竖构件对结构变形的影响高层建筑结构设计要点分析

竖构件对结构变形的影响高层建筑结构设计要点分析

1.层的设计特点1.1建筑物的正比例关系在垂直组件中，承受负荷的建筑重量和楼层的重量，以及建筑物高度的方成正比。结构的倾斜矩阵和垂直组件中的轴力水平负荷的确定与建筑高度的两个二次成正比有关。在一定高度的楼房中,竖向荷载多为定值,但风荷载和地震作用的水平荷载,是伴随结构不同动力的特征进行不同幅度变化的。1.2连续梁弯矩的影响竖向荷载很大的高层建筑,在柱中不仅能引起很大的轴向变形,还会对连续梁弯矩产生很大的影响,最终减少连续梁中间支座的负弯矩值,增大跨中正弯矩值和端支座负弯矩值。除此之外,预制构件中的下料的长度也会受其影响,所以,对下料长度进行调整时,要根据轴向变形的计算值。1.3楼地面形式作为高楼结构设计中主要因素的结构侧移,与较低的楼房有很大的不同之处。受楼房高度直线增加的影响,水平荷载下的结构下的侧移也将会随其增大,造成在水平荷载作用下的结构侧移被控制在一定范围之内。2.震作用下的变形控制与较低楼房相比较而言,高楼的结构的柔和度会更好点,在地震作用下发生的变形也会较大点。为了确保结构具有较大的延性,在其进入塑性变形阶段之后,还具有很强的变形力,以防止倒塌,所以在其构造上要选用一些相对应的措施。高层建筑的设计:2.1广场空间的利用通常情况下,由于高层建筑的体量过大,给街道空间带来一种压迫的感觉。高层建筑体量给人们带来一种对比的心理,特别是在观看高层建筑之后,进入街道时,这种感觉特别明显。所以,在设计街道两边的高层建筑时,最好要后退处理,并在退出的空地上设计一个起到缓冲作用的广场空间。与此同时,受高层建筑面积较大的影响,容纳很多的人员,造成出入口的人流量增大,此时,后退的广场空间只能起到缓解交通的作用。从另一个角度进行分析,在街道空间和城市空间中起到主要作用的广场空间,在给公众留下较好印象的同时,还成为城市的焦点。这方面就是共享空间的优点之一。还有一些建筑真实被设计成下沉式的广场,例如日本的筑波中心,就被设计成了下沉式广场。这样独特的广场空间行造型,设计重点主要从环境和人的角度进行出发,在为公众提供舒心而又安静的休闲场所的同时,也突出了建筑塔楼的形象特征。所以,在设计高层建筑时,应该把广场和建筑纳入设计的范围。2.2高层建筑发展型的必要性每一个城市中的高层建筑物,不仅具有特定的象征性和代表性,同时还全面地反映出这个城市的发展程度和经济水平,所以说,每个城市在建造高层建筑时,有目标地选择建筑造型是非常重要的。受建筑结构形式和使用功能的影响,高层建筑物在造型方面是受建筑结构形式的变化而变化的。作为高层建筑主体部分的塔楼,其表现形式直接决定了高层建筑的造型。这也是世界各国建筑存在独特的外形和明显识别性的主要原因之一。近年来,受资源短缺危机较大的影响,高层建筑也以“生态节能型”为建筑目标。在“生态节能型”建筑物的设计中,对整个城市影响较小的高层建筑主体下的裙房,对于街道的宽度和人情化空间创造的影响却很大。裙楼立面设计与其上部的立面不一样,为了增加其下部空间的色彩,它需要全面而又细致的设计,这主要与部分的裙房和公众视觉接触较多的原因有很大关系。对整个建筑形象起到强化个性作用的高层建筑屋顶,对生态环境影响较小,但在塑造高层建筑的标志方面却有很大的影响作用,所以,很有必要根据建筑的基座和楼身两方面进行塑造高层建筑物的屋顶。3.高层建筑结构的详细分析3.1维结构分析中简化模型的引入由于高层建筑的结构是由简体框架、剪力墙三者经过水平平楼板连接构成的。所以,从三维空间结构对其进行精确而又完全的分析还存在一定的难度。尤其在每种实用的分析方法中,要引入多种程度不一的简化适应于计算模型。以下几个基本假定在高层建筑中较为常见:3.1.1p—小变形假定通常情况下,在高层建筑结构分析的基本假定中,小变形假定被使用得较多。很多研究人员从几何非线性方面,也就是P—△效应,对其进行详细的研究。得出这样的注意事项:当顶点水平位移与建筑物的高度比值大于0.2%时,就需要高度重视P—△效应的影响程度。3.1.2剪力墙体系中的刚度板局限一般采用现构体系的方法来计算,传统发现和折在高层建设结构的分析中,存在注重自身平面内的刚度无限大,忽略平面外的刚度的现象十分严重。这一假定不仅减少了结构位移的自由度,简化计算方法的同时,还为筒体结构的计算使用空间薄壁杆件理论创造了良好的条件。通常情况下,使用刚性楼板假定在框架体系和剪力墙体系中是完全可行的。但对于有突变的竖向刚度结构来说,影响楼板变形也较大。例如一些楼板刚度不大、层数不多、主要抗侧力的构件间距太大等一些情况,特别是在结构底部、顶部每层内力、位移的影响效果更为显著。针对这些问题,要适当采取一些调整的措施。3.1.3直荷载中高层建筑结构的弹性现阶段,弹性假定的计算方法,在工程的高层建筑结构分析方法中使用得较为广泛。特别是在垂直荷载中,高层建筑结构处于弹性工作阶段时间较久,弹性假定与实际工作状况相吻合。可是,遇到地震或者较大强风等自然灾害时,其结构就会因位移幅度较大产生裂缝现象,从而步入弹塑性工作阶段。为了能反映出高层建筑结构的真实工作状态,只能在设计中使用弹塑性动力分析方法。3.1.4公共节点的位移协调一般情况下,对高层建筑结构体系整体的三维空间分析主要选用计算图形假定方法。二维协同的分析并没有把抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调纳入考虑的范围之中,此外,对抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度也没有给予高度的重视。对精通杆单元进行三维空间分析的每一节点,只有六个自由度,如果从符拉索夫薄壁杆理论进行分析,还少了一个截面翘曲自由度。4.高层建筑结构静载分析4.1等效连续化方法从计算模型处理手法角度进行分析,筒体结构的分析方法可划分为三维空间分析、等效连续化以及等效离散化三种方法。以下主要介绍等效连续化和等效离散化两种方法。等效连续化方法是对结构中的离散杆件进行等效连续化处理的。处理的方法主要有两种,其一,为了方便应用连续函数描述其内力,只在几何分布上进行连续化;其二,为了能更好地应用和分析弹性薄板的各种有效方法,主要作几何和物理上的连续处理,把离散杆件代换成等效的正交异性弹性薄板。为了便于应用适合杆系结构的方法进行分析,等效离散化方法把连续的墙体离散为等效的杆件。这种方法主要是由平面构架子结构法和核心筒的构架分析法构成的。4.2截面应力在不同类型的墙体中的分布剪力墙开洞情况可以直接决定剪力墙的受力特征和变形状态。由于受力具有很多的特性,单片剪力墙被划分特殊开洞墙、单肢墙、联肢墙、框支墙以及小开口整体墙等多种类型。受剪力墙类型不同的影响,其截面应力也有很多的分布。通常情况下,所以对其内力和位移的计算要选择对应的方法。对剪力墙结构进行计算时,多使用平面有限单元法,这种方法不仅精确,还比较适应多类剪力墙的结构计算中。受其自由度过多的影响,需要耗费过多的机时。所以,现阶段对应力侵略较为复杂的情况使用这种方法,例如:框支墙的过渡层和特殊开洞墙等情况。4.3各种方法的对比虽然对框架——剪力墙结构内力和位移进行计算的方法有很多种,但通常情况下,使用连梁连续化假定的方法还是较多的。通过剪力墙和框架水平进行位移或者转角相等的位移协调,可以建立相关于位移与外荷载间的微分方程进行解答。受选用未知量和考虑因素不同等因素影响,每种方法解答的形式也存在很大的不同之处。一般情况下,使用杆系结构矩阵位移的方