高层结构选型和结构设计问题探究

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1、高层结构选型和结构设计问题探究　　摘要：在高层建筑的结构工程设计中，设计人员往往忙于应付大量的具体工作，不够重视结构经济性问题，导致同一工程不同人员设计，造成造价差别别极大，浪费现象严重，如今我国的房地产业正在经历蓬勃发展，房价高起的关键时刻，这对高层住宅的结构优化设计进行探讨，降低高层建筑的造价成本，有着非常重要的现实意义。关键词：高层结构；结构设计中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：1、引言6现代高层建筑的出现是在19世纪，1884-1885年美国芝加哥建成了11层的家庭保险大楼，是用铸铁和钢建造的框架结构，开创了现代高层建筑结构的技术途径。我

2、国的现代高层建筑起步较晚，改革开放之后随着综合国力提高，高层建筑才开始大批建造。如1977年建成的112.5m高的广州白云饭店，第一次突破了10Om高度;北京饭店东楼(18层，87米)是当时北京8度抗震设防的最高建筑;1997年完工的上海金茂大厦的结构高度为395米，建筑高度为421米;2008年竣工的上海环球金融中心高460米，为世界第一高楼，目前上海建设中心正在建设之中，建成之后高580米，将刷新上海的第一高楼的高度。诸如此类高层建筑，结构的选型分析很重要，选型的方式决定结构的分析方式，下面本文就以结构的选型分析开始下面内容。2、高层建筑结构分析的基本

3、假定要对高层建筑结构完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。为了简化计算模型，各种实用的分析方法都做了一些基本假定。(l)弹性假定。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。目前，工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。(2)小变形假定。小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。一般认为，当顶点水平位移与建筑物高度的比值小于1/500时，小变形假定基本适用。(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位

4、移的自由度，简化了计算方法，并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是可行的。3、高层建筑结构分析的基本原则3.1整体参数的设定6开始结构计算时，首先需要根据规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述，以及工程的实际情况，对正确设置软件的初始参数。其中有几个关系到整体计算结果的参数，必须事先确定其合理取值，才能保证后续计算结果的正确性。这些参数包括振型的组合数、最大地震力的作用方向和结构的基本周期等。(l)振型的组合数。在进行抗震计算时需考虑振型的数量。数量太少将使计算结果失真;数量太多，不仅浪费时间，还可

5、能使计算结果发生畸变。《高规》5.1.13-2条规定，抗震计算时宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应，振型数不宜小于15。一般而言，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，振型数应当取得多些，如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。(2)最大地震力的作用方向。地震沿着不同方向作用时，结构的地震反应的大小也各不相同，使得结构的地震反应值最大最不利的作用方向，即为最大地震力的作用方向。最大地震力作用方向可由设计软件自动计算输出，如该角度绝对值大于巧度，应将该数值重新输入到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算，以考虑最不利地震力的作用方向的影响。6(3)结构

6、的基本周期是计算风荷载的重要指标。如果设计人员不知道其准确值，计算时可先设为缺省值，待计算之后从计算书中读取其值，并填入软件的“结构基本周期”选项，重新进行计算。上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来，正确设置，否则其后的计算结果与实际差别很大。3.2结构体系的合理性分析规范特别强调了整体结构的科学性和合理性。对结构进行整体分析是为了解结构在地震作用下动力特性、判断结构的变形是否满足抗震设防要求，以及进行构件截面设计。规范中用于控制整体结构合理性的指标主要是周期比、位移比、刚度比、刚重比和剪重比等。(l)周期比是控制结构扭转效应的重要

7、指标。周期比是结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比。限定周期比的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理，使结构不至于出现过大的扭转。也就是说，限定周期比是使得结构承载布局合理。《高规》第4.3.5条对周期比的限值给出了规定。如果周期比不满足规范的要求，说明该结构的扭转效应明显，设计人员应增大结构周边构件的刚度，降低结构中间构件的刚度，以增大结构的整体抗扭刚度。计算软件通常不直接给出结构的周期比，需要设计人员根据计算书中周期值自行判定第一扭转和第一平动周期，然后计算得出周期比。6(2)层间位移比(位移比)是控制结构平面不规则性的重要指标

8、。位移比为最大层间位移与平均层间位移的比值。在《建筑抗震设计规范》