高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題與對策研究城市規(guī)劃師研究論文

　　作為城市的地標(biāo)，高層建筑不僅可以為城市創(chuàng)造出美麗的天際線，而且可以帶來城市商業(yè)交流、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的價(jià)值。

　　【摘要】城市規(guī)劃師研究論文本文結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻、減震結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的限值三個(gè)方面所出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決對策。

　　【關(guān)鍵詞】高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);短肢剪力墻;對策

　　1、前言

　　目前，高層建筑已成為衡量一個(gè)國家建筑科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志，更是檢驗(yàn)一個(gè)國家建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)成熟程度的標(biāo)尺。但隨著高度的增加，高層建筑的技術(shù)問題、建筑藝術(shù)問題、投資經(jīng)濟(jì)問題以及社會(huì)效益問題、環(huán)境問題等日益變得復(fù)雜、嚴(yán)峻，因此需要深入的研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，增強(qiáng)對實(shí)踐的導(dǎo)向作用。

　　2、高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

　　2.1高層建筑受力和位移特點(diǎn)

　　(1)高層建筑中水平荷載產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)大于垂直荷載產(chǎn)生的影響，因此，高層建筑結(jié)構(gòu)必須是一個(gè)既能抗彎曲又能抗剪切，還能使其地基和基礎(chǔ)承受上部傳來各種作用力的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。建筑物抗彎曲要求必須達(dá)到三個(gè)條件：不會(huì)使建筑物發(fā)生傾斜;支承體系(柱或墻)的某些部位不致被壓碎、壓屈或拉斷;其彎曲側(cè)移(和剪切側(cè)移的總和)不應(yīng)超過彈性可恢復(fù)極限。建筑物抗剪切要求必須達(dá)到兩個(gè)條件：不會(huì)使建筑物被剪斷;其剪切側(cè)移(和彎曲側(cè)移的總和)不應(yīng)超過彈性可恢復(fù)極限。 對地基和基礎(chǔ)來說，該建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的各支承點(diǎn)之間不應(yīng)發(fā)生過大的不均勻變形，而且其地基和地下結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受側(cè)向荷載引起的水平剪力，并不致引起水平滑移。

　　(2)高層建筑中，水平荷載和地震作用對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起著決定性的作用。豎向荷載在結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件中主要產(chǎn)生軸向壓力，其數(shù)值僅與結(jié)構(gòu)高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的位移，其數(shù)值與結(jié)構(gòu)高度的二次方和四次方成正比。因此，設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，還應(yīng)具備足夠的抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

　　2.2建筑高度與材料用量、工程造價(jià)的關(guān)系

　　隨著建筑高度的增加，材料用量、工程造價(jià)將呈拋物線關(guān)系增長。

　　3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析及對策

　　3.1剪力墻設(shè)計(jì)存在的問題及對策

　　復(fù)雜截面剪力墻配筋設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)難題。其原因：(1)混凝土本構(gòu)關(guān)系。各國規(guī)范一般采用等效矩形方法計(jì)算截面承載力，等效矩形方法根據(jù)矩形截面制定的相關(guān)規(guī)定，不便于直接應(yīng)用于復(fù)雜截面剪力墻正截面承載力計(jì)算。(2)截面內(nèi)力�，F(xiàn)行軟件一般不支持復(fù)雜截面剪力墻整截面內(nèi)力求取。基于上述兩個(gè)原因，復(fù)雜截面剪力墻配筋設(shè)計(jì)一直未能得到很好的解決。實(shí)際工程中，常采用分段設(shè)計(jì)方法，將整截面的剪力墻分成幾個(gè)矩形截面來設(shè)計(jì)，其安全性、合理性有待研究。

　　針對上述兩個(gè)問題，解決方案可以從以下幾個(gè)方面入手：(1)從混凝土單軸受壓本構(gòu)關(guān)系出發(fā)，采用一個(gè)便于計(jì)算承載力的簡化單軸受壓應(yīng)力一應(yīng)變曲線方程。(2)從截面所受到的彈性應(yīng)力分布出發(fā)，直接積分求出復(fù)雜截面剪力墻整截面內(nèi)力，或從復(fù)雜截面剪力墻各矩形截面內(nèi)力出發(fā)，疊加求解整截面內(nèi)力。(3)采用截面應(yīng)變平截面假定給出對應(yīng)配筋的設(shè)計(jì)承載力骨架曲線，求出整截面承載力所需的配筋[2]。

　　基本思路為：從有限元線彈性模型計(jì)算結(jié)果的截面應(yīng)力分布出發(fā)，積分求解整截面內(nèi)力，或直接從復(fù)雜截面剪力墻各矩形截面內(nèi)力出發(fā)，疊加求出整截面內(nèi)力;采用截面應(yīng)變線性分布的平截面假定，采用簡化混凝土和鋼筋的本構(gòu)關(guān)系，反求此時(shí)的受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力分布和截面中鋼筋的應(yīng)力。鋼筋對截面承載力的貢獻(xiàn)可直接求得，混凝土對截面承載力的貢獻(xiàn)可采用積分方法求出，求解截面內(nèi)混凝土和鋼筋承載力，即可得到截面承載力。通過截面設(shè)計(jì)承載力對截面設(shè)計(jì)內(nèi)力的包絡(luò)，得到所需縱筋面積。

　　3.2耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　耗能部件應(yīng)滿足下列要求：

　　(1)耗能器應(yīng)具有足夠的吸收和耗散地震能量的能力和適當(dāng)?shù)淖枘?耗能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比宜大于15%，超過25%時(shí)宜按25%計(jì)算。

　　(2)耗能部件應(yīng)具有足夠的初始剛度，并滿足下列要求：

　　耗能器的極限位移應(yīng)不小于罕遇地震下耗能器最大位移的1.2倍;對于速度相關(guān)型耗能器，耗能器的極限速度應(yīng)不小于地震作用下耗能器最大速度的1.2倍，且應(yīng)滿足當(dāng)時(shí)的承載力要求。

　　(3)耗能器應(yīng)具有優(yōu)良的耐久性能，能長期保持其初始性能;

　　(4)耗能器構(gòu)造應(yīng)簡單，施工方便，易維護(hù)性好;

　　(5)耗能器與斜支撐、填充墻、梁或節(jié)點(diǎn)的連接，應(yīng)符合鋼構(gòu)件連接或鋼與鋼筋混凝土構(gòu)件連接的構(gòu)造要求，并能承擔(dān)耗能器施加給連接節(jié)點(diǎn)的最大作用力。

　　3.3結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的限值

　　在SATWE計(jì)算結(jié)果輸出中，結(jié)構(gòu)位移輸出文件中：Ratio-(X)，Ratio-(Y)項(xiàng)為最大位移與層平均位移的比值。周期、地震力與振型輸出文件中，扭轉(zhuǎn)系數(shù)最大的為 ，扭轉(zhuǎn)系數(shù)最小的為 。限制 ，是為了使結(jié)構(gòu)有必要的抗扭剛度，防止由于振動(dòng)耦聯(lián)的影響增大結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]徐培福.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010

　　[2]孫凱.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對策探討[J].價(jià)值工程，2010(6)

　　《智能建筑與城市信息》原名《工程設(shè)計(jì)CAD與智能建筑》，是經(jīng)國家新聞出版總署批準(zhǔn)，2003年更名而來�！吨悄芙ㄖ�與城市信息》是由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主管、中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)主辦、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑智能化技術(shù)專家委員會(huì)和建設(shè)部干部學(xué)院支持，北京《智能建筑與城市信息》雜志社和住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部干部學(xué)院智能建筑技術(shù)培訓(xùn)辦公室共同承辦的綜合性專業(yè)技術(shù)刊物。