高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移角限值控制策略探究

成純漢

摘要：目前，高層建筑逐漸成為城市發(fā)展的主要元素之一，其建造難度要高于普通建筑。由于高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工技術(shù)水平高，所以采取相應(yīng)的控制策略，以保障建筑的質(zhì)量和安全。本文從高層建筑結(jié)構(gòu)層間位移的角度出發(fā)，分析位移角限值的控制策略問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：高層建筑；層間位移；角限值控制

中圖分類號(hào)：TU973.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3024（2016）08-164-01

前言

相對(duì)于普通建筑來(lái)說(shuō)，高層建筑具有層數(shù)多，難度大等問(wèn)題。為了保證建筑的必要?jiǎng)偠龋瑧?yīng)該對(duì)層間位移角進(jìn)行限值。層間位移角限值主要為構(gòu)件截面、剛度等大小。在正常情況下，層間位移角限值的目的為：保持主要結(jié)構(gòu)的彈性受力情況。相對(duì)于混凝土解雇來(lái)說(shuō)，其可以避免出現(xiàn)混凝土墻，或者混凝土柱子出現(xiàn)裂縫。同時(shí)，層間位移角限值可以將裂縫數(shù)、寬度和高度控制在允許范圍內(nèi)；層間位移角限值保證填充墻、隔墻和幕墻的非結(jié)構(gòu)構(gòu)建完整，避免出現(xiàn)明顯的損傷。因此。層間位移角限值不僅保證建筑結(jié)構(gòu)、非解耦股的安全，也實(shí)現(xiàn)了高層建筑的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。

1相鄰高層樓層間側(cè)向剛度關(guān)系

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)不僅具有良好的承載力，而且組件結(jié)構(gòu)要具有足夠的抗側(cè)向力的剛度。這樣建筑結(jié)構(gòu)在水平力作用下，就會(huì)產(chǎn)生側(cè)向位移處于限制規(guī)定的范圍內(nèi)，高層規(guī)范對(duì)于相鄰高層樓層側(cè)向剛度的限制如下：

（1）高層建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度>相鄰樓層側(cè)向剛度的70%，或者相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%。

（2）A級(jí)高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，要承擔(dān)上一層受剪承載力的65-80%；B級(jí)高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，要承擔(dān)上一層受剪承載力的75-100%，上述分析可知，為了保證建筑結(jié)構(gòu)剛度自上而下地均勻變化，而不出現(xiàn)各層剛度突變，需要控制相鄰樓層的側(cè)向剛度比，以及相鄰樓層的受剪承載力比。目前，我國(guó)建筑行業(yè)執(zhí)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010），上述規(guī)范中有關(guān)變形驗(yàn)算的章節(jié)對(duì)最大層間位移角控制進(jìn)行詳細(xì)闡述。然而，在高層建筑結(jié)構(gòu)位移角限值方面，卻無(wú)明確規(guī)定。實(shí)施上，位移角限值指高層受力作用發(fā)生位移，為了控制層間非結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)構(gòu)建變形的一項(xiàng)重要指標(biāo)。即：高層縱向構(gòu)件剪切發(fā)生變形，引起的高層位移；高層樓層縱向構(gòu)件出現(xiàn)彎曲變形，引起的高層位移；下一樓層縱向構(gòu)件彎曲變形，導(dǎo)致的層間位移。上述三種位移中。1、2兩種位移，主要是由建筑構(gòu)建自身變形引起。導(dǎo)致建筑構(gòu)建出現(xiàn)破壞，又稱為有害位移。高層建筑結(jié)構(gòu)在水平作用喜愛(ài)，剪切型縱向構(gòu)建會(huì)出現(xiàn)一定的層間位移，即構(gòu)建自身剪切變形發(fā)生側(cè)向位移。構(gòu)建彎曲引起的樓層側(cè)移包括：縱向構(gòu)建彎曲引起的層間位移，下一層樓層傾斜引起的位移。由于下層樓層整體出現(xiàn)傾斜，就會(huì)引起層間位移。如果高層除P-△效應(yīng)外，樓層結(jié)構(gòu)并未產(chǎn)生直接破話，即為無(wú)害位移。

2層間位移角限值的必要性

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，側(cè)向剛度對(duì)高層產(chǎn)生主要影響，導(dǎo)致其出現(xiàn)層間位移。高層建筑應(yīng)該具備足夠剛度，防止由于風(fēng)力、地震等外力作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性破壞，諸如，開(kāi)裂、破壞、傾覆、次要結(jié)構(gòu)和裝飾性破壞等。在極限狀態(tài)下，高層結(jié)構(gòu)要進(jìn)行位移角限值控制，防止出現(xiàn)顯著附加彎矩。導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)坍塌。在建筑物正常極限狀態(tài)下，首選要將位移控制在一定范圍內(nèi)，允許出現(xiàn)非結(jié)構(gòu)性位移；其次，防止外界沖擊力對(duì)建筑剛度造成影響，應(yīng)該避免將符合再分配給非承重結(jié)構(gòu)，諸如，填充墻、圍護(hù)墻，以及玻璃幕墻等。

3層間位移角限值控制對(duì)策

3.1合理布置剪力墻

在高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻在布置數(shù)量方面，要滿足相應(yīng)強(qiáng)度。而且，高層建筑構(gòu)建要擁有足夠的剛度，保證構(gòu)建可以抵御大風(fēng)、地震等外力，防止出現(xiàn)相應(yīng)位移。因此，在高層剪力墻的數(shù)量方面控制，直接影響到建筑構(gòu)建結(jié)構(gòu)的安全，以及建筑整體的工程造價(jià)。如果剪力墻的布置數(shù)量過(guò)多，就會(huì)出現(xiàn)建筑定點(diǎn)位移，或者建筑層間位移。雖然上述位移十分微小，但會(huì)給建筑的使用功能造成不便，而且會(huì)吸收較大外力，增加建筑結(jié)構(gòu)性自重。因此，高層建筑中剪力墻的數(shù)量要合理，否則會(huì)影響位移角限值控制。

3.2選擇合理的剛度

高層建筑中的剛性和、柔性屬于一對(duì)矛盾體，都是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的兩個(gè)指標(biāo)。現(xiàn)代建筑中，人們對(duì)建筑的要求越來(lái)越高，特別是外觀和功能方面。高層建筑匯總各個(gè)樓層間的剛度是沿著高度的增加而減少，部分時(shí)候會(huì)出現(xiàn)突變，這就要求對(duì)相鄰兩層間的剛度比進(jìn)行相應(yīng)限制。剛度限制包括：層剪切剛度Ksi，即第i層層頂會(huì)在單位面積上產(chǎn)生水平位移力：抗彎剛度Kfi，即第i層層頂會(huì)在單位面積上產(chǎn)生轉(zhuǎn)角所需施加的彎矩。相對(duì)來(lái)說(shuō)，抗彎剛度Kfi的計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，所以要用層剪切剛度來(lái)近似表達(dá)結(jié)構(gòu)層剛度。

3.3選擇適宜自振周期

實(shí)踐調(diào)查顯示：高層建筑不僅要考慮結(jié)構(gòu)體系選擇，而且要選擇相應(yīng)的材料，以此滿足土地的卓越周期要求，假設(shè)建筑結(jié)構(gòu)自振周期與場(chǎng)地的卓越周期相一致，就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的地震反應(yīng)，因此，在高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮結(jié)構(gòu)自振周期與土地卓越周期之間的關(guān)系，避免出現(xiàn)兩者的共振。在結(jié)構(gòu)建筑位移角限值過(guò)程中，運(yùn)用簡(jiǎn)單的計(jì)算公式，獲得建筑結(jié)構(gòu)的適應(yīng)自振周期，對(duì)于控制位移角限值具有非常重要的意義。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高層建筑的結(jié)構(gòu)位移角限值控制，就是做好剪力墻的結(jié)構(gòu)加固，選擇適合的結(jié)構(gòu)剛度。本文從高層建筑結(jié)構(gòu)位移出發(fā)，分析位移角限值的控制方，法，旨在提高設(shè)計(jì)、施工人員的技術(shù)水平，保證建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。