淺談高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

　　呂巖

　　摘要：近年來(lái)，我國(guó)高層建筑的發(fā)展迅猛，但在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往出現(xiàn)了一些由于人為原因的資源浪費(fèi)問(wèn)題。筆者從高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)入手，對(duì)于影響高層建筑結(jié)構(gòu)的等等因素進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

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

　　1.前言

　　改革開(kāi)放以后，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷提高，隨之的綜合國(guó)民建筑水平也在迅速發(fā)展，特別是高層建筑。從我國(guó)內(nèi)地50年代以后，開(kāi)始自行設(shè)計(jì)高層建筑.直到建國(guó)后,1977年，廣州白云飯店建成。我國(guó)的高層建筑突破百米大關(guān)。自96年以后我們的鋼鐵產(chǎn)量勢(shì)頭猛進(jìn)，混凝土用量躍居第一，這都為高層建筑的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。我國(guó)高層建筑的結(jié)構(gòu)式在同時(shí)承受垂直荷載和水平荷載力的基礎(chǔ)上具有抗震性能的綜合作用力建筑。隨著高度增加，移位的增加速度也越快，但是移位過(guò)度也會(huì)造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的壞損。為了避免這個(gè)現(xiàn)象，抗側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就成為了高層建筑的設(shè)計(jì)關(guān)鍵因素。

　　目前我國(guó)高層建筑設(shè)計(jì)中，使用比較普遍的材料就是鋼和鋼筋混凝土。對(duì)于鋼筋混凝土材料而言，造價(jià)低和材料來(lái)源豐富是其最明顯優(yōu)勢(shì)，特別是復(fù)雜的斷面形狀對(duì)于結(jié)構(gòu)的體系抗震性是有很高的優(yōu)勢(shì)的。對(duì)于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)者而言，主管能動(dòng)性的發(fā)展要素也很重要，因?yàn)樗�是集知識(shí)和經(jīng)濟(jì)融合為一體的完整過(guò)程。很多時(shí)候在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于材料和結(jié)構(gòu)體系相同情況下都會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)不同的方案，這些方案的適用性存在不小的差異的，這也是傳統(tǒng)方式的一個(gè)弊端，這就要求我們對(duì)于現(xiàn)有設(shè)計(jì)的優(yōu)化勢(shì)在必行。

　　2.高層建筑結(jié)構(gòu)與分析的基本特點(diǎn)

　　隨著我國(guó)高層建筑的高度增加，對(duì)于水平荷載的控制也越來(lái)越重視。由于樓法規(guī)的自重和露面的荷載豎構(gòu)建引起的軸力和彎距的比值為正的時(shí)候，水平方向的荷載結(jié)構(gòu)傾覆力作用大，反之則小。在高層的結(jié)構(gòu)中，隨著豎向構(gòu)件的軸作用力越大，它的水平荷載程度偏移也就越大，其倒三角形成的彎矩也就會(huì)越大。通常在低層建筑中的彎矩考慮作用能力與軸力的影響都不大。但是高層建筑就不一樣了，高層建筑的層數(shù)和高度以及軸作用力，對(duì)于變形曲線的內(nèi)力值是會(huì)產(chǎn)生弧度變化的。如果在采用框架體系和框的墻體系高樓中，其軸壓力的租用往往會(huì)比邊柱的軸壓應(yīng)力大，會(huì)發(fā)生壓縮變形。

　　對(duì)于高層建筑的軸向變形因素分析過(guò)程中，要總和考慮豎向荷載的受力施加程度，如果其結(jié)構(gòu)自重的過(guò)程是逐層的施加的，那么其軸向壓縮過(guò)程的分段壓力在各個(gè)樓層標(biāo)高處會(huì)找平。所以，對(duì)于軸向的變形計(jì)算出了考慮豎向荷載以為還要考慮鄰近剪力墻和層框的架柱。所以在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，提出了強(qiáng)度要求以外，最重要的是荷載作用的內(nèi)力估算，如果保證了抗側(cè)剛度以后，就可以控制側(cè)移的結(jié)構(gòu)限度，保證高層建筑的居住要求。而與結(jié)構(gòu)的側(cè)移影響較大的是：結(jié)構(gòu)在側(cè)風(fēng)影響下的振動(dòng)度、側(cè)向的裂縫和形體變形以及中心位置的高低等三項(xiàng)。

　　3.高層建筑結(jié)構(gòu)體系的基本類型

　　當(dāng)高層建筑的剛度和強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)需求時(shí)，設(shè)計(jì)中往往會(huì)采用剪力墻來(lái)進(jìn)行作用上的彌補(bǔ)。而其體系的框架承受垂直荷載承受水平此時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出彎度剪型。當(dāng)結(jié)構(gòu)墻的主體平面剪力大于組件的作用力時(shí)，會(huì)形成剪力墻體系。它承受的處理荷載壓力均為剛性的彎曲延性壓力對(duì)于作用力的直接受力合抗塌性能極強(qiáng)，是一種比較實(shí)用、安全的結(jié)構(gòu)體系。高層建筑的簡(jiǎn)體體系的作用力側(cè)力構(gòu)建是一種包括簡(jiǎn)體、筒體、多束筒等類型的受力構(gòu)建體，分為實(shí)腹筒和空腹筒兩種類型。

　　4.抗震設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

　　我國(guó)大部分高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)體系在遇到地震過(guò)程中都會(huì)進(jìn)入塑性狀態(tài)，這樣可以極大的滿足地震作用下的結(jié)構(gòu)功能變形需求。對(duì)于我國(guó)的高層建筑發(fā)展趨勢(shì)，都是在超越概率的地震水平作用下形成的變形設(shè)計(jì)。我國(guó)現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于高層建筑遇到地震作用后(這里多指的是小震)，如果按照普通理論計(jì)算，彈性的作用力和內(nèi)移力時(shí)平行于極限作用構(gòu)建下的。這個(gè)時(shí)候如果特殊要求過(guò)程用分析法進(jìn)行補(bǔ)充的時(shí)候，遇到大地震就會(huì)發(fā)生變形。

　　對(duì)于結(jié)構(gòu)的時(shí)程彈塑性和靜力彈塑性這兩大類分析時(shí)，我們主要可以采用桿模型和層模型等兩種簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)計(jì)算模式對(duì)于變化過(guò)程計(jì)算，從而得到各個(gè)樓層不同的反應(yīng)值。由于費(fèi)用大、耗時(shí)長(zhǎng)和數(shù)據(jù)量分析比較繁瑣，在國(guó)際上都不采用。對(duì)于模層的發(fā)展，主要是宏觀的層間變型檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)地震作用下的安全性考慮。其數(shù)量相對(duì)較少，所以適用于宏觀的檢驗(yàn)和對(duì)于地震余波的分析。在20世紀(jì)90年代的一些行業(yè)專家對(duì)于彈塑性靜力分析的方法有效性分子不全面，雖然這種方式對(duì)于穿行的優(yōu)點(diǎn)較大，但是由于其構(gòu)建的內(nèi)力和承載力的相互制約關(guān)系，可以分析主體的薄弱設(shè)計(jì)部位通過(guò)側(cè)移進(jìn)行關(guān)系曲線和層間變形的一種式子計(jì)算。他至于樓層的水平荷載分布有關(guān)。

　　我國(guó)目前多數(shù)高層建筑的抗震性能指標(biāo)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了國(guó)家的規(guī)定，所以這必定會(huì)影響質(zhì)量而發(fā)生質(zhì)變，對(duì)于諸多參數(shù)的超范圍現(xiàn)象，如何取值問(wèn)題，我們應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注。其中在150米以上的高層建筑采用的結(jié)構(gòu)體系大多選用：框-筒;筒中筒和框架;支撐等三種，這也是我國(guó)目前高層建筑采用的主要結(jié)構(gòu)方式。混合結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒往往是要承受80%以上的地震作用剪力的。它的結(jié)構(gòu)在鋼筋混凝土為主的情況下，位置移限值的基準(zhǔn)，曲線較大，剛度框架工作側(cè)移力減小，這增大了剛結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)作用力，而且效果還不收效。另一個(gè)方面結(jié)構(gòu)體系的柱距離變化需要設(shè)置轉(zhuǎn)化曾，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度的變化，所以加強(qiáng)層和轉(zhuǎn)換層相鄰的柱剪力的增大對(duì)于伸臂見(jiàn)和轉(zhuǎn)換層連接處實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的形式，所以需要加強(qiáng)層和轉(zhuǎn)化曾的結(jié)構(gòu)模式選擇，來(lái)減小剛度和影響作用力。對(duì)于目前的延性結(jié)構(gòu)體系控制高層建筑的抗震剛度是很有效果的，對(duì)于震初的承重構(gòu)建進(jìn)入非彈性狀態(tài)結(jié)構(gòu)融入性強(qiáng)，而且遇到強(qiáng)烈地震時(shí)，破壞程度是可以控制的。這就使得人們要求有效的符合了抗震結(jié)構(gòu)體系的滿足性。

　　5.高層建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)體系分析

　　對(duì)于高層建筑的結(jié)構(gòu)體系選型設(shè)計(jì)十分重要，它不僅要考慮設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和施工等等要求，還要從建筑設(shè)備和選材方面綜合考慮。當(dāng)然，當(dāng)中最重要的還是綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的構(gòu)建和優(yōu)化。對(duì)于一棟高層呢個(gè)建筑必須滿足使用功能的特點(diǎn)，能做到多功能的一體性。由于不同建筑的使用功能不同，所以空間的劃分和結(jié)構(gòu)形式也不盡相同。對(duì)于非地震區(qū)的可以選擇水平荷載的風(fēng)荷載。這樣在抗風(fēng)的同時(shí)，結(jié)構(gòu)平面的不知也會(huì)有內(nèi)力的傾覆性。高層建筑的混凝土用糧食隨著每層樓的整體重量增加而延伸跨度與構(gòu)建的支承關(guān)系的。為了抵抗荷載作用側(cè)移力，就隨之要增加材料;所以對(duì)于高層建筑的設(shè)計(jì)抵抗側(cè)向材料選擇時(shí)很重要的。

　　6.結(jié)語(yǔ)

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于高層建筑而言，是一項(xiàng)重要的工作。我們要從根本上對(duì)于概念進(jìn)行有效的思維展開(kāi)，使整體概念來(lái)完成結(jié)構(gòu)的總體方案設(shè)計(jì)，并可以有意識(shí)的處理好構(gòu)件和結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]陳洪章.建筑結(jié)構(gòu)選型手冊(cè)，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000

　　[2]劉大力.高層建筑結(jié)構(gòu)方案優(yōu)選.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008

　　[3]徐善杰.進(jìn)十年鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用.現(xiàn)代土木工程的新發(fā)展，2001

　　[4]王叢明.地震作用下的建筑結(jié)構(gòu)變形計(jì)算方式，建筑結(jié)構(gòu)報(bào)，2004