浅谈高层建筑结构位移控制

侯丽红

【摘 要】介绍了规范对高层建筑结构设计位移控制的规定,论述了高层建筑层间位移角、剪切变形等的相互关系,以使高层建筑结构层间位移控制满足规范要求,保证高层建筑必要的刚度. 【期刊名称】《山西建筑》 【年(卷),期】2010(036)003 【总页数】2页(P91-92)

【关键词】高层建筑;位移控制;层间位移角;剪切变形 【作 者】侯丽红

【作者单位】大同市建筑设计研究院,山西大同,037006 【正文语种】中 文 【中图分类】TU973

高层建筑层数多、高度大,为保证高层建筑必要的刚度,应对其层间位移加以控制。这个控制实际上是对构件截面大小、刚度大小的相对指标。国外一般对层间位移角(剪切变形角)加以限制,它不包括建筑物整体弯曲产生的水平位移,而且数值较宽松。在正常使用条件下,限制高层建筑结构层间位移的主要目的有以下两点:1)保证主结构基本处于弹性受力状态,对钢筋混凝土结构来讲,要避免混凝土墙或柱出现裂缝;同时,将混凝土梁等楼面构件的裂缝数量、宽度和高度限制在规范允许范围之内。2)

保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好,避免产生明显损伤。对高层建筑结构位移合理适当的控制,不但是保证高层建筑结构和非结构构件安全所必需的,而且也是最终达到经济合理的重要因素,下面对此问题作一些探讨。 1 高层建筑结构相邻楼层的侧向刚度关系

高层建筑结构设计中,不仅要求结构具有足够的承载力,而且必须使结构具有足够的、抵抗侧向力的刚度,使结构在水平力作用下产生的侧向位移限制在规范规定的范围内。

高层规程对相邻楼层侧向刚度有如下的限制(地震区):1)高层建筑结构楼层侧向刚度不宜小于相邻楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。2)A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%,不应小于其上一层受剪承载力的65%;B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。以上通过相邻楼层的侧向刚度比和相邻楼层的受剪承载力比来控制层刚度沿高度的变化,使结构的侧向刚度从下到上逐渐均匀变化,不出现层刚度的突变。 2 水平力是影响高层建筑结构位移的主要因素

在低层和多层房屋结构中,水平力产生的影响较小,以抵抗竖向荷载为主,侧向位移小,通常忽略不计。在高层建筑结构中,随着高度的增加,水平力(风荷载或水平地震作用)产生的内力和位移迅速增大。如图1所示,把房屋结构看成一根最简单的竖向悬臂构件,轴力与高度成正比;水平力产生的弯矩与高度的二次方成正比;水平力产生的侧向顶点位移与高度的四次方成正比。

竖向荷载产生的轴力:N=WH。水平力产生的弯矩:1)均布荷载:M=qH2/2。2)倒三角形分布荷载:M=qH2/3。水平力产生的顶点侧向位移:1)均布荷载:Δ=qH4/8EI。2)倒三角形分布荷载:Δ=11qH2/120EI。其中,EI为竖向构件弯曲刚度。

3 高层建筑层间变形的参数及其相互关系

迄今,控制层间变形的参数有三种:即层间位移与层高之比(层间位移角);有害层间位移角;区格广义剪切变形。

1)层间位移与层高之比(简称层间位移角)。

2)有害层间位移。

其中,θi,θi-1分别为 i层上、下楼盖的转角,即 i层、i-1层的层间位移角。 3)区格广义剪切变形(简称剪切变形)。

rij=θi-θi-1,j=(Ui-Ui-1)/hi+(Vi-1,j-Vi-1,j-1)/Li。

其中,rij为区格ij剪切变形;i为区格所在层次;j为区格所在序号;θi-1,j为区格ij下楼盖的转角,以顺时针为正;Li为区格ij的宽度;Vi-1,j,Vi-1,j-1分别为相应节点的竖向位移。

如上所述,从结构受力与变形的相关性来看,参数rij即剪切变形较符合实际情况;但就结构的宏观控制而言,参数θi即层间位移角又较方便。层间位移控制是一个宏观的侧向控制指标,现行规范采用了层间最大位移与层高之比ΔU/h,即层间位移角θ作为控制指标。

4 规范对于高层建筑位移控制的规定

规范规定:高规规定按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比ΔU/h和层间位移与薄弱层楼层高度或单层厂房上柱高度之比ΔUp/h不宜超过表1的限值。 表1 按弹性方法计算的高层结构位移的限值结构类型 ΔU/h ΔUp/h框架 1/550 1/50框架—剪力墙、框架—核心筒、板柱—剪力墙 1/800 1/100筒中筒、剪力墙 1/1 000 1/120框支层 1/1 000 1/120 5 结语

1)对于层间位移控制满足要求的设计,既保证了各层抗侧力构件的安全与抗裂性,又保证了非结构构件不会损坏。2)位移控制值的取用直接关系到结构抗侧力体系的刚度、材料耗用和造价。3)当结构位移较大时,对P—Δ效应的考虑十分重要。 参考文献:

【相关文献】

[1] 方鄂华,钱稼茹,叶列平.高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2003. [2] 李国胜.怎样当好建筑结构设计专业负责人[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.