高層建筑結構設計之我見

1、<p>　　高層建筑結構設計之我見</p><p>　　摘要：隨著我國國民經濟不斷發(fā)展和人民生活的迅速提高。高層建筑結構設計給工程設計人員提出了更高的要求，建筑高度的不斷增加, 風格的變化多樣， 給高層結構設計提出了新的課題和挑戰(zhàn)。 本文對高層建筑結構設計進行探討。 </p><p>　　關鍵詞：高層建筑；結構設計；概念；技術分析 </p><p>　　

2、中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號： </p><p><b>　　前言： </b></p><p>　　近年來，高層建筑發(fā)展十分迅速，建筑造型新穎獨特，建筑物的高度與規(guī)模不斷增加。隨著高層建筑進一步的發(fā)展，滿足高層建筑的形式、材料、力學分析模型都將日趨復雜且多元化。實踐表明在高層建筑的結構設計與施工過程中，設計、技術人員只有概念清晰，措施得當，才能不斷地完

3、善和發(fā)展高層建筑。 </p><p>　　1．高層建筑結構受力概念 </p><p>　　對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空問組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。 </p><p>　　建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總

4、是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設想。 </p><p>　　對于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結構體系的設計基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加。豎向結構體系成為設計的控制因素，其原因有兩個：其一，較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒；其二，側

5、向力所產生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。 </p><p>　　與豎向荷載相比，側向荷載對建筑物的效應不是線性增加的，而隨建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有條件相同時，在風荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應更加明顯。在高層建筑中，問題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見，高層建筑的結構受力性能與低層建筑有很大的差異。

6、 </p><p>　　不同抗震等級，結構構件的內力增大系數(shù)和構造要求是不同的，對結構中某一構件，隨著抗震等級的提高，其內力增大系數(shù)隨之也增大，構造要求也更為嚴格，因此，實際上也提高了結構的安全度。 </p><p>　　超限高層抗震性能目標，增大結構地震作用，實際上加大其構件的內力設計值，對構件的截面和配筋相應也加大，結構安全度也相應的提高。 </p><p>　

7、　因此，不管采用提高結構抗震等級的手段還是設定抗震性能目標的方法，均可提高結構的安全度，這是它們的相同點，不同的地方在于出發(fā)點不同，手段不同，結果也有差異。 </p><p>　　超限高層建筑抗震性能目標與提高抗震等級之間的差異，首先，設定抗震性能目標，增大結構地震作用，加大其構件的內力設計值；而提高抗震等級通過放大構件內力的手段，從而達到加大構件截面和配筋。 </p><p>　　其次，

8、設定抗震性能目標，可以通過結構的剛度關系，有目的地加大重要構件的內力設計值，而提高抗震等級，是普遍地提高其構件的內力設計值，目的性不是很明確。 </p><p>　　2．高層建筑結構設計的基本要求 </p><p>　　2.1結構的規(guī)則性 </p><p>　　2.1.1不應采用嚴重不規(guī)則的結構體系。建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。高

9、層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結構體系，應符合下列要求： </p><p>　　（1） 應具有必要的承載能力、剛度和變形能力； </p><p>　　（2） 應避免因部分結構或構件的破壞而導致整個結構喪失承受重力荷載、風荷載和地震作用的能力； </p><p>　?。?）對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取有效措施予以加強。 </p><p>　　2.1

10、.2高層建筑的結構體系尚宜符合下列要求： </p><p>　?。?）結構的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉效應而形成薄弱部位； </p><p>　?。?）宜具有多道抗震防線。 </p><p>　　2.1.3規(guī)則結構的主要特征。建筑及其抗側力結構的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結構的側向剛

11、度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。 </p><p>　　規(guī)則結構一般指：體型（平面和立面）規(guī)則，結構平面布置均勻、對稱并具有較好的抗扭剛度；結構豎向布置均勻，結構的剛度、承載力和質量分布均勻，無突變。 </p><p>　　2.1.4規(guī)則平面布置需滿足的要求。結構平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳

12、力直接，力爭均勻對稱，減少扭轉的影響。在地震作用下，建筑平面要力求簡單規(guī)則，風力作用下則可適當放寬?？拐鹪O防的高層建筑，平面形狀宜簡單、對稱、規(guī)則，以減少震害。 </p><p>　　在高層建筑的一個獨立結構單元內，宜使結構平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。不應采用嚴重不規(guī)則的平面布置。抗震設計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結構高層建筑，其平面布置應簡單、規(guī)則。 </p><p&g

13、t;　　3．高層建筑結構設計關鍵技術分析 </p><p>　　3.1水平荷載相對于豎向荷載顯得更為重要 </p><p>　　結構需同時承受豎向和水平荷載，低層結構以抵抗重力為代表的豎向荷載為主，而水平荷載所產生的內力、側向位移很小。對高層結構來說，隨著建筑高度的增加，水平荷載隨建筑高度的增高迅速增大。如把建筑物視作一簡單的豎向懸臂構件，構件中由豎向荷載產生的軸力與高度（H）成正比；水平

14、作用產生的彎矩與高度（H）的平方成正比；水平作用產生的側向位移則與高度（H）的四次方成正比。對某一高度確定的建筑，結構豎向荷載的大小基本穩(wěn)定，而水平方向上風載和地震作用的數(shù)值大小往往會隨高層建筑結構的動力特性不同而存在較大幅度的變化?？梢?，水平荷載對高層建筑結構的影響大，側向位移成為結構設計的主要控制目標之一。 </p><p>　　3.2控制結構側移是關鍵因素 </p><p>　　與低

15、層建筑結構的設計不同，高層建筑結構的側移是其結構設計過程中的關鍵決定性因素。隨著建筑高度的不斷增加，水平側向荷載下的結構側移變形會快速增大。側向位移過大將使結構產生附加內力，特別是對豎向構件，附加偏心力超過一定限值時，將會引起整個結構的倒塌破壞；同時，在風荷載作用下，如果側向位移過大，將會引起居住者工作者的不適，在地震作用下，如果側向位移過大，更會讓人感到不安和驚慌。 </p><p>　　3.3結構軸向變形的影

16、響顯著 </p><p>　　對于高層建筑結構，由于層數(shù)多、高度高，軸力很大，從而沿高度逐漸積累的軸向變形很顯著高層建筑結構中，一般豎向荷載的數(shù)值較大，在柱中會引起較大范圍的軸向壓縮變形，對結構體系中的連續(xù)梁彎矩大小產生顯著影響。高層建筑的軸向變形的差異會達到一個比較大的數(shù)值，從而引起跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大，連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小。 </p><p>　　3.4結構延性的

17、重要性 </p><p>　　高層建筑相對于低層或是多層建筑來說結構更柔一些，受到地震的影響后，結構變化更大一些。所以采取恰當?shù)拇胧┍ＷC結構具有足夠的延性，使結構在塑性變形階段仍然具有較強的變形能力。 </p><p><b>　　4.結語 </b></p><p>　　近些年來，我國的高層建筑建設發(fā)展迅速。但從設計質量方面來看，并不理想。在高

18、層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況，應作出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據(jù)具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]都鳳強。高層建筑結構設計的實踐探討[J]?？萍紕?chuàng)新導報，2009，（21）. </