有關(guān)高層樓房建筑設(shè)計(jì)問題分析

中圖分類號：TU972 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1008-925X(2011)09-0077-01

【摘要】

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，高層建筑受到更多人的關(guān)注，當(dāng)高層建筑的層數(shù)和高度增加到一定程度時(shí)，它的功能適用性、技術(shù)合理性和經(jīng)濟(jì)可行性都將發(fā)生質(zhì)的變化。與多層建筑相比，在設(shè)計(jì)上、技術(shù)上都有許多新的問題需要加以考慮和解決。文章對影響高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各因素進(jìn)行了深入的分析與探討，為高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì)要點(diǎn)框架結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

近年來，隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和都市化進(jìn)程的加快，高層建筑出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展。當(dāng)前土地資源緊缺，而高層建筑占地更少，可以節(jié)省更多空間進(jìn)行綠化，并改善城市環(huán)境，使得我國高層建筑發(fā)展已成為城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，但高層建筑在給城市帶來繁華的同時(shí)，在運(yùn)行過程中也耗費(fèi)大量的能源并排出大量的廢棄物，同時(shí)也存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣、人員密集、施救困難等諸多問題，如何科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)高層建筑已成為一個(gè)重要課題。各國的大城市建設(shè)部門，都在不斷地對已經(jīng)出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行全面研究，采取改進(jìn)措施。在建筑設(shè)計(jì)方面，對高層建筑帶來的日照陰影和電磁波干擾的影響，對體量高大突出的建筑造型風(fēng)貌和城市空間天際線的藝術(shù)效果，以及高層建筑群大量集中的人口對城市供應(yīng)和交通的影響等多種問題，采取新的科學(xué)分析和研究步驟，以求得最佳設(shè)計(jì)方案。

1 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

1.1框架-剪力墻體系。

當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時(shí)，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時(shí)，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系，在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。框架-剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型-剪力墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時(shí)框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

1.2剪力墻體系。

當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時(shí)，即形成剪力墻體系，在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架一剪力墻體系。

2高層建筑的具體結(jié)構(gòu)分析

高層建筑結(jié)構(gòu)主要是豎向抗側(cè)力構(gòu)件經(jīng)過水平樓板連接組成的大型空間結(jié)構(gòu)體系，對其需采取內(nèi)力、位移等方面的計(jì)算，在計(jì)算時(shí)需要從不同的程度進(jìn)行相關(guān)方的計(jì)算，并完善計(jì)算方式以取得理想的數(shù)據(jù)。當(dāng)前，對于結(jié)構(gòu)整體分析可進(jìn)行以下假定。

2.1剛性樓板方面。

在計(jì)算高層建筑的內(nèi)力與位移過程中通常假定樓板對自身平面內(nèi)是無限剛性，平面外剛度極小且排除在計(jì)算外，當(dāng)假定是剛性樓板時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中就需要運(yùn)用措施確保樓板平面內(nèi)的整體剛度。

2.2結(jié)構(gòu)材料方面。

線彈性對建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移假定時(shí)，一般想象成結(jié)構(gòu)與構(gòu)件處在彈性工作形勢下，根據(jù)彈性理論進(jìn)行研究，但框架梁及連梁等構(gòu)件需要對局部塑性變形引起的內(nèi)力重分布進(jìn)行研究，對計(jì)算地震環(huán)境下的建筑結(jié)構(gòu)的薄弱層變形時(shí)選擇彈塑性分析方法。算圖形方面高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計(jì)算圖形主要包括了：一維協(xié)同分析、二維協(xié)同分析、三維空間分析

2.3小變形方面。

在所有方法中是經(jīng)常運(yùn)用的基本假定。但專家們在研究非線性問題(P—△效應(yīng))后得出了新的結(jié)論，通常在頂點(diǎn)水平位移△與建筑物高度H的比值， △／H>1／500時(shí) 就應(yīng)該將P—△效應(yīng)考慮在計(jì)算內(nèi)。

3改進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的策略

城市現(xiàn)代化建設(shè)使得我國高層建筑不斷出現(xiàn)，并且由于人們的要求其建筑施工的需要使得建筑技術(shù)的難度也隨之增加，而高層建筑的側(cè)向位移迅速加快使得高層建筑在設(shè)計(jì)過程中除了需要保證良好的強(qiáng)度外，還必須具備足夠的剛度，這樣才能讓混凝土的結(jié)構(gòu)不斷完善，將水平力作用下的層位移限制在最小范圍內(nèi)。

3.1剪力墻設(shè)計(jì)。

高層建筑必須要具備良好的變形能力，要想在這一方面得到提高則應(yīng)當(dāng)采取措施防止剪切破壞，遇到一道截面較長的抗震墻時(shí)需要配合洞口布置弱連梁。讓墻體劃分成小開口墻、多肢墻，其而保證各個(gè)墻段的高寬比在2以上。建筑工程中的弱連梁需滿足地震時(shí)各層連梁的總約束彎矩小于該墻段總地震彎矩的20％；連梁狀況同樣需在標(biāo)準(zhǔn)狀況內(nèi)，這一刻防目前工程上實(shí)用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用 陛的計(jì)算方法。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況。但是在遭受地震或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生較大的位移進(jìn)入到彈塑性工作階段。此時(shí)仍按彈性方法計(jì)算內(nèi)力和位移時(shí)不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀態(tài)的應(yīng)按彈塑性動(dòng)力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2簡體結(jié)構(gòu)分析法。

筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計(jì)算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)巾的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化，以便用連續(xù)函數(shù)描述其內(nèi)力；另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應(yīng)用分析彈性薄板的各種有效方法 具體應(yīng)用有連續(xù)化微分方程解法、框筒近似解法、擬殼法、能量法、有限單元法、有限條法等。

等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法來分析 這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結(jié)構(gòu)法等。具體應(yīng)用包括等代角柱法、展開平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子結(jié)構(gòu)法法比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計(jì)算模型是完全按三維空間結(jié)構(gòu)來分析簡體結(jié)構(gòu)體系，其中應(yīng)用最廣的是空間桿一薄壁桿系矩陣位移法 這種方法將高層結(jié)構(gòu)體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空問桿系結(jié)構(gòu)，這是目前工程上采用最多的計(jì)算模型。

4 結(jié)語

建筑發(fā)展是一個(gè)高效化、集約化的綜合系統(tǒng)工程，建筑設(shè)計(jì)者必須從當(dāng)今經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢出發(fā)，建立一個(gè)宏觀的、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，合理確定建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)性措施和原則，這樣不僅滿足設(shè)計(jì)各類需求，同時(shí)改善人類的居住環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

［1］ 壬崇昌，高層建筑鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)分析［J］，城市建設(shè)，2010.2

［2］ 王冰，鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］，中國建筑，2009.19