浅谈高层建筑结构设计分析
论高层建筑结构设计与分析

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论 高层 建筑结构设计 与分析
曹丽君
( 广州 市华 森建筑 设计 院有 限公司顺 德分 公司 58 2 ) 2 32 [ 摘 要] 筑结 构设 计是 个系 统 的, 面 的工作 。要扎 实 的理论 知 识功底 , 全 灵活 创新 的思 维和严 肃 认真 负责 的工 作态度 。作 为 设计人 员, 掌 握结构 设计 要 的过 程, 证设计 结构 的安金, 保 还要善 于总 结工作 中的经验 。 本文 围绕 建筑结 构, 本文 总结 了建筑 结构设 计的特 点, 出了建筑 结构分 析和各 种体系 相对应 的方法 。 提 [ 关键词 ] 筑结 构 设计 剪 力墙 结 构分析 建 中 图分 类号 :U 5 T32 文献标 识码 : A 文章 编号 : 0 9 9 4 (0 0 2 一 1 6 O 10 — 1X2 1) 6O 1一 1
了。
() 3 刚性楼 板假 定 。许 多建 筑结 构的 分析方 法均 假定楼 板 在 自身平 面 内 的刚度无 限大 , 而平 面 外的刚 度则 忽略 不计 。这一 假定 大大 减少 了结构 位移 的 自由度 , 化 了计算 方法 。并为 采用 空间 薄壁杆 件理 论计 算简 体结 构提供 简 了条件 。一般 来 说, 框 架体 系 和剪 力 墙体 系 采用 这 一假 定 会 是完 全 可 以 对 得 。但是 , 对于 竖 向刚度 由突变 的结 构, 板刚度 较 小, 楼 主要 抗侧 力构件 间距 过大 或 是层数 较少 等情 况, 板变 形的 影响 较大 。特别 是对 结构底 部和 顶部 楼 各层 内力 和位移 的影 响更为 明显 。可 将这 些楼层 的剪力 作适 当调整 来考虑这 种影响。 () 计 图形 的假 定 。建 筑结 构体系 分析采 用 的计算 图形有 三种 : 1 一 4设 () 维协 同分析 。按 一维 协 同分 析 时 .只 考虑 各 抗侧 力构 件在 一 个位 移 自由度 方 向上 的变形 协调 在水 平 力作用 下, 将结 构体系 简化 为 由平行 水平力 方 向 上 的各 榀抗 侧力 构 件 的侧 移相 等 . 由此 即可 建立 一 维协 同 的基 本方 程 。在 扭矩 作用 下, 则根据 同层 楼板 上各 抗侧 力构件 转交 相等 的条 件建 立方程 。一 维协 同分 析 是各 种手算 方 法采 用最 多 的计算 图形。 2 二 维协 同分 析 。二维 () 协 同分析虽然仍将 单榀 抗侧力构件 视为平 面结构, 但考 虑了 同层 楼板上各 榀抗 侧力 构件 在楼 面 内的变形 协调 。纵横 两 方向 的抗侧 力构 件共 同工 作, 同时计 算 .扭矩 与水平 力 同时计 算 。在引入 刚性楼 板 假定后 , 层楼 板 由三 个 自由 每 度, ,, ( 虑楼 板翘 曲时有 四个 自由度)楼面 内各抗 侧力 构件的位 移均 uv 当考 , 由这 三个 自由度 确 定 。剪 力楼 板位移 与其 对应 外 力作用 的平 衡方程 , 矩阵 用 位移 法求解 。二维 协 同分 析主 要为 中小微 型计算机 上 的杆系 结构分析 程序所 采用 () 维空 间分析 。二维 协 同分析 并没 有考虑 抗侧 力构 件 的公共节 点在 3三 楼面外 的位 移协调 ( 向位移和 转角 的协调) 而 且, 竖 , 忽略抗侧 力构 件平面 外的 刚度 和扭转 刚度对 具有 明显 空间工作 性 能的简体 结构也 不是 妥当 的。三维 空 问分 析 的普 通杆单 元每 一节 点 由6 自由度, 个 按符拉 索夫薄 壁杆 理论分 析的杆 端节 点 还应考 虑 界面翘 曲, 7个 自由度 。 有 结 语 随着建筑行业 加快的发展 , 满足建 筑的形式 , 材料, 力学分 析模型都将 日趋 复杂 多元, 了革新建筑 , 为 体现 其魅力, 追求新 的结构 形式 和更 加合理地 力学模 型将 是 土 木工 程 师们 的 目标 和 方 向 。 参 考 文 献 [] 梅 洪元 , 本 臣. 1 付 中国建 筑创 作理论 发展研 究, 筑与 只能建筑 国际 建 学术 研讨会 . 0 2 20 . []覃 力, 2 建筑 设计 的一种 倾 向一 大规模 高层建筑 的集群化 和城市化 , 建 筑与 智能 建筑 国际学术研 讨会 ,0 2 20 .
对高层建筑结构设计的分析

对高层建筑结构设计的分析摘要:随着现代建筑技术进步,高层建筑已得到广泛运用,并且仍在不断发展。
由于建筑高度过高,结构设计成为了高层建筑建设中的一大难题。
本文介绍了高层建筑结构设计的特点,分析了高层建筑的结构体系,探讨了高层建筑结构设计的常见问题。
关键词:高层建筑建构设计问题一、高层建筑结构设计的特点相比普通建筑结构设计,高层建筑结构设计更加重视结果体系的选择。
通常,高层建筑结构设计需要着重考虑水平载荷、轴向变形、侧向位移以及结构延性等4大问题,下面进行具体介绍。
1、水平荷载对高层建筑结构设计的影响相比于建筑自重在竖直方向产生的轴向应力与弯矩,建筑水平载荷引起的倾覆力矩和其对竖向构件的轴向应力,随着建筑高度增加而产生的增长值更大。
此外,高层建筑的竖直轴向应力为定值,水平载荷则常常会受风力作用和地震作用影响而产生大幅度波动。
因此,高层建筑结构设计需要加强对水平载荷的重视程度,一方面要确保应力值不超过建筑材料所能承受的最大值,另一方面也要对可能的载荷波动做好充分准备。
2、轴向变形对高层建筑结构设计的影响由于高层建筑高度极高,其竖直应力往往过大,常会导致柱体轴向变形过于明显,从而对建筑梁弯矩造成不利影响。
此外,预制构件的下料长度、构件剪力和侧移大小等关键设计环节也会受到轴向变形的影响。
因此,只有准确估计高层建筑的轴向变形情况,才能保证建筑结构设计的合理性与安全性。
3、侧向位移对高层建筑结构设计的影响因为高层建筑水平载荷会随建筑高度增加而迅速增大,所以高层建筑高度增加也必然会导致建筑侧向位移急剧增大。
因此,进行高层建筑结构设计时,应对建筑侧向位移值作出明确限制,避免侧向位移过大而对建筑结构产生损坏[1]。
4、结构延性对高层建筑结构设计的影响与普通建筑相比,高层建筑的抗震性能要求往往较高,这就要求高层建筑应具有更大的结构延性,使其能在地震发生时产生更大变形。
因此,合理设计施工,保证结构延性也是高层建筑结构设计的基本要求。
高层建筑结构设计分析

高层建筑结构设计分析摘要:随着城市化发展,在建筑面积与建设场地面积相同比值的情况下,高层建筑的结构设计不仅应保证高层建筑具有足够的安全性,还应保证结构的经济性、合理性。
本文结合笔者多年的工作经验,对高层建筑结构设计从多方面进行了分析,具有一定的参考价值。
关键词:高层建筑;结构设计:优化设计前言多层和高层结构的差别主要是层数和高度上,但从实际情况上分析两者并没有实质性差别,它们都要抵抗竖向及水平荷载作用,从设计原理及设计方法而言,基本上是相同的。
但是在高层建筑中,要使用更多结构材料来抵抗外荷载,特别是水平荷载,因此抗侧力结构成为结构设计的主要问题。
一、高层住宅结构分析高层建筑结构设计过程中主要把握以下几个方面:1、水平荷载成为控制结构设计的主要因素。
结构内力、位移与高度的关系,除轴向力与高度成正比之外,弯矩和位移随高度都呈指数曲线上升,因此,随着高度的增加,水平荷载将成为主要控制因素。
水平力作用下结构是否优化,材料用量将有很大差别。
2、在抗震地区,随着层数的增加,地震作用对高层建筑危害的可能性也比对多层建筑大,高层建筑结构的抗震设计应受到加倍重视,工程位于抗震区,无需进行地震作用计算,仍需要考虑抗震的构造措施。
3、结构侧向位移成为控制指标。
与多层建筑不同,结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。
随着建筑高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而应将结构在水平荷载作用下的侧移控制在某一限度之内。
4、轴向变形不容忽视。
高层建筑中竖向荷载数值很大,使得柱产生较大的轴向变形,从而会使得连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大。
轴向变形还会对预制构件的下料长度产生影响,需要根据轴向变形的计算值调整下料长度。
另外轴向变形也会对构件的剪力和侧移产生影响,如不考虑构件竖向变形将会得出偏于不安全的计算结果。
5、结构延性是重要设计指标。
相对于多层建筑而言,高层建筑更柔一些,在地震作用下的变形会更大一些。
浅谈对高层建筑结构设计的几点认识

12 侧 移 成 为 设 计 的 控 制 指 标 _ 与低 层 或 多层 建 筑 不 同 ,结 构 侧 移 成 为 高 层 结 构 设 计 中的 关 键 因素 。 随着 建 筑 高 度 的增 加 , 水平 荷 载 下 结 构 的 侧 向 变形 迅 速 增 大 ,
进 、 济 合 理 、 保 质 量 的基 本 原 则 。 经 确 1 高 层 建 筑 结构 设计 的特 点
浅 谈 对 高 层 建 筑 结构 设 计 的几 点 认 识
赵 国 周伟 ( 大连市建筑设计研究院 有限公司)
摘 要 : 合 本 人 在 实 际 建 筑 结 构 设计 中 对 高 层 建 筑 结 构 的 运 用 、 解 和 方 面 , 一 定 高 度 建 筑 来 说 , 向 荷 载 大 体 上 是 定 值 , 作 为水 平 荷 结 理 对 竖 而
不 断 的学 习 , 谈 了高 层 建 筑 结 构 的几 个 主 要 特 点 , 用 的框 架 结 构 , 力墙 载 的 风 荷 载 和 地 震作 用 ,其 数值 是 随着 结构 动 力 性 的 不 同而 有 较 大 浅 常 剪 结构及框架一剪力墙结构三种结构体系的主要特点 , 以供 在 高 层 建 筑 结 构 设 的 变 化 。 计 中做 一 参 考 。 关键词 : 高层建筑结构设计特点 框架结构 剪力墙结构 框架一剪 力 墙 结 构
( 接 第 2 1页 ) 上 1
边 跨 现 浇 段 施 工 流 程 如 下 :地 基 处 理 一 搭 设 支 架 一 铺 设 底 模 的 畅 通 。 其 余 预 应 力 束 及 管 道 安 装 同 箱 梁 悬 灌 梁段 。 板 一 加 载 预 压一 安 装 侧 模一 绑 扎 底 、 腹 板 钢 筋 及 安 装 预 应 力 筋一 装 243 合 拢锁定 合拢前 使悬臂 端与边跨 等高度 现浇段 临时连 .. 端 模 和 内板 模一 绑 扎 顶 钢 筋 及 安 装 预 应 力 筋一 浇 筑 砼一 养 生 凿 毛 。 接 , 可 能 保持 相 对 固定 , 尽 以防 止 合 拢 段 混凝 土 在 浇注 及 早 期硬 化 过 上 部 结 构 模 板 架 立 、 筋 绑 扎 、 道 预 留 、 应 力钢 筋 张 拉 、 钢 管 预 混凝 程 中发 生 明 显 的 体 积 改 变 , 定 时 间按 合 拢 段 锁 定 设 计 执 行 。 撑 劲 锁 支 土 施 工 的施 工 细 节 与 O 样块 施 工 细 节 相 同。 性 骨 架 采 用 “ 埋 槽 钢 +连 接 槽 钢 +预 埋 槽 钢 ” 段 式 结 构 , 断面 预 三 其 24 合 拢段 施 工 合 拢 的顺 序 是 先合 拢 两 边 孔 ,合 拢 完 毕 后 进 行 面 积 及 支 承 位 置 根 据 锁 定 设计 确 定 , 拢 时 , . 合 在两 预 埋 槽 钢 之 间设 置 主 墩 处 临 时 墩 梁 固 结 解 除 , 后 合 拢 主 孔 , 而 完成 主桥 的 合 拢 和 程 连 接 槽 钢 , 由联 结 钢 板 将 连 接 槽 钢 与 预 埋 槽 钢 焊 接 成 整 体 , 时注 然 从 并 同 序 转换 。除 中间合 拢 段 外 , 余 合拢 段 在 浇 筑 混凝 土 的过 程 中均 需 要 意 焊 缝 应 设 在 不 同截 面 处 。 时预 应 力 束按 设 计 布 置 , 拉 锚 固后 不 其 临 张 加 平衡 重 。 因边 跨现 浇 段搭 设长 度 已考虑 边 跨 合 拢 段 支 架 , 跨 合 拢 压 浆 , 拢 完 毕 后 拆 除。 边 合 段 直 接在 支 架 上 现 浇施 工 。 拢 前; 备 工 作 主 要包 括 安 装 钢筋 及 预 应 合 隹 244 浇 注 合 拢 段 混凝 土 合 拢 段 混凝 土 浇 注 过 程 中 , 新 浇 注 .. 按 力 管道 和 合 拢 段施 工 测 量 观 测。 清 除 箱梁 上 的不 必 要 的 施 工荷 载 , 其 混 凝 土 的 重 量 分 级 卸 去 平 衡 重 ( 分级 放 水 )保 证 平 衡 施 工 。 即 , 他 施 工荷 载 移 至 O #块 , T构上 的施 工荷 载 处 于平 衡 状 态 。 使 同时 要 对 245 预 应 力 施 工 合 拢 段 永 久 束 张 拉 前 , 取 覆 盖 箱 梁 悬 臂 并 .. 采 全 桥 的 桥 面 标 高 和桥 轴 线 进 行 联 测 ,观 测气 温 变 化 对 梁体 相 对标 高 洒 水 降 温 以减 小 箱 梁 悬 臂 的 日照 温 差 。 底板 预 应 力 束 管道 安 装 时要 ( 平及竖向 ) 水 的关 系 , 测 合 龙段 的长度 随温 度 变 化 而 变化 的情 况 。 采 取 措 施 保 证 管 道 畅 通 ,待 合 拢段 混凝 土达 到设 计 规 定 强 度 和 相 应 观
高层建筑结构设计难点分析

高层建筑结构设计难点分析高层建筑作为城市的地标和象征,其结构设计一直是建筑领域的一个重要课题。
随着城市化进程的不断加快,高层建筑的数量和高度也在不断增加,因此高层建筑结构设计的难点也逐渐凸显出来。
本文将对高层建筑结构设计的难点进行分析,并探讨如何克服这些难点。
一、受力分析复杂高层建筑由于其高度较大,受力分析通常会比较复杂。
在高层建筑的结构设计中,受力分析是基础和关键,只有深入研究高层建筑所承受的荷载和受力状况,才能有效地解决高层建筑结构设计中的难题。
在受力分析方面,高层建筑在不同楼层和不同构件上所受的荷载和力的分布都会有所不同,需要对整个建筑结构进行全方位的受力分析,确保每一个构件都能满足受力要求。
高层建筑的结构设计还需要考虑各种不同作用下的受力情况,包括静载荷、动载荷、风荷载等,这些都增加了受力分析的复杂性。
针对受力分析复杂的难点,结构设计师需要运用先进的受力分析方法和工具,如有限元分析、结构动力学分析等,对高层建筑的受力状况进行准确的模拟和计算,为结构设计提供科学的依据。
二、抗震设计要求高高层建筑所处的地理位置和环境不同,其抗震设计要求也会有所不同。
一般来说,地震是高层建筑面临的最大威胁之一,因此抗震设计是高层建筑结构设计中的一个重要难点。
高层建筑的抗震设计要求通常比较严格,需要考虑地震波的作用、建筑结构的受力状态、结构的位移要求等多个方面。
抗震设计需要考虑建筑结构在地震作用下的变形和破坏情况,要求建筑结构在地震发生时能够安全稳定地承受地震力的作用,减小地震对建筑结构的影响。
对于高层建筑抗震设计的难点,结构设计师需要根据建筑所处地区的地震烈度和其他地质条件,结合抗震设计规范,进行合理的抗震设计方案设计和结构计算。
还需要采用高性能材料和先进技术,提高建筑结构的抗震能力,确保建筑在地震发生时能够安全稳定地运行。
三、构造系统选择和优化高层建筑的构造系统选择和优化也是结构设计的难点之一。
构造系统的选择直接影响到建筑的结构性能和经济性,因此需要根据建筑的形式、功能和受力特点,合理选择和优化构造系统。
高层建筑结构设计分析(1)论文

浅谈高层建筑结构设计的分析摘要:随着高层建筑在我国的迅速发展,建筑高度的不断增加,建筑类型与功能愈来愈复杂。
高层建筑作为特殊的建筑形式,加强其结构设计的实践探讨非常必要。
本文分析了高层建筑结构形式特点的基础上,从不同角度对加强高层建筑结构设计的思路进行了分析。
关键词:高层建筑结构设计设计分析abstract: with the high-level architecture in china’s rapid development, the construction of the height of the increasing, building type and function more and more complex. high-rise building as a special form of construction, strengthen the structure design practice discussion is very necessary. this paper analyzes the high-rise building structure based on the characteristics of the form, from various angles to strengthen high-level building structural design train of thought is analyzed.keywords: designing high-rise design analysis中图分类号:[tu208.3]文献标识码:a文章编号:前言随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化,城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要,促使高层建筑得以快速发展。
另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展,抗风和抗震理论的不断完善,加之新的施工技术和设备的不断涌现,特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高,为高层建筑迅速发展提供了必要的技术条件。
高层建筑结构设计案例分析(全文)

高层建筑结构设计案例分析(全文)第一篇范本:高层建筑结构设计案例分析一:前言本文档旨在对高层建筑结构设计进行案例分析,以便更好地了解和掌握高层建筑结构设计的相关知识和技术。
本文将从以下几个方面进行详细介绍和讨论。
二:背景介绍2.1 高层建筑的定义与分类2.2 高层建筑结构设计的重要性和挑战三:结构设计理论与方法3.1 高层建筑结构设计的基本原理3.2 结构设计的常用方法和工具四:案例分析4.1 高层建筑结构设计案例14.1.1 建筑背景介绍4.1.2 结构设计目标和要求4.1.3 结构设计方案分析4.1.4 结构材料选择和参数设计4.1.5 结构计算和优化4.1.6 结构施工和监控4.2 高层建筑结构设计案例24.2.1 建筑背景介绍4.2.2 结构设计目标和要求4.2.3 结构设计方案分析4.2.4 结构材料选择和参数设计4.2.5 结构计算和优化4.2.6 结构施工和监控五:结论与展望六:附件本文档涉及的附件包括:- 高层建筑结构设计案例1相关图纸和计算表格 - 高层建筑结构设计案例2相关图纸和计算表格七:法律名词及注释本文档中涉及的法律名词及其注释可见附件。
第二篇范本:高层建筑结构设计案例分析一:引言本文档旨在对高层建筑结构设计进行案例分析,以便更好地了解和掌握高层建筑结构设计的相关知识和技术。
通过详细的案例分析,我们可以探讨高层建筑结构设计的理论基础、设计方法、实际应用等方面的问题。
二:背景介绍2.1 高层建筑的定义与分类2.1.1 高层建筑的定义2.1.2 高层建筑的分类2.2 高层建筑结构设计的重要性和挑战2.2.1 高层建筑结构设计的重要性2.2.2 高层建筑结构设计面临的挑战三:结构设计理论与方法3.1 高层建筑结构设计的基本原理3.1.1 荷载分析与计算3.1.2 结构承载体系选择3.2 结构设计的常用方法和工具3.2.1 结构设计的常用方法3.2.2 结构设计的工具和软件四:案例分析4.1 高层建筑结构设计案例14.1.1 建筑背景介绍4.1.1.1 建筑用途和功能 4.1.1.2 建筑地理环境4.1.2 结构设计目标和要求4.1.3 结构设计方案分析4.1.4 结构材料选择和参数设计 4.1.5 结构计算和优化4.1.6 结构施工和监控4.2 高层建筑结构设计案例24.2.1 建筑背景介绍4.2.1.1 建筑用途和功能4.2.1.2 建筑地理环境4.2.2 结构设计目标和要求4.2.3 结构设计方案分析4.2.4 结构材料选择和参数设计4.2.5 结构计算和优化4.2.6 结构施工和监控五:结论与展望六:附件本文档涉及的附件包括:- 高层建筑结构设计案例1相关图纸和计算表格 - 高层建筑结构设计案例2相关图纸和计算表格七:法律名词及注释本文档中涉及的法律名词及其注释可见附件。
浅析高层建筑结构设计与分析

浅析高层建筑结构设计与分析
曲进莲
% 大 连建 筑技 术发 展中 心设 计院 有限 公司 " 辽 宁大 连 着 社会 发展 " 科 学技 术的 进步 " 基 本 建设 规模 的 大型 建筑 $ 高 层 建筑 等结 构 形式 越来 越多 ! 总结 了高 层 建筑 结构
2 应 用于高 层建 筑 的结 构体系
剪力墙体系! 当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成 时 " 即 形 成剪 力墙 体 系! 剪力 墙 体系 的 强度 和 刚度 都 比较 高 " 有 一 定 的延 性" 传力 直 接均 匀" 整 体性 好 " 抗 倒 塌能 力 强 " 是 一种 良 好的 结构 体系 " 能 建高 度大 于框 架或 框架!剪 力墙 体系 ! 框 架"剪 力墙 体 系! 当框 架体 系 的 强度 和 刚度 不 能满 足 要求 时 " 往 往 需要 在建 筑 平面 的适 当 位置 设置 较 大 的剪 力 墙来 代 替部 分 框 架" 便形 成了 框 架#剪力 墙 体系 ! 在承 受 水平 力 时 " 框 架和 剪 力 墙 通 过有 足 够 刚度 的 楼 板 和连 梁 组 成 协同 工 作 的结 构 体 系 ! 在体系中框架体系主要承受垂直荷载" 剪力墙主要承受水平剪力! 筒 体 体系 ! 凡 采用 筒 体为 抗侧 力 构 件的 结 构体 系 统称 为 筒体 体 系 " 包括 单 筒 体 $ 筒 体 $框架 $ 筒 中筒 $ 多 束筒 等 多 种 型 式 ! 筒 体 是一 种空 间 受力 构件 " 分 实 腹筒 和 空腹 筒 两种 类 型 ! 实 腹筒 是 由 平面 或曲 面 墙围 成的 三 维竖 向结 构 单体 " 空腹 筒 是由 密 排柱 和 窗 裙梁 或开 孔 钢筋 混凝 土 外墙 构成 的 空间 受 力构 件 ! 筒 体 体系 具 有 很大 的刚 度 和强 度" 各构 件 受力 比 较合 理 " 抗 风 $ 抗 震 能力 很 强" 往往 应用 于大 跨度 $ 大 空间 或超 高层 建筑 !
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浅谈高层建筑结构设计分析
摘要:为了满足现代城市人口急速增长和人类物质生活的需要,追求新的建筑结构形式,进一步发展高层建筑,本文对高层建筑结构受力特点,结构布置和设计中应注意的一些问题和特点作简要分析。
关建词:高层建筑;结构设计;受力特点;设计分析。
随着现代社会经济的不断发展,人民生活质量水平不断提高,人类的居住环境、居住条件和居住需求也在不断的变化,在国家对土地使用制度控制越来越严格,建筑用地更是越来越稀薄。
建筑物越来越朝着超高层建筑的方向发展,钢筋混凝土结构已经不能满足建筑效益、建筑结构、建设设计和某些特殊功能要求的需要。
钢结构因为重量轻、强度高、塑性韧性好、制作简便,施工工期短而被广泛的应用于高层建筑上,现在的高层建筑结构也越来越向钢结构化方面发展。
1、高层建筑结构的受力特点
建筑结构所受的外力(作用)主要来自垂直方向和水平方向。
在低、多层建筑中,由于结构层数少、平面尺寸较大,其高宽比很小,且结构受风荷载和地震影响也很小,故结构以抵抗竖向荷载为主。
也就是说,竖向荷载往往是结构设计的主要控制因素。
在高层建筑中,首先,在竖向荷载作用下,各楼层竖向荷载所产生的框架柱轴力为:边柱N=wlH/2h,中柱N=wlH/h,即框架柱的轴力和建筑结构的层数成正比;边柱轴力比中柱小,基本上与其受荷面积成正比。
就是说,由各楼层竖向荷载所产生的累积效应很大,建筑物层数越多,底层柱轴力越大;顶、底层柱轴力差异越大;中柱、边柱轴力差异也越大。
其次,在水平荷载作用下,作为整体受力分析,如果将高层建筑结构简化为一根竖向悬臂梁,那么由其底部产生的倾复弯矩为:水平均布荷载Mmax=qH2/2,倒三角形水平荷载Mmax=Oh3/3,即结构底部产生的倾复弯矩与楼层总高度的平方成正比。
就是说,建筑结构的高度越大,由水平作用对结构产生的弯矩就越大,较竖向荷载对结构所产生的累积效应增加越快,其产生的结构内力占总结构内力的比重越大,从而成为高层结构强度设计的主要控制因素。
高层建筑结构的主要受力构件有剪力墙、框架柱、梁和楼板。
剪力墙、框架柱足竖向构件,它们是形成结构抗侧力刚度的最主要构件,承担着整个结构的竖向荷载和绝大部分水平荷载;框架梁、楼板是水平构件,结构各楼层的竖向荷载通过楼板传至框架梁再传给竖向构件,同时,对结构抗侧力刚度也有贡献颇的框架梁.还和竖向构件一起承担整个结构的荷载水平荷载;次外,有些高层建筑结构还有斜向构件,它们对结构抗侧力刚度贡献很大,对构件之间的传力起着重要作用,除自重外,一般不直接受荷。
结构在水平阵风作用下,当振动加速度a超过0.015G时会使人的正常生活受影响,因为加速度α=A(2πf),当频率f为定值时,α与振幅A成正比,因此结构的侧移幅值的大小要受限制。
过大的侧移易使隔墙、围护结构以及高级装修受损,地震或阵风引起的过大变形也会造成电梯轨道无法使用。
结构过大的变形会引起结构的二阶效应,造成结构杆件产生附加内力,影响结构承载力。
如果高层建筑采用的是钢结构,和普通的钢筋混凝土结构相比钢结构自身具有很强的变形能力,且在钢结构中采用的隔墙、装饰材料又多为较轻,采用的幕墙、悬挂板、铝板等变形能力较强,所以钢结构JGJ99-98标准中规定的限值标准要比钢筋混凝土结构规定的限制标准宽松。
2、高层建筑钢结构设计分析
高层建筑钢结构设计中,结构工程师应与建筑师紧密配合,要考虑建筑特点、功能、荷载性质、材料供应、制作安装等多种因素,择优选取利于抗震、抗风又经济合理的结构体系和平立面布置。
常用的高层建筑钢结构体系有框架体系,双重抗侧体系(钢框架一支撑或剪力墙板体系、钢框架一混凝土剪力墙体系、钢管混凝土框架一剪力墙体系、钢框架一混凝土核心简体系)、简体体系(框简体系、简中简体系、桁架简体系、框筒束体系)和巨型框架体系。
无论采用什么结构体系,具体设计中都应使结构具有明确的计算简图、合理的传力途径、多道抗震防线,力求形成立体构件或尽量使结构能趋向于实现总体屈服机制。
结构布置和设计中应尽量使结构具有以下几方面的特点,或注意考虑到以下一些原则。
1、使结构构件能形成立体化,在竖向构件布置时,尽量使由墙或密柱与深梁能组成简体或巨型柱,使结构单元形成不同力学特性的立体构件,构成在任何方向都具有较大的刚度与抵抗力矩的能力。
2、使柱或巨型柱周边布置,将柱沿平面周边设置使结构整体具有更大的抗侧和抗扭刚度。
3、使结构支撑化。
在框筒结构体系中由于水平力作用下存在固有的剪力滞后效应,当功能需要加大柱间距时剪力滞后效应更易削弱结构的抗侧刚度,影响水平承载力,因此在框筒中增设支撑能强化框筒;当房屋四角有巨柱采用支撑使其形成立体支撑体系更有利于抵抗各向力,发挥其材料潜力。
4、园锥形能减小风载体型系数和增大抗侧抗扭刚度,特别在非地震区南风荷载起控制作用的高层建筑,采用园锥体型能节约材料经济性好。
5、选用高强、轻质材料,有条件时设置安装传感器、质量驱动装置等减振设置使其动力反应智能化。
6、应积极探讨将目前的整体结构分析、单个构件设计向整体结构分析、整体结构构件设计方向发展考虑,使各构件的承载力可靠度尽量一致。
7、用增大结构阻尼方法以减小结构加速度;用合理的几何平、剖面图形合理的墙板及构件连接方法来减小侧向位移,而不要随意采用加大柱截面的方法来提高抗侧抗弯刚度。
实践证明外柱布置远离平面重心或芯筒,或使外柱沿建筑物全高向内全高度倾斜等方法均能有效地减小侧向位移值,用增加主梁的线刚度EI/L在框架中也能起到减少侧向位移的作用;而采用加大柱截面的方法来提高框架抗侧刚度其效果将很小且不经济。
一般框架刚度通常取决于大梁刚度而不是柱的刚度,因为一般跨度和层高的建筑中柱的刚度比梁刚度已大很多。
8、在结构的平面与剖面设计中应尽量避免出现不规则体型。
建筑的开间进深应尽量统一,框筒、墙、支撑的布置尽量对称。
常用的框筒结构中为充分发挥框筒作用应严格控制房屋的高宽比,且内筒边长不宜小于相应外筒边长的1/3,框简柱跨不宜大于层高,框筒裙梁高度不宜小于800mm,框筒结构为矩形平面时其长宽比不宜大于 1.5:1,否则应改用框简束体系。
筒的墙面开洞面积宜小于50%墙面积,内外简之问的间距一般可取l0-16m,为了保证角柱具有足够的承载力,角柱宜为中心柱截面积的1.5 -2倍。
一般还应该根据具体情况选用支撑,型钢混凝土墙板、竖缝钢筋混凝土墙板或钢板剪力墙等作为主要抗侧构件。
注意应使支撑、剪力墙能沿高度竖向一致连续布置。
边柱外柱应尽量使其参与结构整体抗弯以增加整个结构的抗侧刚度和承载力,在抗震设计中应注意使结构形式强节点弱杆件、强竖弱平、强压弱拉。
柱的超载必须避免,屈服应控制在梁和支撑上,要多道传力途径,多道设防,适当增多结构的超静定次数。
要避免水平刚度产生偏心和竖向刚度、强度的突变。
节点连接应刚强,
3、在地震作用下建筑结构设计
地震时,由于地震波的作用产生地面运动,通过房屋基础影响上部结构,使结构产生振动,房屋振动时产生的惯性力就是地震荷载。
地震波可能使房屋产生垂直振动与水平振动,但一般对房屋的破坏主要是由水平振动引起,因此,设计中主要考虑水平地震力。
地震荷载是惯性力,因此它的大小除了和结构的质量有关外,还和结构的运动状态有关,通常把结构的运动状态(各质点的位移、速度、加速度)称为地震反应。
地面运动情况可以由地面加速度波形来描述,不同的地震、不同的场地、不同的震中距都会产生不同的地面运动。
据观测,在岩石等坚硬地基中,地震波的卓越周期大约是0.1—0.3秒左右,而在深层软土地基中,其卓越周期可能达到1.5—2秒。
这样的周期与一般的建筑物周期(0.3-3秒)相当接近,因而一般建筑物的地震反应比较明显,在达到一定震动强度时,很容易引起震害。
一般情况下,结构较柔,周期加长时,地震力减小。
高层建筑具有较长的自振周期,容易跟地震波中的长周期分量发生共振。
且地震波在土中传播时,短周期分量衰减迅速,长周期分量则传播较远。
大量震害表明:与低层建筑相比,高层建筑受地震影响的范围更广一些,振害后果也更严重一些,特别在软土地基上,更是如此。
所以较确切地估计高层建筑的地震作用,是十分必要的。
4、结语
高层建筑结构设计中应根据实际情况做好结构分析,多做方案比较,建筑设计者必须从当今经济现状和发展趋势出发,建立一个合理的结构设计理念,合理确定建筑设计标准、经济性措施和原则,这样不仅满足设计各类需求,同时改善人类的居住环境。