用到高層建筑工程中，并取得了不錯(cuò)的效果，比如巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型桁架結(jié)構(gòu)等。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)方法

2.1 結(jié)構(gòu)分析中常用的基本假定

高層建筑結(jié)構(gòu)分析是高層建筑結(jié)構(gòu)中必要可少的理論基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)分析中都有哪些常用的基本假定，這些假定的優(yōu)缺點(diǎn)是什么，它們都適用于建筑分析中的何種情況，怎樣才能將它們的作用發(fā)揮到最好，這些問題都將在下文進(jìn)行一一分析。

2.1.1 彈性假定

彈性假定是高層建筑結(jié)構(gòu)分析中常用的基本假定之一，它是指在垂直荷載作用和平行風(fēng)力作用的共同作用下高層建筑結(jié)構(gòu)會(huì)處于一種彈性狀態(tài)。這種理論方法的缺陷在于當(dāng)強(qiáng)烈的臺(tái)風(fēng)和高級別地震來襲時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生較大的位移，嚴(yán)重時(shí)會(huì)甚至出現(xiàn)裂縫。因此，選用這種理論方法需要適當(dāng)，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性工作階段則不再使用彈性假定理論。

2.1.2 小變形假定

小變形假定同彈性假定一樣，也是高層建筑結(jié)構(gòu)分析中比較常用的一種基本假定。但是非線性問題是這個(gè)假定不能忽視的一個(gè)重要問題，當(dāng)頂點(diǎn)水平位移和建筑物高度的比值超過一定數(shù)值，非線性問題必須引起重視。如果這個(gè)問題考慮不周全就會(huì)影響建筑物的質(zhì)量。

2.1.3 剛性樓板假定

除了彈性假定和小變形假定以外，剛性樓板假定也是高層建筑結(jié)構(gòu)分析中一種比較常用的假定。這種假定的優(yōu)點(diǎn)是在很大程度上增加了結(jié)構(gòu)位移的固定程度，減少了它的自由度，使得計(jì)算方法得以簡化，它通常用于剪力墻體系和框架體系。這種假定的缺點(diǎn)在于，它不適用于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，這可能會(huì)導(dǎo)致樓板變形，因此選擇的時(shí)候應(yīng)比較謹(jǐn)慎。

3 各類結(jié)構(gòu)體系采用的分析方法

3.1 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(jì)算?？蚣芤患袅Φ挠?jì)算機(jī)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。

3.2 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(huì)有所不同，這樣就對內(nèi)力及位移進(jìn)行計(jì)算時(shí)其方法則會(huì)有所不同，但對于剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)理主要以平面有限單元法來進(jìn)行計(jì)算，此法較為精確，具有普通適用性。但在其計(jì)算時(shí)具有較高的自由度和耗費(fèi)較大，所以通常只用于特殊開洞墻和框支墻的過渡層，只針對這些較為復(fù)雜的情況來應(yīng)用。

3.3 筒體體系

筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計(jì)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。

4 結(jié)束語

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(shí)也使人們的居住環(huán)境得以改善。本文分析了高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，同時(shí)對于高層建筑結(jié)構(gòu)所采用的分析和設(shè)計(jì)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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