高层建筑结构设计体会

高层建筑结构设计体会

摘要：高层建筑结构应注重概念设计，重视结构的选型和平面、立面布置的规则性，加强构造措施，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。

关键词：高层建筑结构设计体会

中图分类号：tu97文献标识码：a文章编号：

引言

随着国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，功能俱全的高层建筑越来越多，城市化进程不断加快以及对高层、超高层建筑的结构体系的研究日益完善，使得高层、超高层建筑得迅猛发展。为了完成复杂的结构设计任务，设计人员必须使用计算机提高工作效率，但是不能完全依赖计算机。提倡概念设计，就是强调人在设计中的指挥、主导、调控作用。

1 高层建筑结构的设计思路

设计人员依据规范要求以及工程的实际情况，融合安全度概念、力学概念、材料概念、荷载概念、抗震概念等等，首先对工程进行概括的分析，把握工程设计要点，确定结构方案设计、初步结构布置、设定好模型计算的参数；在计算过程中分析计算简图，根据出现的情况采取相应的措施，调整计算模型；拿到了计算结果要对其作出正确性判断，决定后续处理办法并对设计结果进行修改完善。

2 高层建筑结构的设计内容

2.1高层建筑基础设计。应综合考虑建筑场地的工程地质和水文地质状况、上部结构的类型和房屋高度、施工技术和经济条件等因素，使建筑物不致发生过量沉降或倾斜，满足建筑物正常使用要求；采用整体性好、能满足地基承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式；宜采用筏型基础或带桩基的筏型基础，必要时可采用箱型基础。以减小长期重力荷载作用下地基变形、差异变形为主。高层建筑主体结构基础底面形心宜与永久作用重力荷载重心重合。对于高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%，计算时，质量偏心较大的裙楼与主楼可分开考虑。

2.2高层建筑结构布置。建筑的平立面布置应符合概念设计的要求，结构平面形状简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀。不应采用严重不规则的平面布置。高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。不规则的建筑，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，对薄弱部分采取有效的抗震构造措施。

2.3高层建筑结构材料选择。材料的选择应符合抗震结构的要求，采用什么结构材料需要经过对其技术、经济条件比较后综合确定。同时力求结构的延性、刚度、强度完美比配，尽量降低房屋重心，充分发挥材料的强度。

2.4高层建筑结构体系。无论是框架结构、框架—剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构，抗震是高层建筑必须考虑的因素，在考虑抗震性时，应结合以下因素：(1)结构设计要有明确的计算简图以及合理的地震作用传递途径；(2) 建筑结构设置多道防线，当部分结构或构件因破坏而失效时，不会影响整个结构丧失承载能力和抗震能力；(3)要有良好的延性和消耗地震能量的能力。 (4)强度和刚度在竖向和水平方向的分布要均匀，并根据设计需要合理布局，防止局部突变或消弱情况引起薄弱环节的出现，有效防止地震时应力的过大集中或塑形变形集中等危险情况的发生。遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的原则注意构件的延性性能，适当处理构件的强弱关系，使其形成多道防线，是增强结构抗震能力的重要措施之一。例如框架结构中，框架是唯一的抗侧力构件，采用了“强柱弱梁”型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可以利用梁的变形能力消耗地震能量，使框架柱退到第二道防线的位置；框架剪力墙结构中，剪力墙作为第一道防线，框架作为第二道防线。另外，高层建筑结构采用了“强节点弱构件”的原则，确保在地震作用下节点承载力大于相连接构件的承载力。当构件屈服、刚度退化时，节点仍能保持承载力和刚度不变。尽管结构单元之间要求牢固连接，要求彻底分离是抗震设计的普通原则，但对高层建筑结构而言，最好采取加强连接而不是分离的方法，尽量避免似分不分，似连不连的结构方案，防止因振动不同步产生震

害。

2.5高层建筑结构整体性合理的控制指标。

⑴周期比的控制。《高层建筑混凝土技术规程》（jgj3-2010）第

3.4.5条要求：结构扭转为主的第一自振周期tt与平动为主的第一自振周期t1之比，a级高度高层建筑不应大于0.9，b级高度高层建筑、超过a级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。周期比控制的是侧向刚度与扭转刚度的相对关系，目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大的扭转关系。周期比不是要求结构足够结实，而是要求结构承载布局合理。如果周期比不满足规范要求，说明结构的扭转效应明显，需要增加该结构周边构件的刚度，降低中间构件的刚度，增大结构的整体扭转刚度。

⑵位移比的控制。《高层建筑混凝土技术规程》（jgj3-2010）第

3.4.5条要求：在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，a级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；b级高度高层建筑、超过a级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。位移比是控制结构平面不规则的重要指标。规范中规定的位移比限值是按刚性楼板假定作出的，如果楼板有大的凹入或开洞，平面内消弱过大，结构平面空旷、狭长时，位移比就没有

意义了。

⑶刚度比的控制。刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。《高规》提供了三种刚度比的计算方式，分别是剪切刚度、剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定。剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构。地震力与层间位移比通常绝大多数工程都用此法计算。

⑷剪重比的控制。控制剪重比，是要求结构承担足够的地震作用，设计时不能小于规范的要求。《高层建筑混凝土技术规程》（jgj3-2010）第4.3.12条明确要求了各楼层水平地震剪力的最小值。该值如果不满足要求，则说明结构可能出现比较明显的薄弱部位。

⑸刚重比的控制。刚重比是结构刚度与重力荷载之比，是控制结构整体稳定的重要因素，避免建筑在地震时发生倾覆。《高层建筑混凝土技术规程》（jgj3-2010）第5.4.2条，高层建筑结构不满足第5.4.1条（结构刚重比）的规定时，应考虑重力二阶（p-△）效应对水平力（风、地震）作用下结构内力和位移的不利影响。《高层建筑混凝土技术规程》（jgj3-2010）第5.4.4条，规定了高层建筑结构的稳定所应满足的条件。

2.6高层建筑对结构分析软件的计算结果，应进行分析判断，确认其合理、有效后方可作为工程设计依据。