高层建筑结构分析与设计
建筑中的高层结构设计和分析方法

建筑中的高层结构设计和分析方法随着城市化进程的加速,高层建筑的数量不断增加,高层建筑的结构设计和分析成为了建筑领域中的重要课题。
高层建筑由于其建筑高度大、结构复杂,一旦发生事故后果严重,因此在高层建筑的结构设计和分析过程中应该非常谨慎,采用科学的方法。
本文将介绍建筑中的高层结构设计和分析方法。
1、高层建筑的结构特点高层建筑的结构设计和分析的前提是了解高层建筑的结构特点。
高层建筑的结构可分为两个部分:主体结构和外围结构。
主体结构为承受水平和竖直荷载的主要力学结构,外围结构承受风压和同心力的主要结构。
首先是高层建筑的主体结构。
高层建筑主体结构的最大特点是其高度大,楼体承受复杂多变的自重和外界荷载。
高层建筑主体结构索要承受水平和垂直荷载,如地震、风荷载等。
因此高层建筑主体结构设计应特别注意抗震抗风等问题。
其次,是高层建筑的外围结构。
高层建筑的外围结构主要是承受风压和同心力的主要结构,同时具有良好的隔热保温、防水、防火等能力。
通常,高层建筑外围结构的形式比较丰富,如幕墙、空气层、标准节、剪力墙等。
因此,高层建筑的外围结构设计应该结合建筑的整体风格、使用功能等要素进行综合考虑。
2、高层建筑的结构设计方法高层建筑的结构设计方法有多种,包括传统经验法、试验模拟法、强度设计法和有限元分析法等。
先说传统经验法。
传统经验法是传统建筑价值传承的重要方式之一。
在传统建筑的设计中,主要以工匠传统经验和流传下来的规范方法为主要参考,如普通钢筋混凝土、框架吊顶结构等。
传统经验法方便快捷,但不足之处是不能满足复杂高层建筑设计的需求。
试验模拟法通常使用电子计算机在综合考虑一些设计因素的条件下,通过模拟实验得出模型的力学行为和应力分布。
因此试验模拟法不依赖于任何具体结构,并且实现了全球优化设计,从而使得设计更加优化,更加科学。
强度设计法是一种经典的设计方法,是建筑领域的主流设计方法之一。
强度设计法适用于结构计算较为简单的建筑,强调结构的强度和刚度,是保证结构安全的必要手段。
高层建筑的抗震设计与结构分析

高层建筑的抗震设计与结构分析高层建筑作为现代城市的标志性建筑,承载着人们的居住、工作和娱乐等活动。
然而,地震作为一种自然灾害,对高层建筑的稳定性和安全性提出了严峻的挑战。
因此,高层建筑的抗震设计与结构分析显得尤为重要。
一、高层建筑抗震设计的原则在进行高层建筑的抗震设计时,需满足以下原则:1.地震荷载计算:首先,需要根据建筑所处地区的地震烈度、地质条件以及建筑材料的特性来确定地震荷载的大小。
通过合理计算地震荷载,可以为建筑的结构稳定性提供参考依据。
2.结构形式选择:不同的结构形式具有不同的抗震能力。
常见的高层建筑结构形式包括框架结构、筒体结构、剪力墙结构等。
根据具体情况选择适合的结构形式,能够提高建筑的抗震性能。
3.材料选择:高层建筑中,混凝土、钢材等作为主要结构材料。
在抗震设计中,需要选择具有良好抗震性能的材料,如高强度混凝土和钢材等。
合理的材料选择对于提高建筑的抗震性能至关重要。
4.结构设防:通过采取一些特殊的结构措施,如加强柱底节点、设置耗能器等,可以增加建筑的抗震能力。
结构设防是抗震设计中的重要环节,对于确保建筑的安全性有着不可忽视的作用。
二、高层建筑结构分析的方法在高层建筑的结构分析中,常用的方法有:1.静力分析:静力分析是指根据结构受力平衡的原理,通过静力学的知识计算结构的内力和变形。
通过静力分析,可以获得结构在静力荷载下的响应,为结构的合理设计提供参考。
2.动力分析:动力分析是指通过模拟结构在地震作用下的动态响应,对结构的抗震性能进行评估。
常见的动力分析方法包括模态分析、时程分析等。
动力分析结果能够反映结构在地震加载下的位移、加速度和剪力等参数,对高层建筑的设计与改进提供指导。
3.数值模拟:数值模拟是通过计算机仿真手段对建筑结构进行分析。
利用有限元方法等数值方法,可以模拟结构在地震荷载下的响应,分析结构的强度、刚度等性能,并对结构进行优化设计。
三、高层建筑抗震设计的案例以某高层办公楼的抗震设计为例,该建筑采用的是钢筋混凝土框架结构。
高层住宅建筑剪力墙结构的设计与分析

高层住宅建筑剪力墙结构的设计与分析在现代城市的建设中,高层住宅建筑如雨后春笋般涌现。
剪力墙结构作为高层住宅建筑中一种常见且重要的结构形式,其设计的合理性和科学性直接关系到建筑物的安全性、稳定性以及使用功能的实现。
本文将对高层住宅建筑剪力墙结构的设计进行详细的探讨与分析。
一、剪力墙结构的基本概念与特点剪力墙结构是由一系列纵向和横向的钢筋混凝土墙体组成,这些墙体不仅承担着竖向荷载,还能有效地抵抗水平荷载,如风荷载和地震作用。
其主要特点包括:具有良好的抗侧刚度,能够有效控制建筑物在水平荷载下的变形;结构整体性强,空间整体性好,能够提供较为规则的建筑平面布局;墙体自身的承载能力较高,能够承受较大的竖向和水平荷载。
二、高层住宅建筑中剪力墙结构的设计要点1、结构布置在设计过程中,剪力墙的布置应遵循均匀、对称、周边化的原则。
均匀布置可以使结构在各个方向上的刚度相近,减少扭转效应;对称布置有助于减小水平荷载作用下的偏心影响;周边化布置则能增强结构的抗扭性能,提高结构的整体稳定性。
同时,要注意避免出现短肢剪力墙,因为短肢剪力墙的抗震性能相对较弱。
对于较长的剪力墙,应设置洞口将其分成若干墙段,以避免墙段过长而导致脆性破坏。
2、墙体厚度剪力墙的厚度应根据建筑物的高度、抗震等级以及墙体所承担的荷载等因素来确定。
一般来说,底层剪力墙的厚度较大,随着楼层的增加逐渐减小。
在满足结构要求的前提下,应尽量减小墙体厚度,以增加建筑的使用面积。
3、混凝土强度等级混凝土的强度等级应根据结构的受力情况、耐久性要求以及施工条件等综合确定。
高强度等级的混凝土可以减小墙体的截面尺寸,但过高的强度等级可能会导致混凝土的脆性增加,不利于结构的抗震性能。
4、配筋设计剪力墙的配筋包括竖向分布钢筋和水平分布钢筋。
竖向分布钢筋主要承受墙体的竖向荷载,水平分布钢筋则主要用于抵抗水平荷载产生的剪力。
配筋量应根据计算结果和规范要求进行确定,同时要注意钢筋的间距和锚固长度等构造要求。
高层建筑结构优化设计案例分析(全文)

高层建筑结构优化设计案例分析(全文)范本一:正文:一:引言高层建筑结构优化设计是现代建筑设计中的重要环节,对于提高建筑的结构安全性、经济性和可持续性具有重要意义。
本文以某高层建筑项目为例,进行了结构优化设计案例分析,旨在探讨高层建筑结构在设计过程中的优化方法和技术。
二:背景该高层建筑项目位于城市中心地带,总高度达到200米,层数共计60层,包含商业、办公和住宅等功能。
项目地处地质条件复杂的地区,同时还需要考虑抗震、防风等因素,在设计过程中面临着诸多挑战。
三:结构设计3.1 结构形式本项目采用框架结构形式,通过立柱和梁的组合形成结构框架,然后再使用混凝土填充实现整体刚度的提升。
这种结构形式具有良好的承载能力和稳定性,能够满足高层建筑的要求。
3.2 结构材料主体结构材料采用高强度混凝土和钢材,其中混凝土强度等级为C50,钢材采用Q345B。
这种结构材料能够有效提高建筑的抗震性能和承载能力。
3.3 结构优化技术在设计过程中,采用了多种结构优化技术,包括有限元分析、参数化设计和多目标优化等。
通过有限元分析,对结构进行了力学计算和模拟,确定了合理的结构形态和尺寸。
参数化设计则通过调整参数来优化结构,使其在满足要求的前提下减少材料使用。
多目标优化则通过考虑多个指标因素来寻找最佳的结构设计方案。
四:设计成果经过优化设计,最终确定了高层建筑的结构方案。
该方案不仅满足了建筑的功能要求,还能够在地震和风载等自然力的作用下保证建筑的稳定性和安全性。
同时,该方案还有效降低了建筑的材料使用量,提高了经济性和可持续性。
五:结论通过本案例分析,我们可以得出结论:在高层建筑结构的优化设计过程中,采用框架结构形式,结合高强度混凝土和钢材等材料,运用有限元分析、参数化设计和多目标优化等技术,能够有效提高建筑的结构安全性、经济性和可持续性。
附件:1. 结构设计图纸2. 有限元分析报告3. 结构参数化设计数据法律名词及注释:1. 结构形式:指高层建筑的整体结构组成形式,如框架结构、剪力墙结构等。
高层建筑钢筋混凝土的结构设计分析

高层建筑钢筋混凝土的结构设计分析随着城市化进程的不断加快,高层建筑已经成为城市发展的重要标志和特色之一。
高层建筑的结构设计不仅影响建筑的稳定性和安全性,还直接关系到建筑的经济性和实用性。
在高层建筑的结构设计中,钢筋混凝土结构因其优良的性能和适应性,已经成为了主流选择。
本文将就高层建筑钢筋混凝土的结构设计进行分析,并探讨其设计要点和特点。
一、高层建筑的结构特点1.1. 高层建筑的承载力要求高高层建筑一般具有较大的自重和风荷载,同时还需要承受地震和动荷载等多种外部力的作用。
高层建筑的结构设计要求具有较高的承载能力和抗震性能。
1.2. 高层建筑的结构形式多样为了满足不同的使用需求和设计要求,高层建筑的结构形式多样,包括框架结构、筒体结构、框筒结构、悬挑结构等。
不同的结构形式对于结构设计和构件设计都有不同的要求。
1.3. 高层建筑的变形和挠度要求严格高层建筑的变形和挠度控制直接关系到建筑的使用性能和外观效果。
结构设计需要根据建筑的使用功能和外观要求合理控制建筑的变形和挠度。
1.4. 高层建筑的材料和施工要求高高层建筑的结构设计对材料和施工质量有较高的要求,需要选择具有高强度和耐久性的材料,并严格控制施工工艺和质量。
二、钢筋混凝土结构设计要点2.1. 结构稳定性钢筋混凝土结构的稳定性是结构设计的首要考虑因素。
在高层建筑的结构设计中,需要采用适当的结构形式和构件布局,合理分配荷载,确保结构的稳定性和可靠性。
2.2. 抗震性能高层建筑通常处于地震频繁的地区,因此抗震性能是结构设计的重要考虑因素。
钢筋混凝土结构在设计中需要采用合理的抗震措施,包括设置剪力墙、增加节点刚度和采用横向抗力系统等,提高建筑的抗震性能。
3.1. 结构形式选择在高层建筑的结构设计中,需要根据建筑的使用功能和周边环境选择合适的结构形式。
一般情况下,高层建筑常采用框架结构或筒体结构,以满足较高的承载能力和抗震性能要求。
3.2. 支撑系统设计高层建筑的支撑系统设计是结构设计中的关键环节。
高层建筑结构的静力分析与设计

高层建筑结构的静力分析与设计随着现代城市化进程的不断推进,高层建筑在城市的地标性和空间利用上发挥着重要的作用。
高层建筑的设计必须考虑到多种因素,其中最重要的是静力学分析与设计。
本文将探讨高层建筑结构的静力分析与设计方法,以及在实践中应遵循的原则。
首先,静力学分析是高层建筑设计的首要任务之一。
静力学是研究物体处于平衡状态时所受的力学问题。
在高层建筑中,各个构件之间的力学平衡非常重要。
通过静力学分析,可以确定各个构件的受力情况,从而保证整个建筑的结构稳定。
高层建筑结构的静力分析主要包括以下几个方面。
首先是重力分析,即建筑物受到地心引力的作用。
通过测量建筑物的质量和计算重力的分布情况,可以确定建筑物所受的重力及其分布情况。
其次是风荷载分析,即建筑物受到风压力的作用。
由于建筑物的形态复杂多样,风的作用也是不均匀分布的,因此需要通过风洞试验和数值模拟等手段来确定建筑物所受的风荷载。
此外,还需要考虑地震力分析,即建筑物在地震过程中所受的力。
地震力是由于地震波传播至建筑物上而造成的。
通过分析地震波传播过程和建筑物的结构响应,可以确定建筑物在不同地震强度下的受力情况。
最后,还需要进行温度效应分析,即建筑物在温度变化过程中的收缩和膨胀。
由于建筑物材料的热膨胀系数不同,温度变化会导致各构件的尺寸发生变化,从而引起内部应力的变化。
在高层建筑结构的设计中,应遵循一些基本原则。
首先是平衡原则。
平衡是指建筑物各构件之间的受力状态达到平衡,即受力物体的合力和合力矩均为零。
通过平衡原则,可以保证建筑物的结构稳定。
其次是刚度原则。
刚度是指建筑物各构件的刚度大小及其分布情况。
通过合理的刚度设计,可以保证建筑物在受到外力作用时不发生明显的变形。
再次是强度原则。
强度是指建筑物各构件的抗弯、抗压和抗剪能力。
通过合理的强度设计,可以确保建筑物在受到外力作用时不发生破坏。
最后是稳定原则。
稳定是指建筑物在受到外力作用时不失去平衡的能力。
通过稳定设计,可以确保建筑物在受到侧向风压力或地震力作用时不倒塌。
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。
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高层建筑结构分析与设计
发表时间:2009-02-19T14:23:57.107Z 来源:《黑龙江科技信息》2008年10月下作者:马跃赵鹏
[导读] 摘要:围绕高层建筑结构,总结了高层建筑结构设计的特点以及提出了高层建筑结构分析和各种体系相对应的方法。
摘要:围绕高层建筑结构,总结了高层建筑结构设计的特点以及提出了高层建筑结构分析和各种体系相对应的方法。
为实际高层建筑结构分析与设计提供一定参考。
关键词:高层建筑结构;结构体系;剪力墙
1 高层建筑结构设计特点
1.1 水平荷载成为决定因素。
一方面,因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖构件中引起的轴力,是与楼房高度的两次方成正比;另一方面,对某一定高度楼房来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
1.2 轴向变形不容忽视。
高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。
1.3 侧移成为控制指标。
与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。
随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
1.4结构延性是重要设计指标。
相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。
为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。
2 高层建筑结构分析
2.1 高层建筑结构分析的基本假定
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件(框架、剪力墙、筒体等)通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。
要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。
各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。
下面是常见的一些基本假定:
2.1.1 弹性假定。
目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。
在垂直荷载或一般风力作用下,结构通常处于弹性工作阶段,这一假定基本符合结构的实际工作状况。
但是在遭受地震或强台风作用时,高层建筑结构往往会产生较大的位移,出现裂缝,进入到弹塑性工作阶段。
此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的,应按弹塑性动力分析方法进行设计。
2.1.2 小变形假定。
小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。
但有不少人对几何非线性问题(P-Δ效应)进行了一些研究。
一般认为,当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值 Δ/H > 1/500时, P-Δ效应的影响就不能忽视了。
2.1.3 刚性楼板假定。
许多高层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,简化了计算方法。
并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。
一般来说,对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。
但是,对于竖向刚度有突变的结构,楼板刚度较小,主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况,楼板变形的影响较大。
特别是对结构底部和顶部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。
2.1.4 计算图形的假定。
高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种:a.一维协同分析。
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组成的平面结构。
根据刚性楼板假定,同一楼面标高处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角相等的条件建立基本方程。
一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。
b.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,每层楼板有三个自由度u,v,θ(当考虑楼板翘曲是有四个自由度),楼面内各抗侧力构件的位移均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,用矩阵位移法求解。
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。
c.三维空间分析。
二维协同分析并没有考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调(竖向位移和转角的协调),而且,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筒体结构也是不妥当的。
三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度,按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲,有7个自由度。
2.2高层建筑结构静力分析方法
2.2.1 框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法很多,大都采用连梁连续化假定。
由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件,可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。
由于采用的未知量和考虑因素的不同,各种方法解答的具体形式亦不相同。
框架-剪力墙的机算方法,通常是将结构转化为等效壁式框架,采用杆系结构矩阵位移法求解。
2.2.2 剪力墙结构
剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。
单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。
不同类型的剪力墙,其截面应力分布也不同,计算内力与位移时需采用相应的计算方法。
剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法。
此法较为精确,而且对各类剪力墙都能适用。
但因其自由度较多,机时耗费较大,目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。
2.2.3 筒体结构
筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类:等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。
等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。
一种是只作几何分布上的连续化,以便用连续函数描述其内力;另一种是作几何和物理上的连续处理,将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板,以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。
具体应用有连续化微分方程解法、框筒近似解法、拟壳法、能量法、有限单元法、有限条法等。
等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件,以便应用适合杆系结构的方法来分析。
这一类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。
具体应用包括等代角柱法、展开平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子结构法。
比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系,其中应用最广的是空间杆-薄壁杆系矩阵位移法。
这种方法将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构。
空间梁柱每端节点有6个自由度。
核心筒或剪力墙的墙肢采用符拉索夫薄壁杆件理论分析,每端节点有7个自由度,比空间杆增加一个翘曲自由度,对应的内力是双弯矩。
三维空间分析精度较高,但它的未知量较多,计算量较大,在不引入其它假定时,每一楼层的总自由度数为6Nc+7Nw(Nc、Nw为柱及墙肢数目)。
通常均引入刚性楼板假定,并假定同一楼面上各薄壁柱的翘曲角相等,这样每一楼层总自由度数降为3(Nc+Nw)+4,这是目前工程上采用最多的计算模型。
3 结论
随着高层建筑进一步的发展,满足高层建筑的形式,材料,力学分析模型都将日趋复杂多元,为了革新高层建筑,体现其魅力,追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。
参考文献
[1] 梅洪元,付本臣.中国高层建筑创作理论发展研究,高层建筑与智能建筑国际学术研讨会,2002.
[2]覃力.高层建筑设计的一种倾向——大规模高层建筑的集群化和城市化,高层建筑与智能建筑国际学术研讨会,2002.。