高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究分析 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，城市高層建筑越來越多，這是一種發(fā)展趨勢。文章通過高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，闡述了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的體系，并對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞：高層建筑 方案設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)分析 Abstract: with Chinas rapid economic growth in the city, more and more high-rise buildings, which is a development trend. Through the design of high-rise building structure characteristic, elaborated the system structure design of high-rise building structure design, and analyzes the problems. Key words: high-rise building, scheme design, structure analysis : TU3 A 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，城市規(guī)劃用地日趨緊張，發(fā)展高層建筑是城市未來的趨勢。高層建筑堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)是隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的。如今建筑功能的的多樣化使人們提出了更多和更復(fù)雜的要求，出現(xiàn)了許多復(fù)雜的不規(guī)則的高層。在建筑行業(yè)內(nèi)部有些人員忽略了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本所在，有些設(shè)計(jì)人員過分依靠設(shè)計(jì)軟件，盲目的生搬硬套，造成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無法一次性完成。所以，本文對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算分析等問題深入的進(jìn)行一次分析探討，希 望能對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同行起到積極的作用。 1、高層結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) 現(xiàn)在許多建筑結(jié)構(gòu)工程師太多依賴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，對設(shè)計(jì)軟件的結(jié)果盲目的生搬硬套，結(jié)構(gòu)工程師對結(jié)構(gòu)的體系、結(jié)構(gòu)的布置符不符合規(guī)范，或者算出的信息和實(shí)際的情況是不是一致，是不是真實(shí)可靠都只是用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件來設(shè)計(jì)和計(jì)算，雖然能設(shè)計(jì)和計(jì)算出一個(gè)結(jié)果，但是這些的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果是需要設(shè)計(jì)師來判斷正確與否的，這就需要結(jié)構(gòu)工程師自身有較高的結(jié)構(gòu)水平、對軟件的深入了解以及對規(guī)范的熟悉程度。 在實(shí)踐中，設(shè)計(jì)人員的建筑設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是相互協(xié)調(diào)、相互影響的，在初步設(shè)計(jì)之前做的工程項(xiàng)目來設(shè)定一個(gè)總體方案是概念設(shè)計(jì)的目的，根據(jù)使用功能、設(shè)計(jì)意圖、現(xiàn)場的建筑條件、材料的來源以及業(yè)主對項(xiàng)目資金的使用等許多方面因素的要求，這樣對下一步的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)使用能做到又快又省力。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，比如設(shè)計(jì)施工比較復(fù)雜或者對施工技術(shù)要求比較高，投入資金又很大，加上地基結(jié)構(gòu)的特殊性，這樣結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)并不能帶來綜合經(jīng)濟(jì)效果的最優(yōu)化，例如在高層建筑的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工過程中，直接放坡不需要用支護(hù)來設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方案是比較經(jīng)濟(jì)的的方法，但是后果可能會出現(xiàn)深基 坑變形和變大，造成施工工期延長導(dǎo)致資金回報(bào)慢一些因素，第二，選擇一個(gè)適合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系也是要在建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)過程中解決好的問題。目前來說，高層建筑結(jié)構(gòu)體系分幾種類型： 剪力墻結(jié)構(gòu)； 框架結(jié)構(gòu)； 框架剪力墻結(jié)構(gòu) 框架核芯筒結(jié)構(gòu)； 筒中筒結(jié)構(gòu)；在這么多的結(jié)構(gòu)體系中，讓設(shè)計(jì)師們可供選擇一種或幾種結(jié)構(gòu)體系用來備選，在建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)時(shí)確定。透過建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算和各個(gè)方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定最為經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系。 2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 2.1、模型的計(jì)算 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之 一是結(jié)構(gòu)分析，通過計(jì)算來確定結(jié)構(gòu)在各種作用下的效應(yīng)，研究的結(jié)論要能說明和評估真實(shí)結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)作用下的效應(yīng)。結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)學(xué)和實(shí)用性是否科學(xué)合理都是通過結(jié)構(gòu)分析來確定的。結(jié)構(gòu)分析的重中之重都是在于通過模型的計(jì)算分析來確定的，它包含理論的計(jì)算、合理的選擇計(jì)算簡圖，這是研究分析結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和重點(diǎn)。 在實(shí)際中，不管模型分析是哪種，都無法完全精確的描述其真實(shí)的結(jié)構(gòu)，都是在實(shí)際的結(jié)構(gòu)中取一定程度的近似值。通常情況下，建立模型結(jié)構(gòu)分析時(shí)，都會用一些假定，比如結(jié)構(gòu)材料均質(zhì)連續(xù)都是假設(shè)的，這樣的假定對結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)性 能不會產(chǎn)出明顯的誤差，整體的性能的效應(yīng)都是主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件參與的。但是次要構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對性能的影響都是假定忽略了，就是說忽略了結(jié)構(gòu)中作用較小構(gòu)件的剛度，通過假定，根據(jù)構(gòu)件在結(jié)構(gòu)整體性能中應(yīng)發(fā)揮的作用來進(jìn)行確定是否能忽略，可以忽略相對和對主體影響較小的變形。 2.2、理論計(jì)算 建模是計(jì)算理論的一個(gè)重要組成部分，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究理論計(jì)算分為兩種： 線性理論； 非線性理論。其中以第一種線性理論比較成熟，是目前結(jié)構(gòu)工程師們對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)普遍運(yùn)用的一種計(jì)算理論。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的承載力狀態(tài)中，極限 和正常使用極限狀態(tài)都是普遍常用其中。非線性計(jì)算理論又分為兩種： 材料非線性； 幾何非線性；第一種是材料、構(gòu)件以及截面的本構(gòu)關(guān)系。比如荷載與位移，彎短與曲率，應(yīng)力與應(yīng)變等等都是非線性的，對于幾何非線性，通常都是結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生內(nèi)力的二階效應(yīng)造成荷載效應(yīng)與荷載之間出現(xiàn)的這種關(guān)系。 在選擇兩種計(jì)算理論的分析時(shí)還是要根據(jù)項(xiàng)目的具體情況而定，通常采用線性計(jì)算理論分析，因?yàn)樵谝话憬ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，使用其分析比較簡便。不過在遇到建筑結(jié)構(gòu)跨度大，或者超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，二階效應(yīng)會使結(jié)構(gòu)變形比較大，所以還是要采用非線性 計(jì)算分析。 2.3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，解析和數(shù)值是結(jié)構(gòu)分析時(shí)采用的兩種數(shù)學(xué)方法，通常簡單的結(jié)構(gòu)模型求解中適用于此方法，但是遇到建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一個(gè)數(shù)學(xué)模型不能被很多建筑結(jié)構(gòu)抽象成一個(gè)可以用連續(xù)函數(shù)表達(dá)，并且邊界條件也無法用連續(xù)函數(shù)表達(dá)的情形下，這樣就不能選擇運(yùn)用這個(gè)方法，所以在此情形下就要用數(shù)值法求解，數(shù)值法又分為有限條，有限單元，有限差分等方法，就目前來看，應(yīng)用較為廣泛是有限單元法，方法原理是將建筑結(jié)構(gòu)拆分一個(gè)有限單元組合體，這樣方便剖析真實(shí)的建筑結(jié)構(gòu)和模擬，一般情形 下可以模擬幾何形狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)解析，單元可以按照不同的連接方式組合在一起，但其本身有可以有不同的幾何形狀。在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師對于有限單元結(jié)構(gòu)分析的常用軟件有 ETABS，PKPM， SAP， ANSYS 等系列。 2.4、建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì) 建筑概念設(shè)計(jì)是在研究設(shè)計(jì)方案過程時(shí)，通過我們自身具備的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，選擇和布置好結(jié)構(gòu)體系，能準(zhǔn)確把握好其結(jié)構(gòu)特性，能保證在預(yù)期的范圍內(nèi)把結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)的各項(xiàng)作用下控制住，其中的內(nèi)容包含： 結(jié)構(gòu)選型， 結(jié)構(gòu)平面， 豎向布置， 結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度控制， 溫度作用考慮等。概念設(shè) 計(jì)是結(jié)構(gòu)工程師必須掌握也是很難完全掌握的能力之一，在普遍運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的今天，概念設(shè)計(jì)理念對于判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果的合理性，正確性有很大的作用。 2.5、建筑結(jié)構(gòu)總體布置 我們通過選擇合理的結(jié)構(gòu)體系以及較好的結(jié)構(gòu)布置，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理科學(xué)。往往完美的建筑設(shè)計(jì)方案的效果也都是需要結(jié)構(gòu)不斷的想辦法去實(shí)現(xiàn)的，但是有很多的建筑方案有時(shí)候會要求結(jié)構(gòu)犧牲安全性和經(jīng)濟(jì)性去達(dá)到建筑的美觀效果，我們應(yīng)該深入去分析結(jié)構(gòu)的安全性，原則性的問題絕對不能遷就建筑，以防止造成結(jié)構(gòu)功能和安全上的問題。結(jié)構(gòu)布置 要全面考慮以下幾個(gè)因素方面 : 、控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形 建筑的結(jié)構(gòu)一般都要同時(shí)承受豎向荷載、水平荷載。水平荷載會使側(cè)移隨結(jié)構(gòu)的高度增加而變大，因此，在水平荷載的作用下，如果建筑高度超出一定的范圍后，就會造成結(jié)構(gòu)發(fā)生過大側(cè)移和相對的位移，有時(shí)甚至?xí)?yán)重地破壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所以，我們要把控制側(cè)向位移作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)來解決，一般情況下，要以限制結(jié)構(gòu)的高度和高寬比為控制手段。 、平面布置 平面布置的選擇主要是根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況來確定，如果是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元， 則采用形狀較為簡單，而且要根據(jù)相對應(yīng)、相協(xié)調(diào)的原理，剛度和承載力分布要呈現(xiàn)出比較均勻的形狀。此外，根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的要求，高層建筑單個(gè)的結(jié)構(gòu)單元長度要控制在一定的范圍內(nèi)，不能太長，否則在發(fā)生地震時(shí)，結(jié)構(gòu)的兩端可能會出現(xiàn)反相位的振動(dòng)，這將會導(dǎo)致建筑被過早地破壞，同時(shí)威脅到人們的安全。 、豎向布置 為了避免過大的外挑和內(nèi)收，結(jié)構(gòu)的豎向布置應(yīng)遵循形體規(guī)則、剛度和強(qiáng)度沿高度均勻分布的原則，而在同一層的樓面，要設(shè)在統(tǒng)一標(biāo)高處以防止錯(cuò)層和局部夾層的情況出現(xiàn)。而在面對高層建筑時(shí)，還要注意解決結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng) 度發(fā)生變化的情況，對于這種情況，應(yīng)逐漸變化。 、縫的設(shè)置和構(gòu)造 建筑結(jié)構(gòu)的總體布置應(yīng)該要考慮到沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜對結(jié)構(gòu)帶來的不利影響?？梢岳贸两悼p、伸縮縫或防震纏把結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)獨(dú)立單元，以消除沉降差、溫度應(yīng)力和形體復(fù)雜對結(jié)構(gòu)的不利影響。但如果設(shè)縫，就會對建筑的使用要求、立面效果、防水處理帶來不便。因此，在設(shè)縫上必須要謹(jǐn)慎對待，盡量能從總體布置上或構(gòu)造上采取其他有效的措施來減少沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜引起的問題。 三、小結(jié) 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜 、漫長、重復(fù)的過程，如果不想讓整個(gè)設(shè)計(jì)過程中變得更復(fù)雜或者設(shè)計(jì)出的結(jié)果造成不安全的因素都必須要仔細(xì)和有耐心，不能出現(xiàn)遺漏和錯(cuò)誤?？傊?，作為結(jié)構(gòu)工程師，我們要從自身做起，要求自己嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，有時(shí)候也要拒絕和不能妥協(xié)業(yè)主方、投資方提出的無理要求而進(jìn)行違規(guī)操作設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)任、認(rèn)真的工作態(tài)度加上日積月累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)都是成為優(yōu)秀設(shè)計(jì)師的結(jié)構(gòu)工程師，只有在不斷學(xué)習(xí)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對我們自己設(shè)計(jì)的每一個(gè)項(xiàng)目做到負(fù)責(zé)任的精益求精，才能真正把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做好，成為一個(gè)優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)工程師。 參考文獻(xiàn)： 1中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（ GB50009-2001） S北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2001. 2中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（ JGJ3-2002） S.北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2002. 3李玉民淺談超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題 M北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2005. 閱讀相關(guān)文檔 :農(nóng)村公路橋梁養(yǎng)護(hù)和管理的對策分析 道橋工程之混凝土橋梁工程施工技術(shù) 景觀棧道設(shè)計(jì)與自然空間營造 如何在西北寒冷地區(qū)冬季進(jìn)行房屋 建筑 淺析我國高速公路橋梁施工技術(shù) 芻議市政道路施工中排水設(shè)計(jì)與具體策略 淺析節(jié)地技術(shù)在高速公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 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