高层建筑结构设计中结构体系的选择(第2页)
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2.1框架结构体系
框架结构受风力或其他水平力影响下侧向位移可以分为两个部分。第一部分侧向位移主要是梁或者柱在剪力作用下引起的弯曲导致的。梁和柱上通常还设有反弯曲点,通过这些反弯点,能使结构整体变形为剪切变形。剪力的分布为下层框架结构大,上层框架架构小,层间位移分布与剪力的分布相同。第二部分侧向位移由柱中的轴向变形引起,而轴向变形是由于框架整体所产生的悬臂作用。由剪切变形引起的第一部分侧向位移较大,框架结构的缺陷就在于其变形较大,抵抗侧向位移的刚度较小,导致应用框架结构体系的高层建筑往往高度有限制。
2.2剪力墙结构体系
剪力墙结构,顾名思义是指应用高层建筑的墙体来作为竖向承重的结构体系,并且还可抵抗水平力作用。剪力墙体系广泛应用在各种10-30层左右的高层建筑中,剪力墙的延性系数一般在3-5之间。将剪力墙底层作为框架时,又可以称之为框架-剪力墙结构体系。
2.3框架-剪力墙结构体系
框架在承受水平力的作用时通常为剪切变形,而剪力墙则呈现弯曲变形,框架-剪力墙体系就是将框架和剪力墙用楼板进行连接,二者变形结合为弯剪型变形。剪力墙通常承担80%以上的水平力作用。在高层建筑整体中,上层由框架抵抗大部分水平力作用,下层由剪力墙抵抗大部分水平力作用,二者结合提高了高层建筑结构整体刚度。框架剪力墙的结构体系还能减少层间的变形量以及定点位移量的减少,可以提高整体结构的刚度。框架-剪力墙的结构广泛应用于20-40层的高层建筑,特别是塔式建筑。
2.4筒体结构体系
筒体结构多应用在30-40层的较高层建筑上,筒体结构体系的强度和刚度比剪力墙或框架-剪力墙结构都要好。筒体结构通常可分为三种。
2.4.1框筒结构。框筒通常指墙体上开洞后形成的空腹筒体。开洞之后,柱中的正应力分布曲线为抛物线,这是剪力滞后的现象在横梁变形中的体现,应力集中现象出现在角柱中。框架又可以分为翼缘框架和腹板框架。翼缘框架在方向上与水平力相互垂直,主要可以承担整体结构由于拉压所引起的轴力,对倾覆力矩的抵抗力较强,腹板框架与水平力方向相同,主要承担水平方向剪力。筒体结构为了保持密排柱和窗裙梁的尺寸,框筒的布置如下:立柱中距一般在1.2-3.0m之间,有需要时可以达到4.5m,横梁高度一般在0.6-1.2m范围内,宽在0.3-0.5m之间。
2.4.2筒中筒结构。一般在国外50层以上的高层建筑中应用广泛,主要由内外两个筒体结合而成。内筒一般是剪力墙薄壁筒,外筒是框筒(由密柱组成)。有较好的抗震、抗风性能。
2.4.3成束筒结构。主要由多个剪力墙薄壁筒体组合而成,筒体通常都较小,主要应用在平面形状较为复杂的高层建筑中。
3、结束语
高层建筑的结构设计对结构整体的刚度要求较普通建筑要高,由于层高所带来的多种因素都要综合考虑,是一个复杂且困难的问题,解决方案较多,通常应选择经济且最为安全可靠的结构体系来抵抗相关的水平力作用引起的各种变形。在设计高层建筑时要注意认真按照设计原则和规范,才能建造出优质的高层建筑。
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