關(guān)于力學(xué)在建筑工程中的應(yīng)用研究

戴子薇

摘 要：隨著當(dāng)今建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，力學(xué)在建筑結(jié)構(gòu)中起到了至關(guān)重要的作用。其中包括：剪刀墻結(jié)構(gòu)的受力以及CFD建筑結(jié)構(gòu)的受力，筆者在此進(jìn)行了詳細(xì)分析，以便于提供可參考性的依據(jù)。

關(guān)鍵字：建筑行業(yè)；剪刀墻；CFD結(jié)構(gòu)；受力分析；

文章編號(hào)：1674-3520（2015）-02-00-01

引言

原有建筑行業(yè)在剪刀墻與框架搭配上存有一定的缺陷，沒(méi)有考慮到剪刀墻的承受作用力的大小對(duì)墻體形變的影響。其次風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)承載力的影響也沒(méi)有進(jìn)行針對(duì)性的防護(hù)改善。現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)模式對(duì)建筑力學(xué)進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)分析，無(wú)論是從防震方面還是在承載力層面上都有了顯著改善。

一、當(dāng)前建筑受力類型結(jié)構(gòu)分析

（一）剪刀墻結(jié)構(gòu)的受力分析

建筑結(jié)構(gòu)中的剪刀墻主要是在建筑群體框架中插入一定數(shù)量的剪刀墻體，這種墻體在保證具有足夠的承載壓力后，滿足建筑施工工程中不同使用性能的需求。剪刀墻的受力部分主要是由兩種結(jié)構(gòu)組成，包括：建筑群體框架和剪刀墻抗側(cè)力結(jié)構(gòu)部分，剪刀墻的承載能力與一般墻體承載能力不同。建筑下層的剪刀墻主要承受水平方向的墻體剪力，而建筑上層部位的剪刀墻主要承載負(fù)剪力，上下層剪刀墻的剪刀力如下表1所示。根據(jù)現(xiàn)有剪刀墻受力結(jié)構(gòu)，上層剪刀墻的承載力遠(yuǎn)小于下層剪刀墻的承載范圍，但過(guò)度集中的框架也會(huì)產(chǎn)生較大的剪力。

（二）CFD建筑結(jié)構(gòu)受力分析

CFD主要考慮鋼結(jié)構(gòu)的建筑承載范圍，對(duì)于沒(méi)有涂料的普通鋼結(jié)構(gòu)耐火極限一般小于15min。但現(xiàn)有建筑模式考慮建筑鋼結(jié)構(gòu)的承載防火能力大于15min，這便要求現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)部件對(duì)自振周期以及建筑房屋的高寬比例有一定的限制，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB50009-2001制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的自振周期T>0.2s，建筑群體高度>28m，寬度>16m時(shí)，需要考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)承載力的影響。例如：某建設(shè)單位規(guī)劃建設(shè)一棟高度為190m的大樓，并且離地面高度85m位置處，設(shè)置一高18.7m，寬16.4m的通風(fēng)口。這種建筑類考慮到風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)承載力的影響。假設(shè)縮小通風(fēng)口的通風(fēng)面積，便會(huì)增大建筑單位面積內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，當(dāng)壓強(qiáng)承載能力難以抵制單位面積內(nèi)的氣體壓強(qiáng)時(shí)，便會(huì)使建筑群體發(fā)生形變，所以這種建筑群體結(jié)構(gòu)，不但減少了建筑群體結(jié)構(gòu)的承載力，并且也優(yōu)化了建筑群體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

二、框架剪刀墻的受力形變性能

框架剪刀墻布局有三種形式，分別是：框架與剪刀墻獨(dú)立設(shè)置、剪刀墻嵌入至框架內(nèi)、二種模式相互結(jié)合。框架與剪刀墻獨(dú)立設(shè)置時(shí)，剪刀墻的承載力比框架高出很多，當(dāng)小于承載范圍時(shí)其結(jié)構(gòu)便會(huì)出現(xiàn)減彎型。剪刀墻屬于彎曲變形，而框架屬于剪切變形。在較強(qiáng)剛度樓板壓力下，兩者之間相互協(xié)調(diào)，但對(duì)于剪刀墻的剛度值變化有一定的比例限制。具體如圖1所示，當(dāng)呈現(xiàn)曲線變化時(shí)，樓層高度達(dá)到8時(shí)，要求剪刀墻剛度變化曲率為0.2。當(dāng)呈現(xiàn)折線變化時(shí)，樓層高度達(dá)到12時(shí)，要求剪刀墻剛度變化曲率為0.2。當(dāng)剪刀墻嵌入至框架內(nèi)時(shí)，剪刀墻的承載范圍便會(huì)有所下降，大部分承載力都是有框架負(fù)荷。當(dāng)剛度值達(dá)到2-5.5范圍時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)的形變便會(huì)發(fā)生變化，出現(xiàn)下部為減彎型、上部為彎曲型。

二種模式相互結(jié)合需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，首先建筑群體構(gòu)造均勻，各個(gè)樓層之間的質(zhì)心與相重合，這樣框架與剪刀墻的水平位移相同。假設(shè)建筑群體自身平面的構(gòu)件剛度無(wú)限大時(shí)，這樣對(duì)框架與剪刀墻的水平位移沒(méi)有太大關(guān)聯(lián)，不用考慮其他其他結(jié)構(gòu)對(duì)剛度的外在影響。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)力學(xué)在建筑工程中的應(yīng)用研究，使得筆者對(duì)建筑力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了更為深知的了解。這種模式的建立改善了原有的建筑特性，并且也保證了當(dāng)今建筑施工的質(zhì)量，有利于建筑行業(yè)朝向全面發(fā)展。

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