第高層建筑結(jié)構(gòu)考試重點(diǎn)【淺談現(xiàn)代高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)】

摘要：本文論述了現(xiàn)代高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并指出了在現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需注意的問題及需控制的主要指標(biāo)，為設(shè)計(jì)的同行進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)指標(biāo)

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，城市人口逐漸增多，可利用的土地資源越來越少，勢必會(huì)使建筑往高空延伸，高層建筑逐漸成為衡量一個(gè)城市發(fā)展的軟指標(biāo)，因此，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。結(jié)構(gòu)工程師在高層設(shè)計(jì)中如何把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，直接影響到整體結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性及合理性。

1概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)一般指對難以作出精確理性分析或規(guī)范中難以規(guī)定的問題，不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，而是依據(jù)簡化力學(xué)模型、分析結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理以及日常工程實(shí)際所積累的經(jīng)驗(yàn)，從整體角度來確定結(jié)構(gòu)的總體布置和對抗震細(xì)部的宏觀控制。其主要內(nèi)容如下：

1.1結(jié)構(gòu)規(guī)則性

結(jié)構(gòu)的平面布置宜簡單、規(guī)則、對稱，使得建筑物質(zhì)量分布均勻和結(jié)構(gòu)剛度協(xié)調(diào)，平面規(guī)則的結(jié)構(gòu)受力明確、傳力簡潔，具有良好的整體性。實(shí)際上，由于建筑外形及使用上的要求，要做到平面規(guī)則是比較困難的。對此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對整個(gè)結(jié)構(gòu)模型要有宏觀的把握，進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時(shí)使剛心與質(zhì)心盡量重合，減小因偏心而引起的扭轉(zhuǎn)。

結(jié)構(gòu)豎向布置應(yīng)使體型規(guī)則、均勻，結(jié)構(gòu)的剛度及承載力和傳力途徑?jīng)]有太大的變化，避免有較大的外挑或內(nèi)收，避免側(cè)向剛度和承載力的突變面形成薄弱層。

1.2結(jié)構(gòu)延性

結(jié)構(gòu)延性是指結(jié)構(gòu)吸收地震能量后的變形能力。結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)是高層結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。結(jié)構(gòu)主要靠延性來抵抗地震作用產(chǎn)生的非彈性變形。延性后的結(jié)構(gòu)吸收地震能量后，出現(xiàn)塑性鉸，從而引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布，以繼續(xù)抵抗地震的作用。這就要求結(jié)構(gòu)滿足“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則。控制豎向構(gòu)件的軸壓比對結(jié)構(gòu)的延性至關(guān)重要，軸壓比的大小反映出結(jié)構(gòu)延性的好壞。軸壓比越小，結(jié)構(gòu)的延性越好，但會(huì)增加建筑成本。把軸壓比控制在一個(gè)合理的范隔內(nèi)，既能保證結(jié)構(gòu)的延性，也能節(jié)約成本。

2結(jié)構(gòu)選型

高層結(jié)構(gòu)常見的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)等。

2.1框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)是梁和柱通過節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的承載結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由于其平面布置的靈活性，使得建筑獲得較大的使用空間，能滿足較多的功能要求。但是框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小，在風(fēng)荷載或水平地震荷載作用下，結(jié)構(gòu)的整體位移和層間位移都較大。隨著建筑高度的增加，框架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和安全性均存在不合理的問題，因此在使用層數(shù)上受到了限制。

2.2剪力墻結(jié)構(gòu)

在剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻承受全部的垂直荷載和水平力。剪力墻結(jié)構(gòu)相對于框架結(jié)構(gòu)而言，具有良好的側(cè)向剛度和規(guī)整的平面布置，空間整體性好，水平位移和層間位移小，有一定延性，傳力直接、均勻，對抵抗水平荷載作用十分有利。但剪力墻體系的平面布置靈活性差，使用上受到很大的限制，適用范圍小。

2.3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗側(cè)剛度滿足不了要求時(shí)，往往需要在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾靡恍┘袅?，通過剪力墻和框架柱共同抵抗水平荷載的作用，這種結(jié)構(gòu)稱為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)既具有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點(diǎn)，又有較大的剛度和較強(qiáng)的延性。

2.4筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)主要包括單筒體-框架、筒中筒、多束筒等形式，能滿足更多層數(shù)的要求，常見用于超高層結(jié)構(gòu)中。筒體結(jié)構(gòu)具有很大的剛度和強(qiáng)度，受力合理，在平面布置及滿足功能使用上有明顯的優(yōu)勢。隨著建筑往更多層數(shù)方向發(fā)展，這種結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

3埋深及嵌固端

高層建筑基礎(chǔ)要求具有一定的埋置深度.其目的是為了保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，減弱震害。確定基礎(chǔ)埋深時(shí)，應(yīng)綜合考慮建筑物的高度、體型、地基土以及設(shè)防烈度等因素?；A(chǔ)埋深一般從室外地坪算至基礎(chǔ)底面或承臺(tái)底面?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3―2002)》(以下簡稱《高規(guī))規(guī)定基礎(chǔ)埋深需滿足以下2條規(guī)定：（1）天然地基或復(fù)合地基可取房屋高度的1／15；（2）樁基礎(chǔ)可取房屋高度的l/l8。

正確選定結(jié)構(gòu)嵌固端是結(jié)構(gòu)計(jì)算模式中的一個(gè)重要假定，它關(guān)系到結(jié)構(gòu)某些構(gòu)件內(nèi)力分配的正確性、影響結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移的真實(shí)性以及結(jié)構(gòu)局部的經(jīng)濟(jì)性：當(dāng)高層建筑設(shè)有地下室時(shí)，若地下室全埋于土中，地基土對地下室有明顯的約束作用，則可將地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌同端；若地下室半埋于土中或是開敞式地下室，則需計(jì)算地下室結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度是否大于或等于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍。當(dāng)滿足此條件時(shí)，則可將地下室頂板作為嵌固端。當(dāng)高層建筑不設(shè)有地下室時(shí)，可將基礎(chǔ)面作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，還須在縱橫2個(gè)方向設(shè)基礎(chǔ)粱加以連接。

4主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

在結(jié)構(gòu)整體性能設(shè)計(jì)中，應(yīng)對以下主要設(shè)計(jì)指標(biāo)加以控制。

4.1位移比

位移比是判斷結(jié)構(gòu)平面是否規(guī)則的重要依據(jù)?！陡咭?guī)》規(guī)定：在考慮偶然偏心影響地震作用下，A級(jí)高度高層建筑的位移比不宜大于1.2，不應(yīng)大于1.5；B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)、復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)的位移比不宜大于1.2，不應(yīng)大于1.4。

4.2周期比

周期比為以結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期T1與以平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比。限制周期比是為了控制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱。可通過調(diào)整抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置，減弱內(nèi)筒的剛度，增加結(jié)構(gòu)周圈構(gòu)件的剛度等措施來增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度?！陡咭?guī)》規(guī)定：A級(jí)高度高層建筑的周期比不應(yīng)大于0.9；B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)、復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)的位移比不應(yīng)大于0.85。

4.3剛度比

剛度比指結(jié)構(gòu)豎向不同樓層的側(cè)向剛度的比值，調(diào)整該值主要為了控制高層結(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層。《高規(guī)》規(guī)定：高層建筑結(jié)構(gòu)其樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70％或其上相鄰3層側(cè)向剛度平均值的80％。

4.4剛重比

剛重比是結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比。它是控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的重要指標(biāo)，是影響重力二階效應(yīng)的主要參數(shù)通過對結(jié)構(gòu)剛重比進(jìn)行控制，可使高層建筑滿足穩(wěn)定性要求。

4.5軸壓比

軸壓比指針對柱(墻)考慮地震作用組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱(墻)的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的比值。它是影響墻柱抗震性能的主要因素之一，是保證豎向構(gòu)件具有良好延