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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
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)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大；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
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，比如力學模型選取、材料性能、延性要求、荷載取值、安全指標等，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)人為地分開進行計算，還是將結(jié)構(gòu)作為一個整體并按多塔類型進行計算。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)計的過程必須嚴格按照新規(guī)范要求對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的進行計算處理再進行設(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，進行結(jié)構(gòu)分析并且制定多種方案進行比較分析，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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