建筑结构—结构高度由什么决定的?
结构高度由什么决定的?
如果我说结构高度由竖向构件决定的,你一定会说,王大师一定是喝多了,而且喝的还不是茅台,怎么这么武断呢?正确的说法有啊,结构高度由结构体系决定,同时还与结构布置方式、构件耗能能力、抗震等级、地震力大小等等因素有关。
但实际情况呢?你设计一个楼,3-5层,用框架结构;10来层,加上剪力墙,框架-剪力墙结构;50层呢,不但要加剪力墙,还要考虑其布置方式,比如形成筒,还要考虑筒的高宽比。由此,你恍然醒悟,“结构高度是由竖向构件决定的”。
看一下抗规的表6.1.1,8度区,0.2g。框架,梁柱体系,40m高;框架-剪力墙,梁柱体系加上剪力墙,立马变成100m;筒如果布置得当,比如筒中筒,还可以加个20m。
那横向构件的作用呢?横向构件,比如梁的作用是在竖向构件起作用的基础上对结构高度进行调整。
对照抗规表6.1.2,8度,设计一个30m高的楼。框架,需抗震等级一级,如果延性差点,做成抗震等级二级,只能做24m高。框架-剪力墙,框架可做成二级,即框架的耗能要求可以降低些,为什么,因为上了剪力墙,这时“剪力墙”这个竖向构件是主要抗侧力构件,框架可以歇歇了;如果进一步做成框架(重力体系)-剪力墙(抗侧力体系),框架可做成四级,真的可以洗洗睡了,虽然抗规没有这个体系。以上分析说明,“结构高度是由抗侧力构件决定的”,进一步可以说,“结构高度由竖向构件决定”。
再看钢结构,抗规表8.1.1。8度,0.2g。你可能会说,为什么你只提8度,因为小于8度,属于低烈度区,不好意思提抗震。框架,梁和柱,限高90m;框架-支撑,框架还是那个框架,
但高度增到了180m,什么起作用,抗侧力构件-支撑;改成偏心支撑,增加了横向构件-梁的延性,不过增加了20m,高度只增加了10%;把支撑做成筒,不过才260m,还是200m的数量级。
综上,强震区,混凝土结构梁柱体系高度是50m数量级,加墙,翻倍到百米;钢结构梁柱体系的高度是百米量级,加撑,翻倍到200m。因此,要想长得高,就选钢结构,切记-加撑!
结构高度由什么决定的?
由上文“结构高度由什么决定的”可知,经引经据典得出结论,“结构高度是由竖向构件决定的”。我想大家对此的感觉是不能说不对,但总觉得缺点什么。接下来我们就将缺的那部分补上。
我们知道,结构高度限值来源于抗震。如果没有地震,我们一般不谈结构高度限值。只要自重压不垮、风刮不倒,结构想盖多高盖多高。但地震的出现改变了结构高度的概念,强
震区大震下结构要屈服,而结构的延性或耗能能力是有限的,一般来讲,地震使结构的延性需求随结构高度的增加而增大,由此产生了抗震结构的高度限值。
框架是什么意思缕清了这一点我们就明白结构高度限值与地震下结构的耗能能力有关。结构的耗能能力与水平构件如梁和竖向构件如柱都有关。但梁耗能能力散尽后只是梁失效,结构还在那。只有柱耗能能力散尽柱失效后才会出现结构倒塌。所以结构竖向构件决定结构高度的含义实质为竖向构件是保证结构大震不倒的主要力量。那么为什么剪力墙的延性没有框架柱好反而由它构成的结构可以设计的更高呢?这是因为剪力墙侧向变形小,结构的二阶效应小。这又引出一个概念,“结构的破坏源自构件的承载力失效,而结构的倒塌源自结构二阶效应的放大”。
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