浅谈高层建筑结构概念设计

浅谈高层建筑结构概念设计

浅谈高层建筑结构概念设计

摘要：

随着建筑新材料的开发和利用、建筑的高度继续提升、组合结构建筑的增加、新型结构形式的应用、耗能减震技术的应用发展，高层结构布置常屈从于建筑平面布置和美感的要求,这引起了相关的结构问题。本文就高层建筑结构设计中结构体系的选择、结构抗震设计、侧向位移的控制、构造要求等方面加以阐述。

关键词：高层建筑结构设计；结构体系的选择；结构抗震设计；侧向位移的控制；构造要求

中图分类号：TU973 文献标识码：A

一、高层建筑结构设计注意项

高层建筑结构中，随着高度的增加，不但竖向荷载产生的效应很大，水平荷载产生的内力和侧向位移更是迅速增大。而且对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。因此水平荷载成了设计中的主要控制因素。（注：风荷载作用在建筑物表面，结构处于弹性阶段；地震作用是惯性力，结构考虑进入塑性阶段以耗散能量。）

高层建筑结构中，建筑应具有充分的刚度。必须限制水平位移，防止由于重力荷载大在产生二阶P-△效应时使建筑突然倒塌，防止非结构构件的破坏（出现裂缝）、防止电梯井变形过大影响使用、防止对使用者产生的不舒适感。（注：高层建筑结构在承载能力极限状态和正常使用极限状态方面同等重视。）

高层建筑结构中，由于徐变和收缩的竖向积累变形很大，足以引起非结构构件的破坏，同时在水平构件中引起明显的结构内力，尤其在结构的上部区域。

高层建筑结构中，结构的重力和水平荷载通过基础传递到地基，应注重结构特性和土—结构相互作用力对基础变形的影响。

因此在高层建筑结构的设计中，应在结构体系的选择、结构抗震设计、侧向位移的控制、构造要求等方面加以注意。

二、高层建筑结构设计步骤

1、选择合理的结构形式；

2、构件的截面尺寸；

3、结构上荷载的确定；

4、结构内力分析和水平位移计算；

5、截面设计和结构的延性；

6、构造要求；

7、绘施工图。

三、高层建筑结构体系的选择

高层建筑从本质上可看做是一个竖向悬臂构件，所以应注重水平荷载的作用。在总体结构中常包含一个以上独立作用的竖向悬臂构件，如剪力墙或芯筒，每个独立构件都相关于自己的轴线抗弯，它们之间仅通过楼板的平面内刚度相互协调。另一方面，悬臂结构也可以包括大量柱和墙的组合作用。从某种程度上说，各柱和墙是通过梁连接形成独立粗大的悬臂杆，如果主要的竖向构件具有不同的自由变形特征，在这种情况下它们将通过连接的板和梁相互影响，以致这些悬臂构件的侧向刚度和强度可以进一步提高。因此高层建筑结构体系设计中，还应考虑楼板对各竖向构件的抗侧力起到整体联系的作用。（注：楼板由于跨度过大易发生翘曲，故楼板构件设计时其跨度应受到限制。）

选择结构体系应对内力进行控制，发挥主要竖向构件在平面上位置的优势，使其在恒荷载作用下产生的压应力大于水平引起的拉应力，避免在竖向构件中出现纯拉力和拔起基础。在各种类型结构体系的平面布置时，各外构件必须受压。

四、高层建筑结构抗震设计

抗震设计除了集中在抵抗地震对结构在水平方向上产生的惯性力，还应当要求结构有很好的延性和塑性。设计结合软件输入参数时，宜做到能量的平衡，减小地震能量的输入，增大结构耗能的能量。

在平面上设计应注意：为了避免转动弯矩，刚度中心和质心应尽

可能地靠近；对称布置传递水平荷载的构件；规则的平面布局；统一的基础。在剖面上设计应注意：基础的设计应优于结构的设计，这样可以调节倾覆弯矩；随着高度的增加，刚度应保持不变，不可以增加；不要突然改变刚度；重的荷载放在较低层里，最理想的是放在地下室。

五、高层建筑结构侧向位移的控制

结构整体受到风荷载、地震作用时产生的侧向位移，相对于恒荷载、活荷载的作用要大得很多，在结构的各个构件内部会产生较大的内力和应力。

如果结构的侧向位移过大，可以通过改变几何形状，修改抗侧力形式，增大水平构件的弯曲刚度，增加刚性墙或芯筒等提高附加刚度，实现刚性联结等方法减小位移。如在框筒结构中，水平荷载下的楼板可在厚度及配筋上适当加强，而作为一个刚性隔板，用于保持框筒的侧向稳定和侧向刚度，有如竹子中的竹节。

六、高层建筑结构构造要求和其他

构造是对计算的补充、是对延性设计的探讨、是对大量工程经验的总结。针对各种结构体系的构造要求，应紧密结合高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)、建筑抗震设计规范(GB50011-2010)、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)等中的要求。

高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。

为了避免结构由于不同部位的温度不同造成结构变形而在内部

产生过大应变和应力。可以采取便于建筑物的不均匀变形，也可以采取加强各个部分并连结在一起的做法。

由于混凝土的收缩或徐变，会在楼层之间导致不均匀应变。为了减小这种变形和影响，可以通过控制施工顺序的办法来减少缩短或者在首层将刚度大的墙和柱设置在建筑物中心附近，而不应设在边角部位。

七、结语

在高层建筑结构设计过程中，需明确结构构件的形式和基本性

能、需有效和易于的结构处理、需精炼和正确的表达结构模型，才能系统和统一的处理高层建筑结构中所遇到的问题。

参考文献：

[1]陈瑜龚炳年。高层建筑结构分析与设计。地震出版社

[2]方鄂华。多层及高层建筑结构设计。地震出版社

[3]林同炎。结构概念和体系。中国建筑工业出版社

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