浅谈高层建筑结构位移控制

苏少丽

【摘要】在建筑领域世界各国都对高层的建筑结构中的位移控制进行相应的规定， 本文对于高层建筑中常见的顶点的位移以及层位的位移和层间的位移等都都进行了相应的介绍，对于层位的位移以及层间位移之间的关系进行了介绍，对于在高层建筑结构中的位移控制相关的参数进行了计算，包括结构方面的计算，以及高层建筑的适宜的自身周期的计算，通过定量的计算描述了高层夹住位移的实质，并且结合理论研究对高层建筑结构中的位移控制提出了自己的意见和建议。

【关键词】高层建筑；位移种类；位移控制；周期；结构

1 引言

在高层建筑中不论是我国的建筑还是国外的建筑，建筑结构的位移一直存在一定的误差，这种误差由于影响其因素众多几乎无法进行精确控制，但是位移会对高层建筑造成非常不利的影响。所以在建筑领域对于高层建筑的结构位移控制都非常重视。在我国建筑行业中由国家主导和制定了高层建筑一系列的相关方面的规定。其中对于高层建筑中的位移控制有着非常严格的规定。并且在建筑行业已经出现了一些较为成熟的措施来处理所出现的位移。包括对保护的非结构性的隔墙的处理办法，使得其能够在一定程度上避免由于受到较大的力而使得其结构遭受到破坏。另外还能够在一定程度上保证该结构的相对稳定性。能够防止墙面因为位移而产生的裂缝等等。

通过笔者多年的建筑领域的工作经验来看，对于高层的建筑结构必须才需一定的措施来防止其产生位移的现象，要对潜在的可能出现的高层建筑的位移要采取相应的措施进行避免。高层建筑的位移控制对于高层建筑的结构性安全具有非常重要的意义。对于能够实现经济合理的设计方案也起到了至关重要的作用，本文对于高层建筑中的位移控制进行了探讨。

2 结构参数的确定

在结构设计的过程中结构中的刚性设计与柔性设计一直是一个矛盾，很多的结构设计都在积极的按照需求来找寻二者之间的平衡。在结构设计的过程中曾经出现过刚性以及柔性两个重要的派别。两个派别各自站在各自的角度来考虑问题。结构的刚性学派认为结构越刚那么其结构越好因为其抗震的能力就特别好，因为在刚性结构中设置了一定数量的剪力墙，这些剪力墙能够在很大程度上吸收掉多余的地震能量。但是刚性结构在使用上存在诸多的不便，也在很大程度上增加了系统的自重。使得相应的结构和基础的材料消耗过多。如果在风的作用下，剪力墙过多的话就会使得顶点以及层间的位移都比较小。但是从成本节约的角度以及安全的角度来讲这种做法也是没有必要的。而结构柔性的理论认为结构越柔的话那么相应的抗震能力就越好。所以这个派别在进行高层建筑结构设计的过程中往往将建筑的结构设计的柔性较强。但是这种做法没有经得住时间的检验，在地震发生的过程中，某些高层建筑结构分崩瓦解。即使是在风的作用下如果高层建筑的下部的结构柔性较强的话，那么也会产生较为严重的后果。在日本有很多柔性的建筑，在经历大地震的时候这些建筑都纷纷倒塌了。所以作为高层建筑来讲较好的结构形式是二者兼备，也就是在高层建筑中同时采用刚性结构以及柔性结构。

3 自振周期的范围

通过上述的讨论分析可以看出在高层建筑结构中较为好的实现形式就是在高層结构中即存在刚性的结构同时存在柔性的结构，但是二者存在的比例究竟如何分配，在相关的理论过程中却没有一定的理论为其做相应的支撑。也就是刚性结构在其中所占据的比例是很难确定的。所以目前工程上较为常用的来确定高层建筑结构组成的参数就是自振周期。如果当该结构的自振周期小于某一确定的阈值的时候，在出现较大的地震的过程中那么在地震的作用下结构的位移就能够实现控制就能够满足对于高层建筑结构位移控制的要求。但是如果自振的周期大于一定的已知阈值的时候，那么该结构柔性的成分可能占的就多一些那么就不能够在地震发生的时候满足相应的位移控制的要求。所以在结构设计之初就找出结构的柔性以及结构的刚性二者之间的阈值点，然后反演出相应的自振周期的阈值或者是找出二者之间的关系。那么就能够在设计的过程中有效的把握刚性和结构和柔性结构二者之间的结合，就能够在很大程度上设计出能够在地震发生的过程中其自身的位移就能够满足对于高层建筑的位移的控制。经过笔者研究得出了如下的确定合适的自振周期的方式。首先将建筑场地按照相应的建筑抗震设计标准的规范来进行分类，那么每一类都可以通过相应的计算公式来确定较为合适的理论的数值。这个数值是经过笔者多年的工作的经验所建立的经验参数库。然后在建筑工作者在建设高层建筑的过程中，就会采取相应的措施如在设计之初就将相应的参数设计好，然后就可以得到较好的刚性结构和柔性结构之比。

4 高层建筑位移种类及其相互之间的关系

高层建筑的位移种类主要有层位位移以及层间位移，也就是顶点的位移以及层位移和层间的位移等三种。所以从上述的论述可以看出，层位移是会累加的，下一层的层位移会累加到相应的上一层的层位移之上。然后的话就会造成层位移不断的累计，最终会使得某一层的位移累积数值比较大。同样可以知道定点的位移也是各个层位移累积总的数值和。对于每一层的建筑来讲，每一层中都会含有竖向的组成部分包括相应的剪力墙以及筒体和柱体等等。并且还包括相对应的横向的构件。对于剪力墙来讲在风的作用下每一层的楼层都会在同一时刻、同一位置产生相对应的位移，包括侧向的位移以及转过的角度和竖向的位移等。对于高层建筑，如果建筑的高度不是很高的时候那么其每一层的支撑柱的相应的位移都差不多。但是对于高度较大的高层建筑来讲，其相应的轴向的形变一般也比较大。通过分析论述可以发现一般所说的层间的位移在实质上就是层位位移之差。所以一定要搞清楚高层建筑结构这些位移的种类以及位移种类之间的关系。并且层间的位移会随着楼层高度的不断增长而呈现出层位差值越大的现象。搞清楚高层建筑位移的种类以及这些种类位移之间的关系对于了解高层位移的实质有效的控制高层位移具有十分重要的现实意义。

5 高层建筑位移控制措施

通过上面的论述，本文提出了以下的措施来对高层建筑的位移进行控制，在控制高层结构位移的控制方法中尽量选择顶点位移控制方法和层间的位移控制方法相结合的控制方法，任何一种单一的控制方法在实际的高层建筑的位移控制的过程效果都不是很明显。在我国对于高层建筑的层间位移具有严格的未定，但是实际的施工操作和理论的数值具有一定的数据上的差异，所以采取将位移角度控制的一定的经验数值范围内较好，但是仅仅如此对于剪力墙的抗剪的作用却不是十分的明显。在高层位移的状况中有一种是层间的位移要比层内的位移要大，在这种情况下通过对层间的位移进行控制的方式就不能够起到较好的额效果，可以增加剪力墙的层间位移的角度来对上述过程进行弥补。

结语

在高层建筑中出现位移是不可避免的，将位移如何控制在许可的范围内一直是业界一个不小的难题。高层建筑位移的危害性非常大，在遭受地震等自然灾害的过程中会给人民的生命的财产带来不可估量的损失。所以本文对于高层建筑的位移控制进行了相应的研究。对于高层建筑位移的种类以及各个种类位移之间的关系都进行了详细的论述，并且在本文的最后提出了相应的解决高层建筑位移的措施。为我国高层建筑的位移控制提供切实可行的途径。

参考文献

[1] 胡世德.北京近年高层建筑发展探讨[J].建筑技术. 2002（11）

[2] 叶萍.高层建筑对人们心理的影响[J].城市问题. 2003（02）

[3] 蔡长赓.第17届全国高层建筑结构学术交流会在杭州市召开[J].工程建设与设计. 2003（01）