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高層建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計特征及問題論文
我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展與激烈化商業(yè)競爭，促使了高層建筑的出現(xiàn)和發(fā)展。隨著高層建筑規(guī)模的不斷擴大，建筑高度的不斷增加，其結(jié)構(gòu)體系越來越多樣化，建筑功能及類型也越來越復(fù)雜，這就給高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了新的饑遇與挑戰(zhàn)。
1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點
1．1水平荷栽成為決定因素
水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，與樓房高度的兩次方成正比，高層建筑樓面使用荷載和樓房自重在豎構(gòu)件中所引起的彎矩和軸力的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比。對某一定高度樓房來說，它的豎向荷載大體上是定值，但是其水平荷載卻不是定值，它隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度變化。
1．2結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)
與底層建筑相比，在地震作用下高層建筑的結(jié)構(gòu)的變形會更大一些。為了避免高層建筑倒塌，使其具有較強的變形能力，特別需要在其構(gòu)造設(shè)計上采取一定的措施，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
1．3軸向變形不容忽視
在高層建筑中，因為其豎向荷載很大，所以它能夠在柱中引起較大的軸向變形，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；此外它還會對預(yù)測構(gòu)件的下料長度、構(gòu)件剪力和側(cè)移等產(chǎn)生影響。
1．4側(cè)移成為控制指標(biāo)
與底層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形隨著建筑高度的增加而增大，與建筑高度的四次方成正比。因此，在水平荷載作用下，應(yīng)將結(jié)構(gòu)的側(cè)移控制在一定的限度范圍內(nèi)。
2高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
目前高層建筑的結(jié)構(gòu)體系主要有三種：框架一剪力墻體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、筒體體系，其優(yōu)缺點見表1。
3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的問題
3．1結(jié)構(gòu)選型中常見的問題
3．1．1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題
與舊規(guī)范相比，新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件，而且新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案”。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師在設(shè)計上要嚴(yán)格遵守新規(guī)范的要求，避免不必要的麻煩。
3．1．2嵌固端的設(shè)置問題
由于高層建筑一般都帶有人防和地下室，嵌固端有可能設(shè)置在人防頂板，也可能設(shè)置在地下室頂板等位置。在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的問題，比如：結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(shè)置、嵌固端上下層抗震等級的一致性、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端樓板的設(shè)計等，然而忽略其中任一方面都會對后期設(shè)計工作埋下安全隱患。
3．1．3結(jié)構(gòu)的超高問題
隨著建筑物高度的增加，導(dǎo)致了很多影響因素的有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，發(fā)生了質(zhì)變，比如力學(xué)模型選取、材料性能、延性要求、荷載取值、安全指標(biāo)等，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師在設(shè)計的過程對該項控制因素應(yīng)該嚴(yán)格注意。
3．2結(jié)構(gòu)分析與計算中常見的問題
3．2．1結(jié)構(gòu)整體計算的軟件選擇
目前比較通用的計算軟件有ETABS、SAP、TBSA、TAT、SATWE等，由于各種軟件在計算模型上存在著一定的差異，從而導(dǎo)致了計算結(jié)果存在或多或少的差異。因此，結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計工作中首要的工作就是依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件，如果選擇了不合適的計算軟，不但會}良費大量的時間和精力，而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。
3．2．2振型數(shù)目是否足夠
規(guī)定與舊規(guī)范相比，在新規(guī)范中增加一個振型參與系數(shù)的概念，而且還明確指出該參數(shù)的限值。結(jié)構(gòu)的層數(shù)與振型數(shù)的多少有關(guān)，因此，在計算分析階段必須對計算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。
3．2．3考慮是否需要分開計算，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算與設(shè)計
對類型高層建筑進(jìn)行計算分析時，結(jié)構(gòu)工程師必須要考慮是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計算，還是將結(jié)構(gòu)作為一個整體并按多塔類型進(jìn)行計算。如果多塔問剛度相差較大，可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求的情況，但是這也有是地震力計算誤差造成，因此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。在高層建筑中，會存在一些由于建筑功能或美觀要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，比如高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件等，有因為高層建筑的風(fēng)荷載和地震作用均較大，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師在設(shè)計的過程必須嚴(yán)格按照新規(guī)范要求對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的進(jìn)行計算處理再進(jìn)行設(shè)計。
3．3連梁超筋問題
連梁超筋是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中一種常見現(xiàn)象。計算剪力不滿足剪壓比要求從而導(dǎo)致了連梁超筋。連梁易超筋的部位，某墻段中，在大墻肢上的連梁易超筋，由于墻肢截面高度大小懸殊不均勻所造成；平面中，當(dāng)墻段較長時其中部的連梁易超筋；一般剪力墻結(jié)構(gòu)中，在樓層總高度1／3處連梁易超筋。
3．4軸壓比的問題
在鋼筋t昆凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中，通過增大柱的截面來控制柱的軸壓比，即使使用高強混凝土，d土不能明顯減小柱斷面尺寸。限制柱的軸壓比的目的是為了防止受拉鋼筋未達(dá)屈服而混凝土被壓碎。如果柱的塑性變形能力小表明其結(jié)構(gòu)的延性很差，也就說抗震能力差，遭遇地震時結(jié)構(gòu)容易被破壞。但是如果在結(jié)構(gòu)中保證強柱弱梁設(shè)計，使其具有良好延性，此時可放松軸壓比限值。
4結(jié)論
綜上所述，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復(fù)雜、長期、循環(huán)往復(fù)的過程，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師在設(shè)計的過程不僅要嚴(yán)格執(zhí)行新規(guī)范中相應(yīng)的構(gòu)造要求，還要結(jié)合實際情況，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并且制定多種方案進(jìn)行比較分析，只有這樣才能從根本上消除設(shè)計質(zhì)量的隱患。
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