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论高层建筑结构分析与设计的探讨(1)

2012-09-28 
工程硕士论文:论高层建筑结构分析与设计的探讨

  摘要:随着社会经济的迅速发展,城市人口的不断增多。得以高层建筑快速发展。本文讲述了高层建筑结构设计的特点进行了分析。

  关键词:高层建筑 结构分析 结构体系 分析方法

  一 高层建筑结构的特点

  结构要同时承受垂直荷载和产生的水平荷载.还要具有抵抗地震作用的能力。一般低层结构的水平荷载对结构影响较小,但在高层建筑中,水平荷载和地震作用是重要因素。随着高度的增加,位移增加很快,过大的侧移会影响建筑使用,会造成非结构构件和结构构件的损坏。所以必须将结构的侧移控制在一定的范围之内。

  1.1水平力是设计主要因素在低层和多层房屋结构中。往往是以重力为代表的蛏向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响,但水平荷载却起着决定l生作用 因为建筑自莺和楼面使用荷载在 向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑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所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比。另一方面,对一定高度建筑来说,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,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

  1.2抗震设计要求更高有抗震设防的高层建筑结构设汁,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外,还必须使结构具有良好的抗震性能,做到小震不坏、大震不倒。

  二 高层建筑结构的分析

  高层建筑结构是南 向抗侧力构件(框架、剪力墙、简体等)通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。要完全精确地按照j维空间结构进行分析是十分困难的,各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。下面是常见的一些基本假定:

  (1)捧陛假定目前工程J=实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下,结构通常处于弹性工作阶段,这一假定基本符合结构的实际工作状况,但是存遭受罕见地震或强台风作用时.高层建筑结构往往会产生较大的位移,出现裂缝,结构进入到弹塑性.[作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实 I:作状态,应按弹塑 动力分析方法进行设计。

  (2)小变形假定小变形假定也是普遍采川的基本假定。但有人对几何非线性问题 △效应)进行了一些研究。一般认为,当顶点水平位移△与建筑物高度H的比值△/H>I~O0时。 △效应的影响就不能忽视了。

  (3)刚性楼板假定许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大,而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构的自由度,简化了计算方法。并为采Lf{空问薄壁杆件理论提供了便利。一般来说.对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是,对于竖向刚度有突变的结构,楼板刚度较小,主要抗侧力构件间距过大或层数较少等情况,会使楼板变形较大。特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。

  三 高层建筑结构体系类型

  3.1框架一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,便形成了框架一剪力墙体系。在承受水平力时,框架和剪力墒通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系,由框架体系主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平荷载。框架一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,同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀,所以框架一剪力墙体系的能建高度要大于框架体系

  3.2剪力墙体系当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时,即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中,单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系的强度和刚度都比较高,有一定的延性,传力直接均匀,整体胜好,抗倒塌能力强。

  3.3筒体体系凡采用简体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系,包括单简体、简体一框架、筒中筒、多束筒等多种型式。简体是一种空间受力构件。分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体。空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度,各构件受力比较合理,抗风、抗震能力很强.往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。

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