摘 要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是中的思路和結(jié)構(gòu)分析在設(shè)計(jì)階段非常重要，關(guān)系到整個(gè)建筑本身的穩(wěn)定和質(zhì)量，所以對(duì)這兩方面的研究就顯得十分重要，本文就設(shè)計(jì)中的荷載、側(cè)力、內(nèi)力、彎矩等進(jìn)行分析，探討了結(jié)構(gòu)分析的參數(shù)等問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、分析
中圖分類號(hào)：TU3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路
（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
多層和高層結(jié)構(gòu)的差別主要是層數(shù)和高度。但是，多層和高層建筑結(jié)構(gòu)沒(méi)有實(shí)質(zhì)性差別，它們都要抵抗豎向及水平荷載作用，從設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方法而言，基本上是相同的。但是在高層建筑中，要使用更多結(jié)構(gòu)材料來(lái)抵抗外荷載，特別是水平荷載，因此抗側(cè)力結(jié)構(gòu)成為本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)要滿足更多的要求，尤其自身有別于多層建筑的特殊要求和設(shè)計(jì)特點(diǎn)。設(shè)計(jì)過(guò)程中主要把握以下幾個(gè)方面。
1、水平荷載成為控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素。結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度的關(guān)系，除軸向力與高度成正比之外，彎矩和位移隨高度都呈指數(shù)曲線上升，因此，隨著高度的增加，水平荷載將成為控制因素。水平力作用下結(jié)構(gòu)是否優(yōu)化，材料用量將有很大差別。
2、特別是在地震區(qū)，隨著層數(shù)的增加，地震作用對(duì)高層建筑危害的可能性也比對(duì)多層建筑大，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)受到加倍重視，本工程位于非地震區(qū)，無(wú)需進(jìn)行地震作用計(jì)算，仍需要考慮抗震的構(gòu)造措施。
3、側(cè)移成為控制指標(biāo)。與多層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而應(yīng)將結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移控制在某一限度之內(nèi)。
4、軸向變形不容忽視。高層建筑中豎向荷載數(shù)值很大，使得柱產(chǎn)生較大的軸向變形，從而會(huì)使得連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大。軸向變形還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，需要根據(jù)軸向變形的計(jì)算值調(diào)整下料長(zhǎng)度進(jìn)行。另外軸向變形對(duì)構(gòu)件的剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，如不考慮構(gòu)件豎向變形將會(huì)得出偏于不安全的計(jì)算結(jié)果。
（二）結(jié)構(gòu)分析的基本假定
要對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是十分困難的。為了簡(jiǎn)化計(jì)算模型，各種實(shí)用的分析方法都做了一些基本假定。
1、彈性假定。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況。目前，工程上實(shí)用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計(jì)算方法。
2、小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。一般認(rèn)為，當(dāng)頂點(diǎn)水平位移與建筑物高度的比值小于1 /500時(shí)，小變形假定基本適用。
3、剛性樓板假定。許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無(wú)限大，而平面外的剛度則忽略不計(jì)。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡(jiǎn)化了計(jì)算方法，并為采用空間薄壁桿件理論計(jì)算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)框架體系和剪力墻體系采用這一假定是可行的。
4、計(jì)算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計(jì)算圖形有一維協(xié)同分析、二維協(xié)同分析和三維空間這三種假定。按一維協(xié)同分析時(shí)，只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個(gè)位移自由度方向上的變形協(xié)調(diào)。一維協(xié)同分析是各種手算方法采用最多的計(jì)算圖形。
二、結(jié)構(gòu)分析的基本原則
三、整體參數(shù)的設(shè)定
（一）振型的組合數(shù)。在進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)需考慮振型的數(shù)量。數(shù)量太少將使計(jì)算結(jié)果失真;數(shù)量太多，不僅浪費(fèi)時(shí)間，還可能使計(jì)算結(jié)果發(fā)生畸變�！陡咭�(guī)》規(guī)定，抗震計(jì)算時(shí)宜考慮平扭藕聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不宜小于15。一般而言，當(dāng)結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)層剛度突變較大時(shí)，振型數(shù)應(yīng)當(dāng)取得多些，如有彈性節(jié)點(diǎn)、多塔樓、轉(zhuǎn)換層等結(jié)構(gòu)形式。
(二)最大地震力的作用方向。地震沿著不同方向作用時(shí)，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)的大小也各不相同，使得結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)值最大最不利的作用方向，即為最大地震力的作用方向。最大地震力作用方向可由設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)計(jì)算輸出，如該角度絕對(duì)值大于巧度，應(yīng)將該數(shù)值重新輸入到軟件的“水平力與整體坐標(biāo)夾角”選項(xiàng)里并重新計(jì)算，以考慮最不利地震力的作用方向的影響。
(三)結(jié)構(gòu)的基本周期是計(jì)算風(fēng)荷載的重要指標(biāo)。如果設(shè)計(jì)人員不知道其準(zhǔn)確值，計(jì)算時(shí)可先設(shè)為缺省值，待計(jì)算之后從計(jì)算書中讀取其值，并填入軟件的“結(jié)構(gòu)基本周期”選項(xiàng)，重新進(jìn)行計(jì)算。
上述的計(jì)算目的是將這些對(duì)全局有控制作用的整體參數(shù)先行計(jì)算出來(lái)，正確設(shè)置，否則其后的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差別很大。
四、結(jié)構(gòu)體系的合理性分析
規(guī)范特別強(qiáng)調(diào)了整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析是為了解結(jié)構(gòu)在地震作用下動(dòng)力特性、判斷結(jié)構(gòu)的變形是否滿足抗震設(shè)防要求，以及進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)。規(guī)范中用于控制整體結(jié)構(gòu)合理性的指標(biāo)主要是周期比、位移比、剛度比、剛重比和剪重比等。
(一)周期比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)。周期比是結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期之比。限定周期比的目的是使抗側(cè)力的構(gòu)件的平面布置更有效更合理，使結(jié)構(gòu)不至于出現(xiàn)過(guò)大的扭轉(zhuǎn)。也就是說(shuō)，限定周期比是使得結(jié)構(gòu)承載布局合理�！陡咭�(guī)》對(duì)周期比的限值給出了規(guī)定。如果周期比不滿足規(guī)范的要求，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，設(shè)計(jì)人員應(yīng)增大結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的剛度，降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度，以增大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。計(jì)算軟件通常不直接給出結(jié)構(gòu)的周期比，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)計(jì)算書中周期值自行判定第一扭轉(zhuǎn)和第一平動(dòng)周期，然后計(jì)算得出周期比。
(二)層間位移比(位移比)是控制結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性的重要指標(biāo)。位移比為最大層間位移與平均層間位移的比值。在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高規(guī)》中均對(duì)位移比的限值作了明確的規(guī)定。需要指出的是規(guī)范中規(guī)定的位移比限值是按剛性板假定得出的，如在結(jié)構(gòu)模型中設(shè)定的是彈性板，則必須在軟件參數(shù)設(shè)置時(shí)選擇“對(duì)所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定”，以計(jì)算出正確的位移比。在得出的位移比值滿足要求之后，去掉“對(duì)所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定”的選擇，按彈性樓板假定進(jìn)行后續(xù)配筋計(jì)算。
(三)剛度比是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。根據(jù)《抗震規(guī)范》和《高規(guī)》的要求，軟件分別提供了地震剪力與地震層間位移比，剪切剛度和剪彎剛度的計(jì)算方法。正確認(rèn)識(shí)這三種剛度比的計(jì)算方法和適用范圍是剛度比計(jì)算的關(guān)鍵。地震剪力與地震層間位移比可用于判斷地下室頂板能否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及對(duì)地下室嵌固條件的判定。剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。
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