淺談高層建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和應用1資料(已改無錯字)
2023-07-18 18:15:21 本頁面
【正文】 大，比框筒結(jié)構(gòu)更能充分利用材料。（4）多筒結(jié)構(gòu)—成束筒結(jié)構(gòu):成束筒是由若干單筒集成一體成束狀，形成空間剛度極大的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。自下而上逐漸減少筒體數(shù)量的處理手法，使高層建筑結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟合理。但這些逐漸減少的筒體結(jié)構(gòu)，應對稱于建筑物的平面中心。 采用筒體結(jié)構(gòu)建筑的京基金融中心 京基金融中心位于深圳，2007年11月破土動工，2011年建成并投入使用。98層，高439m，與地王大廈遙相呼應，珠聯(lián)璧合，成為深圳又一標志性建筑。在設計高度達588m的平安國際金融中心2014年建成之前，京基金融中心將成為深圳第一高樓，深圳的新地標。 該樓為鋼與鋼筋混凝土的混合結(jié)構(gòu)，為筒中筒結(jié)構(gòu)。內(nèi)筒為鋼筋混凝土核心筒（20層以下的混凝土墻內(nèi)配有H型鋼），外筒由16根箱型鋼管混凝土柱組成（東西兩側(cè)設有巨型斜撐），在設備層和避難層設有伸臂桁架與外框柱相連接。 巨型結(jié)構(gòu)巨型結(jié)構(gòu)。利用筒體作為柱子，在各筒體之間每隔數(shù)層用巨型梁相連，筒體和巨型梁即構(gòu)成巨型框架。 巨型框架結(jié)構(gòu)示意圖巨型框架具有很大的承載能力和側(cè)向剛度。由于它可以看作是由兩級框架組成，第一級為巨型框架，是承載的主體；第二級是位于巨型框架單元內(nèi)的輔助框架（只承受豎向荷載），也起承載作用。因此，這種結(jié)構(gòu)是具有兩道抗震防線的抗震結(jié)構(gòu)，具有良好的抗震性能。 采用巨型框架結(jié)構(gòu)的臺北101大樓臺北101大樓（又稱臺北國際金融中心）位于臺北，2003年建成。地上101層，地下5層，高508m，是目前世界第二高樓，為鋼與鋼筋混凝土的混合結(jié)構(gòu)。大樓采用正方對稱的巨型框架結(jié)構(gòu)，在大樓的4個外側(cè)分別各有2根巨柱（共8根），自地下5樓貫通至地上90樓，柱內(nèi)灌入高性能混凝土，外以鋼板包覆。 3 高層建筑結(jié)構(gòu)的設計特點由于高層建筑的各片豎向平面結(jié)構(gòu)（或稱抗側(cè)力結(jié)構(gòu)）的剛度、形式并不相同，變形特征也不一樣，導致其不能簡單地像一般房屋那樣由受荷面積和間距對荷載進行分配，否則會使抗側(cè)力剛度大的結(jié)構(gòu)分配到的水平力過小。因此，首先需要了解高層建筑結(jié)構(gòu)的特點。 水平荷載成為設計的決定性因素對一般建筑物，其材料用量、造價及結(jié)構(gòu)方案的確定主要由豎向荷載控制，而在高層建筑結(jié)構(gòu)中，高寬比增大，水平荷載(包括風力和地震力)產(chǎn)生的側(cè)移和內(nèi)力所占比重增大，成為確定結(jié)構(gòu)方案、材料用量和造價的決定因素。其根本原因就是側(cè)移和內(nèi)力隨高度的增加而迅速增長。例如一豎向懸臂桿件在豎向荷載作用下產(chǎn)生的軸力僅與高度成正比，但在水平荷載作用下的彎矩和側(cè)移卻分別與高度呈二次方和四次方的曲線關(guān)系。 結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度的關(guān)系因此，當建筑物達到一定高度或?qū)訑?shù)之后，內(nèi)力和位移均急劇增加。，除了軸向力N與高度成正比外，彎矩M與位移Δ都呈指數(shù)曲線上升，因此，隨著高度的增加，水平荷載將成為控制結(jié)構(gòu)設計的主要因素，結(jié)構(gòu)側(cè)移成為結(jié)構(gòu)設計的主要控制目標。 側(cè)移成為設計的控制指標在高層建筑結(jié)構(gòu)中，除了像多層和低層房屋一樣進行強度計算外，還必須控制其側(cè)移的大小，以保證高層建筑結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，避免側(cè)移過大。（1）結(jié)構(gòu)頂點的側(cè)移與結(jié)構(gòu)高度的四次方成正比（2）結(jié)構(gòu)的側(cè)移與結(jié)構(gòu)的使用功能和安全有著密切的關(guān)系；過大側(cè)移會使人產(chǎn)生不安全感；過大側(cè)移會使填充墻和主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或損壞，影響正常使用；因P△效應而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，甚至破壞。 軸向變形的影響在設計中不容忽視在一般房屋結(jié)構(gòu)分析中，通常只考慮構(gòu)件彎曲變形的影響，而忽略構(gòu)件軸向變形和剪切變形的影響，因為一般來說其構(gòu)件的軸力和剪力產(chǎn)生的影響很小。而對于高層建筑結(jié)構(gòu)，由于層數(shù)多、高度高，軸力很大，從而沿高度逐漸積累的軸向變形很顯著，中部構(gòu)件與邊部、角部構(gòu)件的軸向變形差別大，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配的影響大，因而構(gòu)件中的軸向變形影響必須加以考慮；（1）豎向荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)軸向變形對其內(nèi)力及變形的影響。（2）水平荷載的影響水平荷載作用下，使豎向結(jié)構(gòu)體系一側(cè)構(gòu)件產(chǎn)生軸向壓縮，另一側(cè)構(gòu)件產(chǎn)生軸向拉伸，從而產(chǎn)生整體水平側(cè)移。 延性成為結(jié)構(gòu)設計的重要指標相對于低層建筑而言，高層建筑更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取適當?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。（1）延性表示構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，具有承載能力不降低、具有足夠塑性變形能力的一種性能。（2）結(jié)構(gòu)的抗震性能決于其“能量吸收與耗散”能力的大小，即決于結(jié)構(gòu)延性的大小。（3）為了保證結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，除承載力、剛度外，還需要有較好的延性。可通過加強結(jié)構(gòu)抗震概念設計，采取恰當?shù)目拐饦?gòu)造措施來保證。 動力效應大結(jié)構(gòu)本身的特點不同，如結(jié)構(gòu)的類型與形式，結(jié)構(gòu)的高度與高寬比，自振周期與材料的阻尼比等的不同，結(jié)構(gòu)受到地震作用或風荷載作用時，產(chǎn)生的動力效應嚴重影響結(jié)構(gòu)物的正常使用，甚至造成房屋的破壞。 扭轉(zhuǎn)效應大當結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布、剛度分布不均勻時，高層建筑結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下容易產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)作用，扭轉(zhuǎn)作用會使抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)移發(fā)生變化，影響各個抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其他構(gòu)件的內(nèi)力與變形。 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和抗傾覆必須重視結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定和抗傾覆問題。在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，應該重視結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生整體失穩(wěn)的破壞情況。 溫差過大產(chǎn)生的溫度應力及變形大當建筑物高度很大時，結(jié)構(gòu)內(nèi)力與上下的溫差過大而產(chǎn)生的溫度內(nèi)力和溫度位移也是高層建筑結(jié)構(gòu)的一種特點。 4 高層建筑結(jié)構(gòu)設計時選定結(jié)構(gòu)體系需要注意的問題 結(jié)構(gòu)的平面形狀及立面型式高層建筑結(jié)構(gòu)要抵抗水平和豎向荷載作用，高層建筑結(jié)構(gòu)中的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)成為結(jié)構(gòu)設計中的主要問題。因此，平面形狀宜簡單、規(guī)則、對稱，避免過多的外凸、內(nèi)凹。在抗震結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)體型、布置，構(gòu)造措施的好壞比計算是否精確更直接影響結(jié)構(gòu)的安全。平面和體型的選擇必須在綜
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