淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉剛

（身份證號(hào)：133029198106101514）

淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉剛

（身份證號(hào)：133029198106101514）

本文主要對(duì)高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。

高層；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)分析

1 高層住宅結(jié)構(gòu)分析

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中主要把握以下幾個(gè)方面：

（1）水平荷載成為控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素。結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度的關(guān)系，除軸向力與高度成正比之外，彎矩和位移隨高度都呈指數(shù)曲線上升，因此，隨著高度的增加，水平荷載將成為主要控制因素。水平力作用下結(jié)構(gòu)是否優(yōu)化，材料用量將有很大差別。

（2）在抗震地區(qū)，隨著層數(shù)的增加，地震作用對(duì)高層建筑危害的可能性也比對(duì)多層建筑大，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)受到加倍重視，工程位于抗震區(qū)，無(wú)需進(jìn)行地震作用計(jì)算，仍需要考慮抗震的構(gòu)造措施。

（3）結(jié)構(gòu)側(cè)向位移成為控制指標(biāo)。與多層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而應(yīng)將結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移控制在某一限度之內(nèi)。

（4）軸向變形不容忽視。高層建筑中豎向荷載數(shù)值很大，使得柱產(chǎn)生較大的軸向變形，從而會(huì)使得連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大。軸向變形還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，需要根據(jù)軸向變形的計(jì)算值調(diào)整下料長(zhǎng)度。另外軸向變形也會(huì)對(duì)構(gòu)件的剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，如不考慮構(gòu)件豎向變形將會(huì)得出偏于不安全的計(jì)算結(jié)果。

（5）結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)。相對(duì)于多層建筑而言，高層建筑更柔一些，在地震作用下的變形會(huì)更大一些。為了避免結(jié)構(gòu)傾覆倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取合理措施，使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，即保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

2 結(jié)構(gòu)分析的基本原則

2.1 整體參數(shù)的設(shè)定

開始結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，首先需要根據(jù)規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊(cè)對(duì)參數(shù)意義的描述，以及工程的實(shí)際情況，準(zhǔn)確設(shè)置軟件的初始計(jì)算參數(shù)。其中有幾個(gè)關(guān)系到整體計(jì)算結(jié)果的參數(shù)，必須事先確定其合理取值，才能保證后續(xù)計(jì)算結(jié)果的正確性。

2.2 結(jié)構(gòu)體系的合理性分析

（1）周期比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)。周期比是結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期之比。限定周期比的目的是使抗側(cè)力的構(gòu)件的平面布置更有效更合理，使結(jié)構(gòu)不至于出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)。也就是說，限定周期比是使得結(jié)構(gòu)承載布局合理。

（2）層間位移比（位移比）是控制結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性的重要指標(biāo)。位移比為最大層間位移與平均層間位移的比值。在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高規(guī)》中均對(duì)位移比的限值作了明確的規(guī)定。

（3）剛度比是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。根據(jù)《抗震規(guī)范》和《高規(guī)》的要求，軟件分別提供了地震剪力與地震層間位移比，剪切剛度和剪彎剛度的計(jì)算方法。地震剪力與地震層間位移比可用于判斷地下室頂板能否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及對(duì)地下室嵌固條件的判定。剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

（4）剛重比是控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。剛重比是結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比。它既是控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要因素，也是影響重力二階效應(yīng)的主要參數(shù)。

（5）剪重比是抗震設(shè)計(jì)中非常重要的參數(shù)。剪重比是樓層剪力與其上各層重力荷載代表值之和的比值。

2.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）軟件對(duì)混凝土梁計(jì)算顯示超筋信息有四種情況。①當(dāng)梁的彎矩設(shè)計(jì)值M大于梁的極限承載彎矩Mu時(shí)，提示超筋。②在四級(jí)抗震及非抗震時(shí)混凝土截面受壓區(qū)相對(duì)高度ξ>φ，二、三級(jí)抗震時(shí)ξ>0.35（計(jì)算時(shí)取AS=0.3AS），一級(jí)抗震時(shí)ξ>0.25（計(jì)算時(shí)取As’=0.5AS），提示超筋。③當(dāng)大于《抗震規(guī)范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%時(shí)，提示超筋。④混凝土梁斜截面計(jì)算結(jié)果不滿足最小截面的要求時(shí)，則提示超筋。

（2）剪力墻超筋的情況。①剪力墻暗柱超筋。軟件中設(shè)定的暗柱最大配筋率是4%，而各規(guī)范以邊緣構(gòu)件方式給出了剪力墻主筋的配筋面積，沒有最大配筋率。所以當(dāng)程序給出剪力墻超筋的警告信息時(shí)，可以酌情考慮；②當(dāng)剪力墻水平筋超筋時(shí)則說明該結(jié)構(gòu)抗剪承載力不夠，應(yīng)予以調(diào)整；③當(dāng)剪力墻連梁超筋時(shí)，通常表明其在水平地震力作用下抗剪承載力不夠。規(guī)范中允許在地震作用下對(duì)剪力墻連梁的剛度進(jìn)行折減，折減后的剪力墻連梁在都會(huì)出現(xiàn)塑性變形，即開裂。但在進(jìn)行剪力墻連梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮其配筋是否滿彈性變形時(shí)承載力的要求。

（3）柱的軸壓比計(jì)算。軟件在計(jì)算考慮地震作用下柱的軸壓比時(shí)，采用的是地震作用組合下的的柱軸力設(shè)計(jì)值；軟件在不考慮地震作用下柱的軸壓比時(shí)，采取的是非地震作用組合下的柱軸力設(shè)計(jì)值。因此對(duì)于同一個(gè)工程，考慮地震力和不考慮地震力時(shí)柱的軸壓比計(jì)算結(jié)果會(huì)不一樣。

（4）剪力墻的軸壓比計(jì)算。為了保證結(jié)構(gòu)在地震力作用下的延性，新的《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對(duì)剪力墻的軸壓比均作了限制。需要指出的是，軟件是按單向計(jì)算短肢剪力墻的軸壓比時(shí)，與《高規(guī)》中規(guī)定按雙向計(jì)算短肢剪力墻的軸壓比有所不同。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，依據(jù)規(guī)范和整體計(jì)算結(jié)果，針對(duì)工程的具體情況，在設(shè)計(jì)中采取針對(duì)性技術(shù)措施對(duì)薄弱環(huán)節(jié)予以了加強(qiáng)，故此得出，工程結(jié)構(gòu)布置合理、技術(shù)可行，各項(xiàng)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

TU973

A

1673-0038（2015）33-0026-01

2015-7-25