【摘要】高層房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比低層、多層房屋建筑有著更精細(xì)嚴(yán)格的要求，同時(shí)也占有更重要的位置。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體系的選擇，在很大程度上決定了建筑的平面布置、空間形態(tài)，及對(duì)施工技術(shù)的要求、施工工期和投資數(shù)額等。本文將根據(jù)作者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高層房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】高層房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；分析；

隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，低層、多層房屋建筑逐漸被淘汰，取而代之的是高層房屋建筑。大量的高層房屋建筑工程涌現(xiàn)，由于時(shí)間緊迫，所以大多數(shù)工程都面臨著設(shè)計(jì)周期短，任務(wù)重的問(wèn)題，于是這些房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就通過(guò)已經(jīng)確定的平面和空間布置來(lái)確定結(jié)構(gòu)尺寸，再利用電算對(duì)結(jié)構(gòu)的周期、位移 、剛度比等進(jìn)行調(diào)整。但是這種方法往往造成房屋建筑工程竣工后出現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致不實(shí)用，存在安全隱患等問(wèn)題，在經(jīng)濟(jì)上也會(huì)有虧損。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1水平荷載成為決定因素

水平荷載對(duì)建筑的影響主要有兩點(diǎn)。第一點(diǎn)，房屋自重和樓面使用荷載對(duì)豎構(gòu)件造成的軸力和彎矩的作用效果與樓房的高度成正比，但是水平荷載引起的傾覆力矩，對(duì)豎構(gòu)件造成的軸力卻與房屋高度的平方成正比，可見(jiàn)水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響遠(yuǎn)高于房屋自重和樓面使用荷載。第二點(diǎn)，當(dāng)房屋達(dá)到一定高度后，其豎直方向的荷載基本上不會(huì)有大的變化，接近一個(gè)固定的數(shù)值。但是風(fēng)荷載和地震作用等水平荷載，它們的作用數(shù)值卻會(huì)隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的變化發(fā)生較大的改變。

1.2軸向變形不容忽視

在高層建筑中，豎直方向的荷載也很大，它可以使柱發(fā)生較大的軸向變形。當(dāng)柱發(fā)生軸向變形后，會(huì)影響連續(xù)梁彎矩，減弱連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩，同時(shí)會(huì)增強(qiáng)跨中正彎矩和端頭支座負(fù)彎矩。不僅如此還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度的確定造成干擾，要重新確定下料長(zhǎng)度就得計(jì)算出軸向變形的數(shù)據(jù)，然后據(jù)此調(diào)整下料長(zhǎng)度[1]。而且軸向變形會(huì)影響構(gòu)件的剪力和側(cè)移，會(huì)使得到的結(jié)果存在一定的偏差。

1.3側(cè)移成為控制指標(biāo)

高層房屋建筑與低層房屋建筑相比，還存在結(jié)構(gòu)側(cè)移的問(wèn)題。由于水平荷載對(duì)側(cè)移有一定影響，所以當(dāng)房屋的高度增高時(shí)，側(cè)移變形會(huì)增大的很快，因此必須給側(cè)移設(shè)定一個(gè)極限值，并且將其穩(wěn)定在這個(gè)安全范圍之內(nèi)。

2.高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

2.1框架一剪力墻體系

在高層房屋建筑中有時(shí)會(huì)在建筑平面的一些特殊的地方修建較大的剪力墻，與框架一起組成框架一剪力墻體系，用來(lái)彌補(bǔ)強(qiáng)度和剛度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的框架體系，剪力墻就代替了部分框架。在框架一剪力墻體系，框架主要承擔(dān)垂直方向的荷載，水平方向的剪力則主要由剪力墻來(lái)承擔(dān)。當(dāng)有水平方向的荷載時(shí)，則由框架和剪力墻機(jī)構(gòu)體系中的達(dá)到剛度較大的樓板和連梁共同承擔(dān)。剪力墻的增設(shè)使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度增強(qiáng)了，同時(shí)也有效地縮小了建筑在水平方向上的位移。因?yàn)橛辛思袅�墻�?duì)水平方向的剪力的分擔(dān)，所以框架承受的水平剪力減少了很多，而且使豎向的內(nèi)力分布更加均勻，確保了房屋建筑的高度要求，因此框架一剪力墻體系的房屋建筑高度要比框架體系的房屋建筑高度高[2]。

2.2剪力墻體系

剪力墻體系是指受力主體結(jié)構(gòu)有且僅有剪力墻構(gòu)件構(gòu)成的體系。剪力墻體系擁有較高的強(qiáng)度和剛度，單個(gè)剪力墻就可以承受水平方向和垂直方向上的所有荷載。剪力墻體系有良好的延性，可以承受地震作用等造成的強(qiáng)變形，避免倒塌。而且剪力墻體系具有傳力均勻的特點(diǎn)，穩(wěn)定的特點(diǎn)使其整體性好，所以在房屋建筑高度上與框架或框架一剪力墻體系相比更具優(yōu)勢(shì)。

2.3簡(jiǎn)體體系

簡(jiǎn)體體系是指利用一種空間受力構(gòu)件——簡(jiǎn)體作為抗側(cè)向壓力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系。簡(jiǎn)體體系的荷載分布比較均勻，而且其強(qiáng)度和剛度都很高，它對(duì)水平荷載如，風(fēng)荷載和地震作用的抵抗效果也很好。由于簡(jiǎn)體體系的特點(diǎn)，一般在超高層或跨度較大的建筑中用的較多。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)分析

3.1高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定

3.1.1彈性假定

假定高層房屋建筑在受到垂直荷載和風(fēng)荷載的施壓后就會(huì)進(jìn)入彈性工作階段，此時(shí)應(yīng)該按照彈性方法來(lái)計(jì)算和分析建筑結(jié)構(gòu) 。當(dāng)受到的荷載加大時(shí)，如地震或臺(tái)風(fēng)，一般都會(huì)使結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的位移，此時(shí)就會(huì)進(jìn)入彈塑性工作階段，但是這種情況就不能再用彈性計(jì)算方法來(lái)分析建筑結(jié)構(gòu)，因?yàn)槿绻�再用這種方法計(jì)算，得出來(lái)的內(nèi)力和位移都有一定的偏差，并不是真實(shí)的結(jié)果。

3.1.2小變形假定

雖然小變形假定是常用的假定，但一些人還是存在一些疑慮，他們對(duì)P一△效應(yīng)做了一些調(diào)查研究，來(lái)驗(yàn)證小變形假定。研究表明，頂點(diǎn)水平位移△與建筑物高度H的比值A(chǔ)/H在一定范圍內(nèi)可以忽略P一△效應(yīng)的影響，但是當(dāng)A/H>1/500時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，不容忽略[3]。

3.1.3剛性樓板假定

對(duì)于一般的框架體系和剪力墻體系，都假定在自身平面內(nèi)的樓板的剛度是無(wú)限的，對(duì)于在這個(gè)平面外的樓板的剛度則認(rèn)為可以忽略。然而也有特殊情況，比如房屋樓層數(shù)較少，或者豎向剛度不穩(wěn)定，抗側(cè)力構(gòu)件之間的間隙比較大等，這些情況下對(duì)樓板變形都有影響。可以通過(guò)調(diào)整這些樓層的剪力分布來(lái)緩解對(duì)樓板變形的影響。

3.1.4計(jì)算 圖形的假定

高層建筑結(jié)構(gòu)體系一般采用計(jì)算圖形來(lái)做整體分析，計(jì)算圖形包括一維協(xié)同分析，二維協(xié)同分析和三維空間分析三種。

3.2高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法

3.2.1框架一剪力墻結(jié)構(gòu)

在計(jì)算框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力與位移時(shí)，可以設(shè)置不同的未知量來(lái)解算，所以有很多種方法都可以算出框架一剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移。一般是用等效壁式框架來(lái)等效結(jié)構(gòu)，然后再求解。

3.2.2剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻的開(kāi)洞決定了剪力墻的受力特性和變形狀態(tài)。在計(jì)算剪力墻的內(nèi)力與位移時(shí)，需要根據(jù)剪力墻的截面應(yīng)力分布狀況來(lái)計(jì)算，而且類(lèi)型不同的剪力墻的應(yīng)力分布也不一樣，所以計(jì)算的方法也不同。但是有一種方法可以計(jì)算各種類(lèi)型的剪力墻的內(nèi)力和位移，那就是平面有限單元法，這個(gè)方法不僅通用而且準(zhǔn)確。然而平面有限單元法也有弊端，比如計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，規(guī)律性不強(qiáng)，所以并不普遍應(yīng)用，僅在特殊的應(yīng)力分布復(fù)雜的地方使用。

3.2.3筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)的分析方法可分為等效離散化法、等效連續(xù)化法和三維空間分析法三種。等效離散化法是用離散的等效桿來(lái)代替連續(xù)墻體，這樣更方便分析計(jì)算，平面框架子結(jié)構(gòu)法和核心筒 的框架分析法都是這個(gè)類(lèi)型的。等效連續(xù)化方法就是分散的桿件虛擬為連續(xù)的，這種連續(xù)化分為兩種，一種是只想象它在空間分布上是連續(xù)的，沒(méi)有產(chǎn)生作用效果，它的內(nèi)力可以用連續(xù)函數(shù)來(lái)描述，還有一種則既有空間分布的連續(xù)性，也有物理上的連續(xù)性。有限單元法就是以第二種情況為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算分析的。

4.結(jié)語(yǔ)

高層房屋建筑工程的設(shè)計(jì)者不能因?yàn)闀r(shí)代對(duì)房屋的大量需求而對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行壓縮，必須從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)真實(shí)的環(huán)境和條件來(lái)設(shè)計(jì)出合理，實(shí)用，經(jīng)濟(jì)，安全的結(jié)構(gòu)工程。讓房屋建筑不僅達(dá)到建筑設(shè)計(jì)的要求，也滿足人們對(duì)居住環(huán)境的要求。

參考文獻(xiàn)：

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