高層建筑結構設計的問題與對策研究論文

時間：2022-10-08 12:39:29 建筑畢業論文我要投稿

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高層建筑結構設計的問題與對策研究論文

　　【摘要】本文結合高層建筑結構的特點，就高層建筑結構設計中剪力墻、減震結構、結構扭轉的限值三個方面所出現的問題進行了分析，并提出了相應的解決對策。

高層建筑結構設計的問題與對策研究論文

　　【關鍵詞】高層建筑,結構設計,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水平的重要標志，更是檢驗一個國家建筑結構技術成熟程度的標尺。但隨著高度的增加，高層建筑的技術問題、建筑藝術問題、投資經濟問題以及社會效益問題、環境問題等日益變得復雜、嚴峻，因此需要深入的研究結構設計問題，增強對實踐的導向作用。

　　2、高層建筑結構的特點

　　2.1高層建筑受力和位移特點

　　(1)高層建筑中水平荷載產生的影響遠大于垂直荷載產生的影響，因此，高層建筑結構必須是一個既能抗彎曲又能抗剪切，還能使其地基和基礎承受上部傳來各種作用力的結構系統。建筑物抗彎曲要求必須達到三個條件：不會使建筑物發生傾斜;支承體系(柱或墻)的某些部位不致被壓碎、壓屈或拉斷;其彎曲側移(和剪切側移的總和)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;其剪切側移(和彎曲側移的總和)不應超過彈性可恢復極限。對地基和基礎來說，該建筑結構系統的各支承點之間不應發生過大的不均勻變形，而且其地基和地下結構應能承受側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構設計起著決定性的作用。豎向荷載在結構的豎向構件中主要產生軸向壓力，其數值僅與結構高度的一次方成正比;而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及由此在豎向構件中所引起的位移，其數值與結構高度的二次方和四次方成正比。因此，設計高層建筑時，不僅要求結構具有足夠的強度，還應具備足夠的抗側剛度，使結構在水平荷載下產生的側移被控制在規定的范圍內。

　　2.2建筑高度與材料用量、工程造價的關系

　　隨著建筑高度的增加，材料用量、工程造價將呈拋物線關系增長。

　　3、高層建筑結構設計問題分析及對策

　　3.1剪力墻設計存在的問題及對策

　　復雜截面剪力墻配筋設計一直是結構設計中的一個難題。其原因：(1)混凝土本構關系。各國規范一般采用等效矩形方法計算截面承載力，等效矩形方法根據矩形截面制定的相關規定，不便于直接應用于復雜截面剪力墻正截面承載力計算。(2)截面內力。現行軟件一般不支持復雜截面剪力墻整截面內力求取。基于上述兩個原因，復雜截面剪力墻配筋設計一直未能得到很好的解決。實際工程中，常采用分段設計方法，將整截面的剪力墻分成幾個矩形截面來設計，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關系出發，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，直接積分求出復雜截面剪力墻整截面內力，或從復雜截面剪力墻各矩形截面內力出發，疊加求解整截面內力。(3)采用截面應變平截面假定給出對應配筋的設計承載力骨架曲線，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果的截面應力分布出發，積分求解整截面內力，或直接從復雜截面剪力墻各矩形截面內力出發，疊加求出整截面內力;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關系，反求此時的受壓區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，求解截面內混凝土和鋼筋承載力，即可得到截面承載力。通過截面設計承載力對截面設計內力的包絡，得到所需縱筋面積。

　　3.2耗能減震結構設計

　　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的阻尼;耗能部件附加給結構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)耗能器應具有優良的耐久性能，能長期保持其初始性能;

　　(4)耗能器構造應簡單，施工方便，易維護性好;

　　(5)耗能器與斜支撐、填充墻、梁或節點的連接，應符合鋼構件連接或鋼與鋼筋混凝土構件連接的構造要求，并能承擔耗能器施加給連接節點的最大作用力。

　　3.3結構扭轉的限值

　　在SATWE計算結果輸出中，結構位移輸出文件中：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，扭轉系數最大的為，扭轉系數最小的為。限制，是為了使結構有必要的抗扭剛度，防止由于振動耦聯的影響增大結構的扭轉效應。

　　參考文獻

　　[1]徐培福.復雜高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2010