浅议高层建筑结构设计与分析.doc

浅议高层建筑结构设计与分析
【摘要】随着社会和经济的蓬勃发展,特别是城市建设的发展,要求建筑物所能达到的高度和规模不断地增加。城市中的高层建筑成为反映这个城市经济繁荣和社会进步的重要标志。本文分析了高层建筑结构设计的特点,提出了高层建筑结构分析和各种体系相对应的方法
【关键词】高层建筑结构;结构体系;静力分析方法

1 高层建筑结构设计特点
1.1 水平荷载成为决定性因素。建筑物自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑物高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖向构件中引起的轴力,是与建筑物高度的二次方成正比;另外,对某一定高度建筑物而言,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
1.2 轴向变形不容忽视。高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。
1.3 侧移成为控制指标。与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
1.4 结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。
2 高层建筑的结构体系
2.1 框架结构体系。一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中,由梁和柱通过节点构成承载结构。框架结构可形成灵活布置的建筑空间,使用较方便。但随着结构高度增加,水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加,从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加,增加到一定程度后,将给建筑平面布置和空间处理带来困难,影响建筑空间的正常使用。另外,框架结构抗侧刚度较小,在水平力作用下将产生较大的侧向位移。其中一部分是结构弯曲变形,即框架结构产生整体弯曲,由柱子的拉伸和压缩所引起的水平位移;另一部分是剪切变形,即框架结构整体受剪,层间梁柱杆件发生弯曲而引起的水平位移。由于框架构件截面较小,抗侧刚度较小,在强震下结构整体位移和层间位移都较大,容易产生震害。因而,框架结构主要适用于非抗震区和层数较小的建筑。
2.2 框架--剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架,便形成了框架--剪力墙体系。框架--剪力墙结构体系是把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系。这种结构既具有框架结构布置灵活、使用方便的特点,又有较大的刚度和较强的抗震能力。在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平剪力。框架--剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置,增大了结构的侧向刚度,使建筑物的水平位移减小,同时