高层建筑结构的竖向与水平结构体系有哪些？

2024-08-20

高层建筑结构的竖向与水平结构体系有哪些？（通用2篇）

高层建筑结构的竖向与水平结构体系有哪些？篇1

1 一次加载法

为了计算的方便, 目前很多设计软件在计算高层混合结构的荷载效应时, 都采用一次加载的方法, 即假定结构已经建成, 之后将全部荷载一次性的施加在结构上 (图1) 。一次加载方法编程简单, 计算机耗时较少, 但是会引起结构竖向位移和内力失真。很明显, 这种方法没有考虑到具体的施工过程。一般而言, 高层建筑结构的施工是由下而上逐层施工的, 并且每施工完一层后, 会对楼层标高进行找平。已经完工的下部结构不会对正在施工层的结构部件的内力及竖向变形差产生影响, 结构的竖向位移远小于一次加载时的结果[3]。

2 近似模拟施工法

很多学者逐渐发现一次加载法存在较多缺点, 不能够真实地模拟出实际结构的施工过程, 于是在一次加载法的基础上提出了近似模拟施工的方法, 在这种方法中采用全结构刚度矩阵。对于一n层结构, 假定如下:第i层结构的内力由i层以上的竖向荷载产生;在施工过程中已经对i层以下的结构标高进行了找平补偿;i层以下的结构可以视为弹性支座进行下一步的分析;顶层竖向位移仅由顶层荷载产生。这种方法与一次加载法相比, 更加接近实际情况。近似模拟施工的方法可以用下式表示

其中, [K]为全结构刚度矩阵;[Δ]为位移矩阵, qi (i=1, …, n) 为第i层荷载。当求第i层内力时, 用第i列右端项。

近似模拟施工过程的方法比一次加载更接近结构的实际受力状况, 但由于其结构的刚度矩阵选取的是全结构的刚度矩阵, 与实际的施工过程不相符。

3 精确模拟施工过程法

当不考虑混凝土的收缩徐变时, 对于一个n层框架结构, 可以将其看成由n个子结构构成, 子结构所含的层数在1~n之间连续变化。施工时, 层数不断增加, 子结构的层数也不断叠加, 每一个子结构只承受该子结构的顶层荷载 (图2) 。这种方法称为精确模拟施工过程方法。

用Fi, j表示第j个子结构在相应荷载作用下第i层构件的内力, 则第i层构件的最终内力Fi可用表示为假设第j个子结构在相应的荷载作用下第i (i=1, ···, j) 层节点的最大竖向位移是 , 最小的竖向位移是为竖向变形差;由于在施工第i层时, 对第i-1层的竖向变形差Δdi-1, i-1进行了找平, 相当于第i-1个子结构在第i-1层荷载作用下整体压缩si-1=dmini-1, i-1。用di, j表示第j个子结构中的第i层竖向位移, di和Δdi分别表示第i层的最终竖向位移和竖向变形差, 可用下式进行表示

采用该种方法时, 每一次加载结构的图形都不相同, n层的结构就要形成n次结构刚度矩阵, 进行n次内力分析。计算程序复杂度较高[4]。

4 算例

某10层混凝土框架结的柱网平面布置图如图3所示。柱子、梁截面尺寸见表1, 层高为4.05~8.0m。楼层上作用恒载为5.0kN/m2, 活载为1.0kN/m2。当不考虑施工过程的影响时, 在结构最顶部楼层施工完成后, 将荷载一次性的全部施加在结构上。当考虑施工过程的影响时, 荷载是随着施工进度逐层施加的, 在此, 假定每一层的工期均为12d;混凝土3d后形成强度;环境相对湿度设为70%;自重按施工进度线性施加。在建立模型时, F轴取为X轴方向, Y轴平行于 (7) 轴, Z轴为竖直向上。

4.1计算结果分析

为了便于说明问题, 由于 (8) 轴同时具有边柱与中柱, 因此选取 (8) 轴的一品框架为研究对象进行分析, 具有代表性。通过对一次加载与施工模拟的内力与位移进行对比, 得出相应的结论。整体结构的一次加载与施工模拟加载得到的内力与位移具有明显的差别, 对比两种分析结果, 差别主要表现在以下几个方面 (见表2) 。

5 结语

该文在高层混合结构竖向荷载下考虑施工过程的内力与竖向变形方法分析中, 对比一次加载法、近似模拟施工法、精确模拟施工过程法各种方法的优缺点。通过实例的剪力、弯矩、位移的对比分析, 初步探讨了一次加载和施工模拟对结构内力与变形的影响, 验证了施工模拟方法的优点及可靠性。

参考文献

[1]夏逸鸣.钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构的二阶非弹性分析[D].南京:东南大学, 2001.

[2]赵军, 杨绿峰.钢筋混凝土框架结构施工力学分析[J].广西大学学报, 2011, 36 (1) :59-63.

[3]陈祥福, 徐至钧, 赵锡宏, 廖少明.高层建筑设计与施工[M].北京:科学出版社, 2011.