高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值控制探討

王 兆

(大同市規(guī)劃設(shè)計(jì)院,山西 大同 037006)

0 引言

為了有效地對(duì)于高層建筑的剛度加以保證，就必須要對(duì)其層間位移角加以限制，將高層建筑層間位移角控制在一定的范圍之內(nèi)，才能夠更好地保證高層建筑結(jié)構(gòu)的安全。之所以要對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的層間位移角進(jìn)行限制，第一個(gè)目的在于保證主要結(jié)構(gòu)的彈性受力情況良好，通過對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值加以控制，能夠避免高層建筑混凝土墻、柱等構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，而且即使出現(xiàn)裂縫，也可以將裂縫控制在允許的范圍之內(nèi)。其次，通過對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角加以控制，還能夠更好地保證高層建筑中填充墻、隔墻以及幕墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的完整性，避免其出現(xiàn)較為明顯的損傷。所以對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值控制進(jìn)行研究有著非常重要的意義。

1 相鄰高層樓層間側(cè)向剛度關(guān)系

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，既需要考慮建筑結(jié)構(gòu)的承載力，同時(shí)還需要考慮結(jié)構(gòu)的抗側(cè)向力剛度，這樣才能夠保證高層建筑結(jié)構(gòu)能夠有效地承受水平力，同時(shí)保證其在水平力作用下所產(chǎn)生的側(cè)向位移處在規(guī)定的范圍之內(nèi)。對(duì)于高層建筑而言，相鄰樓層間的側(cè)向剛度有如下規(guī)定：

1)高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度必須要大于相鄰樓層側(cè)向剛度的70%或者是相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%；

2)對(duì)于A級(jí)高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，其必須要承擔(dān)上一層所承受剪力的65%～80%，而對(duì)于B級(jí)高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，其需要承擔(dān)上一層所承受剪力的75%～100%。所以可見為了確保建筑結(jié)構(gòu)的剛度是按照自上而下的順序均勻的變化的，不會(huì)在某一層出現(xiàn)剛度的突變，就必須要對(duì)于相鄰樓層的側(cè)向剛度比加以控制，同時(shí)還需要控制相鄰樓層的受剪承載力比。按照我國(guó)規(guī)范的要求，對(duì)于建筑最大層間位移角的控制進(jìn)行了相應(yīng)的說明，但是規(guī)范并沒有針對(duì)高層建筑的最大層間位移角進(jìn)行專門的規(guī)定。而層間位移角對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性有著至關(guān)重要的影響，是控制高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形的一個(gè)重要指標(biāo)，而高層建筑的層間位移角控制又不同于普通建筑，如果控制不到位，不僅僅會(huì)造成高層建筑成本的增加，同時(shí)更有可能影響高層建筑結(jié)構(gòu)的安全。在高層建筑縱向構(gòu)件由于剪切力而出現(xiàn)縱向變形或者是出現(xiàn)彎曲變形時(shí)，就會(huì)引起高層建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移，而這種位移對(duì)于高層建筑而言是有害位移，會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的破壞，所以必須要避免有害位移的產(chǎn)生，而要避免高層建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有害位移，就必須要加強(qiáng)對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角的控制。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值的必要性

在對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，側(cè)向剛度是影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，所以高層建筑結(jié)構(gòu)必須要具備足夠大的剛度，才能夠避免在風(fēng)力、地震等作用的影響下使得結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必須要考慮極限狀態(tài)下位移角的限值，避免高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角過大而出現(xiàn)附加彎矩，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌。在高層建筑正常極限狀態(tài)下，允許出現(xiàn)非結(jié)構(gòu)性位移，但是必需要將位移值控制在安全的范圍之內(nèi)。同時(shí)通過對(duì)于層間位移角限值加以控制，還能夠有效地避免外界沖擊力對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度造成影響，所以對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值加以控制有著非常重要的意義。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值控制對(duì)策

3.1 合理布置剪力墻

對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)而言，通過合理地對(duì)于剪力墻加以布置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于層間位移角限值的控制。因此在對(duì)于剪力墻進(jìn)行布置時(shí)，首先必須要滿足數(shù)量上的要求，剪力墻的數(shù)量不能夠過多也不能夠過少，如果剪力墻的數(shù)量過多會(huì)使得工程的造價(jià)增加，而如果剪力墻的數(shù)量過少又不利于保證結(jié)構(gòu)的剛度。所以必須要嚴(yán)格按照規(guī)范要求將結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量控制在合理的范圍之內(nèi)，才能夠更好地對(duì)于層間位移角限值加以控制。

3.2 選擇合理的剛度

在對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，還可以通過選擇合理的剛度來對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值加以控制。首先，總體而言，高層建筑各個(gè)樓層的剛度應(yīng)該沿著高度的增加而減少，不能夠在某一樓層出現(xiàn)突變，所以需要對(duì)于相鄰兩層間的剛度比值加以控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于層間位移角限值的控制。

3.3 選擇適宜自振周期

自振周期也是影響高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值的一個(gè)重要因素，所以還必須要注重對(duì)于高層建筑自振周期的選擇。而在確定自振周期時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇至關(guān)重要。在對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)體系加以選擇的過程中，必須要充分考慮土地的卓越周期，因?yàn)閷?duì)于建筑結(jié)構(gòu)而言，如果其自振周期同場(chǎng)地的卓越周期是一致的，在地震作用下，二者往往就會(huì)出現(xiàn)共振，進(jìn)而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的破壞。所以在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要明確結(jié)構(gòu)自振周期和土地卓越周期之間的關(guān)系，避免二者出現(xiàn)共振。而在設(shè)計(jì)過程中可以通過計(jì)算得到高層建筑結(jié)構(gòu)的自振周期，進(jìn)而通過選擇結(jié)構(gòu)體系實(shí)現(xiàn)對(duì)于結(jié)構(gòu)自振周期的控制，從而有效地控制高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值，保證高層建筑結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

在本文的研究中，主要針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值控制的相關(guān)問題進(jìn)行了探討，首先說明了相鄰高層樓層間側(cè)向剛度的關(guān)系，然后明確了高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值的必要性，最后提出了通過采取合理布置剪力墻、選擇合理的剛度、選擇適宜自振周期等措施來控制高層建筑結(jié)構(gòu)的層間位移角限值，以期能夠?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的參考。

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