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高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)探究論文
摘要：受人口增長(zhǎng)與地理環(huán)境的限制，高層建筑逐漸趨于建筑發(fā)展的主導(dǎo)形式，并已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代城市建設(shè)中�；诖�，文章結(jié)合對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的參考學(xué)習(xí)，就高層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)要素進(jìn)行深入研究，旨在更好的服務(wù)于現(xiàn)代化城市的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)
隨著城鎮(zhèn)化速度的加快，推動(dòng)了高層建筑的快速發(fā)展。作為城市發(fā)展的基礎(chǔ)和社會(huì)活動(dòng)的載體，高層建筑是營(yíng)造良好的城市環(huán)境與宜人的生態(tài)體系不可或缺的部分，其設(shè)計(jì)多元化與標(biāo)準(zhǔn)中化越來(lái)越受到社會(huì)的重視。如何加強(qiáng)現(xiàn)代城市道路高層建筑設(shè)計(jì)工作的管理任務(wù)，已成為當(dāng)今城市建設(shè)研究的重點(diǎn)課題。
1高層建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1.1水平荷載
建筑必須承受垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，必須具備較強(qiáng)的能力來(lái)抵抗地震的侵襲。在低樓層的建筑結(jié)構(gòu)中，因水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)在動(dòng)力和位置移動(dòng)相對(duì)較小，對(duì)建筑建構(gòu)的影響不大，主要是以重力為代表的豎向荷載控制著建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。而在高樓層的建筑中，是水平荷載對(duì)建筑結(jié)構(gòu)起決定性作用，盡管豎向荷載對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生重要的影響，但相對(duì)于水平荷載來(lái)說(shuō)，影響較小。
1.2軸向變形
由于軸力項(xiàng)相對(duì)于彎矩項(xiàng)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生的影響不是很大，施工單位只關(guān)注和考慮彎矩項(xiàng)。但是對(duì)高樓層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析所要考慮的因素就不太一樣了，需充分考慮到高層建筑的層數(shù)、高度值、軸力值等相關(guān)因素。隨著高度的不斷增加，軸力變形也會(huì)變得特別明顯，當(dāng)軸向的變形達(dá)到一定的程度，會(huì)將高層建筑的結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值和分布都改變。
1.3建筑側(cè)移
樓層的增加，在結(jié)構(gòu)側(cè)向變形速度在水平荷載的作用下也會(huì)不斷的增大。高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在應(yīng)對(duì)風(fēng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力作用時(shí)，才能產(chǎn)生足夠大的力量去抵御。為了能夠?qū)⑺胶奢d作用下產(chǎn)生的側(cè)移距離控制在一定的限度之內(nèi)，就必須擁有足夠的抗側(cè)剛度能力，才能較好的保障居住和工作的環(huán)境。
2高層建筑的結(jié)構(gòu)類型體系
2.1框架―剪力墻類型體系
為使總體強(qiáng)度和硬度能滿足設(shè)計(jì)和應(yīng)用的要求，需在建筑物的合適位置設(shè)計(jì)一個(gè)體積相當(dāng)大的剪力墻，用來(lái)代替建筑物框架，這也是框架剪力墻形成的原因。當(dāng)建筑物在承受來(lái)自水平方向的一個(gè)力時(shí)，該結(jié)構(gòu)類型可通過(guò)硬度很強(qiáng)的建筑物樓板，然后與連梁可形成一個(gè)能協(xié)同工作的建筑結(jié)構(gòu)體系。垂直荷載在這一體系中起作用，而剪力墻所承受的是水平荷載，該結(jié)構(gòu)承載荷載的形式，使得其形成了彎剪型的位移曲線。對(duì)于剪力墻這樣的結(jié)構(gòu)體系設(shè)置，會(huì)增加結(jié)構(gòu)的側(cè)向硬度、減小水平位移、降低框架結(jié)構(gòu)應(yīng)該承受的水平剪力，并且所產(chǎn)生的內(nèi)力主要順著豎的方向均勻的分布。
2.2剪力墻類型體系
剪力墻體系是由于受力的主題結(jié)構(gòu)因平面剪力構(gòu)建造成的。著剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，單片的剪力墻承載著全部由水平和垂直方向帶來(lái)的荷載作用。當(dāng)剪力墻體系的位移呈現(xiàn)型的曲線時(shí)，剪力墻體系屬于剛性結(jié)構(gòu)，這時(shí)候的剪力墻體系的強(qiáng)度和高度都比較強(qiáng)，而且具備一定程度的延展性。剪力墻結(jié)構(gòu)體系整體上很好,而且框架-剪力墻體系小于能建高度，整體結(jié)構(gòu)傳力均勻而直接，整體的性能都比較好，不容易發(fā)生倒塌。
2.3簡(jiǎn)體類型體系
筒體類型體系即使用的筒體帶有抗側(cè)力建筑構(gòu)件的結(jié)構(gòu)類型，類型主要分為：筒中筒體系、單筒體體系、筒體―框架體系及多束筒體系等。從本質(zhì)上來(lái)看，筒體體系是一種建筑受力構(gòu)件，具備較強(qiáng)的空間性，實(shí)腹和空腹是它的兩種類型。其中，實(shí)腹筒屬于由曲面強(qiáng)或是平面強(qiáng)圍城的一種三維豎向單體結(jié)構(gòu)；空腹筒屬于由窗裙梁、密排柱或者是開(kāi)孔的鋼筋混凝土的建筑外墻組合構(gòu)成的空間性的受力構(gòu)件。由于筒體類型體系的構(gòu)成能夠使建筑的剛度和強(qiáng)度較強(qiáng)，而且該體系內(nèi)具有比較合理的受力，抵御地震和對(duì)抗風(fēng)寒的能力都比較強(qiáng)，所以該結(jié)構(gòu)體系常被應(yīng)用于一些有較大跨度、空間或高度的高層建筑中。
3高層建筑設(shè)計(jì)方案
3.1彈性假定
當(dāng)建筑處于一般風(fēng)力的或者垂直荷載的作用下時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常常處于彈性的工作階段，特殊的情況除外，但是這一假定與實(shí)際的工作情況存在的差異不大。當(dāng)遭遇地震或者強(qiáng)烈的臺(tái)風(fēng)天氣時(shí)，建筑產(chǎn)生的位置移動(dòng)會(huì)比較大，然后才會(huì)轉(zhuǎn)入彈塑性的工作階段。在這個(gè)時(shí)候就應(yīng)當(dāng)按照彈塑性動(dòng)力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不能按照彈性的方法對(duì)內(nèi)力和位移進(jìn)行計(jì)算，不然就不能將結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀態(tài)反映出來(lái)。
3.2小變形假定
小變形假定方法是除了彈性假定之外另一種比較常用的方法，但也有學(xué)者對(duì)幾何非線性問(wèn)題進(jìn)行研究。除了彈性假定，小變形假定方法也常被采用。但有不少學(xué)者對(duì)幾何非線性問(wèn)題（P-Δ效應(yīng)）做了一些研究。一般情況下，當(dāng)頂點(diǎn)水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時(shí)，P-Δ效應(yīng)的影響就不能被忽視了。
3.3剛性樓板假定
針對(duì)我國(guó)目前的分析方法而言，大多數(shù)高層建筑結(jié)構(gòu)體系以建筑物的樓板在其自身這一平面內(nèi)的剛度是無(wú)線大的為假定，往往會(huì)忽視建筑物自身平面外帶有的剛度。因此，剛性樓板假定方法將高層建筑結(jié)構(gòu)體系的自由度一定程度減少，簡(jiǎn)化計(jì)算方法。并且假定方式還為那些在空間上采用了薄壁桿件的理論在對(duì)筒體體系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)提供了較大的便利。通常來(lái)講，受其自身計(jì)算方式和計(jì)算時(shí)相關(guān)的因素的影響，使得該方式比較適用于高層建筑中的框架和剪力墻兩大體系。
3.4計(jì)算圖形的假定
在高層建筑架構(gòu)體系中，整體分析將采用的計(jì)算圖形分為一維、二維協(xié)同分析和三維空間分析三中。其中，三維空間分析的普通桿單元，每一節(jié)點(diǎn)含有6個(gè)自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點(diǎn)還應(yīng)該考慮截面翹曲，截面翹曲有7個(gè)自由度。
4結(jié)束語(yǔ)
總而言之，現(xiàn)代城市高層建筑的建設(shè)是一項(xiàng)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過(guò)程。任何看似先進(jìn)的技術(shù)均會(huì)隨著時(shí)代的發(fā)展而顯的落后，無(wú)法滿足城市發(fā)展的需求。在新時(shí)代的發(fā)展背景下，人民日益增長(zhǎng)的社會(huì)需求對(duì)現(xiàn)代城市道路的設(shè)計(jì)工作提出了更高的要求，同時(shí)也給設(shè)計(jì)從事者們帶來(lái)了更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)。只有不斷研究，不斷創(chuàng)新，立足于設(shè)計(jì)任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化與多元化發(fā)展方向，才能確保我國(guó)現(xiàn)代城市高層建筑建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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