建筑設(shè)計(jì)評(píng)職范文高層建筑結(jié)構(gòu)分析

　　摘要：隨著高層建筑在我國(guó)的迅速發(fā)展，建筑高度的不斷增加，建筑類(lèi)型與功能愈來(lái)愈復(fù)雜。高層建筑作為特殊的建筑形式，加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐探討非常必要。建筑類(lèi)型與功能越來(lái)越復(fù)雜，高層建筑的數(shù)量人口漸增多，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系也是越來(lái)越多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)越成為高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)工作的難點(diǎn)與重點(diǎn)。本文從不同角度對(duì)加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行了分析。

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

　　1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義

　　高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計(jì)來(lái)判斷計(jì)算設(shè)計(jì)的合理性。

　　2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

　　軸向變形不容忽視：高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，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)彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大;此外還會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)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。

　　2.1結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)：相對(duì)于底層建筑而言，高層建筑的結(jié)構(gòu)更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，?lái)保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

　　2.2水平荷載成為決定因素：一方面，因?yàn)楦邔咏ㄖ欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑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(lái)說(shuō)，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變化。

　　3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題

　　3.1高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能

　　對(duì)于一個(gè)建筑物的最初的方案設(shè)計(jì)，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點(diǎn)，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對(duì)建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對(duì)主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。

　　3.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題

　　建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。

　　在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡(jiǎn)單平面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對(duì)街道景觀的要求以及建筑場(chǎng)地的限制，高層建筑不可能全部采用簡(jiǎn)單平面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí)，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對(duì)稱(chēng)狀態(tài)。

　　3.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的側(cè)移和振動(dòng)周期

　　建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期問(wèn)題包含兩方面：合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期;控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯(cuò)開(kāi)場(chǎng)地的特征周期。

　　(1)結(jié)構(gòu)自振周期

　　高層建筑的自振周期(T1)宜在下列范圍內(nèi)：

　　框架結(jié)構(gòu)：T1=(0.1—0.15)N

　　框一剪、框筒結(jié)構(gòu)：T1=(0.08-0.12)N

　　剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu)：TI=(0.04—0.10)N

　　N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。

　　結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：

　　第二周期：T2=(1/3—1/5)T1;第三周期：T3=(1/5—1/7)T1。

　　(2)共振問(wèn)題

　　當(dāng)建筑場(chǎng)地發(fā)生地震時(shí)，如果建筑物的自振周期和場(chǎng)地的特征周期接近，建筑物和場(chǎng)地就會(huì)發(fā)生共振。因此在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)針對(duì)預(yù)估的建筑場(chǎng)地特征周期，通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)的層數(shù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類(lèi)別和結(jié)構(gòu)體系，擴(kuò)大建筑物的自振周期與建筑場(chǎng)地特征周期的差別，避免共振的發(fā)生。

　　(3)水平位移特征

　　水平位移滿(mǎn)足高層規(guī)程的要求，并不能說(shuō)明該結(jié)構(gòu)是合理的設(shè)計(jì)。同時(shí)還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，地震力的大小與結(jié)構(gòu)剛度直接相關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度小，結(jié)構(gòu)并不合理時(shí)，由于地震力小則結(jié)構(gòu)位移也小，位移在規(guī)范允許范圍內(nèi)，此時(shí)并不能認(rèn)為該結(jié)構(gòu)合理。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)周期長(zhǎng)、地震力小并不安全。其次，位移曲線應(yīng)連續(xù)變化，除沿豎向發(fā)生剛度突變外。不應(yīng)有明顯的拐點(diǎn)或折點(diǎn)。一般情況下剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎曲型?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為剪切型t框一剪結(jié)構(gòu)和框一筒結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎剪型。

　　3.4位移限值、剪重比及單位面積重度

　　(1)位移限值在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的輸出結(jié)果中，結(jié)構(gòu)的側(cè)移(包括層間位移和頂點(diǎn)位移)是一個(gè)重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)值大小從一個(gè)側(cè)面反映出結(jié)構(gòu)的整體剛度是否合適，過(guò)大或過(guò)小都說(shuō)明結(jié)構(gòu)剛度過(guò)小或過(guò)大(或者體現(xiàn)結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的剛度是否均衡)，以致要引起設(shè)計(jì)者對(duì)其中的結(jié)構(gòu)體系選擇、結(jié)構(gòu)的豎向及平面布置合理性的再思考。

　　(2)剪重比及單位面積重度結(jié)構(gòu)的剪重比(也即水平地震剪力系數(shù))λ=VEK/G是體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在地震作用下反應(yīng)大小的一個(gè)指標(biāo).其大小主要與結(jié)構(gòu)地震設(shè)防烈度有關(guān)，其次與結(jié)構(gòu)體型有關(guān)，當(dāng)設(shè)防烈度為7、8、9度時(shí)，剪重比分別為0.012，0.024.0.040;扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期<3.5 s的結(jié)構(gòu)剪重比則分別為0.016，0.032，0.064。單位面積重度vO=G/A(kN/m2)是衡量結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面取值是否合理和樓層荷載數(shù)據(jù)輸入是否正確的一個(gè)重要指標(biāo)。式中的G由以下幾部分，即結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重、樓面建筑面層及天棚抹灰(或吊頂)重、填充墻(包括抹面層)重和樓面使用荷載組成;A則一般以地面以上的建筑面積總和計(jì)算，以便有一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的比較標(biāo)準(zhǔn)。定性地分析比較r O值的大小，可得出以下結(jié)果，即一般內(nèi)部隔墻多的建筑(比如住宅)大于間隔墻少的建筑(比如敝開(kāi)式辦公室);層數(shù)多的建筑略大于層數(shù)少的同性質(zhì)建筑}設(shè)防烈度高的建筑大干設(shè)防烈度低的同性質(zhì)同規(guī)模建筑，剪力墻多的建筑大于剪力墻少甚至僅為框架的建筑。一般高層建筑的單位面積重度在10-18kN/m2之間，除個(gè)別較特別的以外，多數(shù)在15kN/m2左右。

　　以上兩個(gè)指標(biāo)不僅在施工圖設(shè)計(jì)階段，而且在初步設(shè)計(jì)階段都是非常重要的數(shù)據(jù)，其數(shù)值正常與否從另一個(gè)側(cè)面反映出結(jié)構(gòu)體系的選擇是否合適，結(jié)構(gòu)布置(包括構(gòu)件截面確定)是否合理，電算數(shù)據(jù)輸入是否正確，以及最后決定電算結(jié)果是否可信可用等，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)切不可掉以輕心，更不可認(rèn)為是無(wú)關(guān)緊要的。

　　4.結(jié)語(yǔ)

　　隨著高層建筑規(guī)模和型式的不斷發(fā)展，追求結(jié)構(gòu)形式新穎、受力合理的目標(biāo)將是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者的目標(biāo)和方向。作為結(jié)構(gòu)工程師，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好結(jié)構(gòu)分析，多做方案比較，加強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)施，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅應(yīng)保證高層建筑具有足夠的安全性，還應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、合理性。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析掌握的知識(shí)處理實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中遇到了各種問(wèn)題。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]王璐穎.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與表現(xiàn)[J];科技致富向?qū)?2010年29期

　　[2]王杰喜.對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)樓板設(shè)計(jì)的探討[J];四川建材;2009年02期

《建筑設(shè)計(jì)評(píng)職范文高層建筑結(jié)構(gòu)分析》

上一篇：建筑工程師論文范文淺談混凝土裂縫解決方案

下一篇：橋梁施工評(píng)職論文探討混凝土施工中的裂縫