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高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題與對策研究論文
【摘要】本文結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)的特點，就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻、減震結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的限值三個方面所出現(xiàn)的問題進行了分析，并提出了相應的解決對策。
【關(guān)鍵詞】高層建筑,結(jié)構(gòu)設(shè)計,短肢剪力墻
1、前言
目前，高層建筑已成為衡量一個國家建筑科學技術(shù)水平的重要標志，更是檢驗一個國家建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)成熟程度的標尺。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)濟問題以及社會效益問題、環(huán)境問題等日益變得復雜、嚴峻，因此需要深入的研究結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，增強對實踐的導向作用。
2、高層建筑結(jié)構(gòu)的特點
2.1高層建筑受力和位移特點
(1)高層建筑中水平荷載產(chǎn)生的影響遠大于垂直荷載產(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到三個條件：不會使建筑物發(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)不應超過彈性可恢復極限。建筑物抗剪切要求必須達到兩個條件：不會使建筑物被剪斷;其剪切側(cè)移(和彎曲側(cè)移的總和)不應超過彈性可恢復極限。 對地基和基礎(chǔ)來說，該建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的各支承點之間不應發(fā)生過大的不均勻變形，而且其地基和地下結(jié)構(gòu)應能承受側(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)計高層建筑時，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強度，還應具備足夠的抗側(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、工程造價的關(guān)系
隨著建筑高度的增加，材料用量、工程造價將呈拋物線關(guān)系增長。
3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析及對策
3.1剪力墻設(shè)計存在的問題及對策
復雜截面剪力墻配筋設(shè)計一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個難題。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，不便于直接應用于復雜截面剪力墻正截面承載力計算。(2)截面內(nèi)力。現(xiàn)行軟件一般不支持復雜截面剪力墻整截面內(nèi)力求取。基于上述兩個原因，復雜截面剪力墻配筋設(shè)計一直未能得到很好的解決。實際工程中，常采用分段設(shè)計方法，將整截面的剪力墻分成幾個矩形截面來設(shè)計，其安全性、合理性有待研究。
針對上述兩個問題，解決方案可以從以下幾個方面入手：(1)從混凝土單軸受壓本構(gòu)關(guān)系出發(fā)，采用一個便于計算承載力的簡化單軸受壓應力一應變曲線方程。(2)從截面所受到的彈性應力分布出發(fā)，直接積分求出復雜截面剪力墻整截面內(nèi)力，或從復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)采用截面應變平截面假定給出對應配筋的設(shè)計承載力骨架曲線，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算結(jié)果的截面應力分布出發(fā)，積分求解整截面內(nèi)力，或直接從復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，反求此時的受壓區(qū)混凝土的應力分布和截面中鋼筋的應力。鋼筋對截面承載力的貢獻可直接求得，混凝土對截面承載力的貢獻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)計承載力對截面設(shè)計內(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
耗能部件應滿足下列要求：
(1)耗能器應具有足夠的吸收和耗散地震能量的能力和適當?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%時宜按25%計算。
(2)耗能部件應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不小于地震作用下耗能器最大速度的1.2倍，且應滿足當時的承載力要求。
(3)耗能器應具有優(yōu)良的耐久性能，能長期保持其初始性能;
(4)耗能器構(gòu)造應簡單，施工方便，易維護性好;
(5)耗能器與斜支撐、填充墻、梁或節(jié)點的連接，應符合鋼構(gòu)件連接或鋼與鋼筋混凝土構(gòu)件連接的構(gòu)造要求，并能承擔耗能器施加給連接節(jié)點的最大作用力。
3.3結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的限值
在SATWE計算結(jié)果輸出中，結(jié)構(gòu)位移輸出文件中：Ratio-(X)，Ratio-(Y)項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，防止由于振動耦聯(lián)的影響增大結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應。
參考文獻
[1]徐培福.復雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[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)計的問題及對策探討[J].價值工程，2010(6)
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