高层建筑结构设计研究

高层建筑结构设计研究

当前时期，我们国家的高层的建设活动发展的比较顺畅，已经形成了非常优秀的工艺，而且获取了非常显著的应用，文章具体的阐述了与之结构设计有关的内容。

标签：高层建筑结构；设计；重要意义

1 关于此类设计的参考信息

1.1 之所以开展该项设计，目的是为了保证高层建筑体的结构特征和外在的条件相同，展示优秀的设计内容，切实的体现出结构的功效，而且保证它和经济性内容之间保持一致，进而能够有效的应对构造相关的内容，通过该项设计来论述计算的精准性。

1.2 该项设计的参考信息

高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。

2 关于设计的具体特征分析

该项设计内容和那些低层的以及多层的结构比对来看，结构内容在所有的内容中占据的分量非常重。由于使用的体系不一样，所以建筑体的平面布局和立面的形态以及管线的具体方位和建设时间的长短以及使用的费用的多少等都是不一样的。具体的说有如下的一些内容。

2.1 在设计的时候要分析一项关键的内容，即水平力

在很多结构里，一般是那些将重力当成是关键要素的竖向力掌控着设计内容。对于高层来讲，虽说竖直力对该项设计内容有非常深入的意义，不过横向的力却是最为关键的内容。由于建筑体自身的重力，和楼面使用力在竖直方向的构件里所引起的轴力和弯矩的数值，和建筑的高程的一次方之间是一种正比例的关系。而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。除此之外，对特定高度的建筑体来讲，竖直的力一般是定数，而风力以及地震力等，它们的数值并非是固定不变的，它们会随着结构的动力性差异而出现不同。

2.2 侧移成为控制指标与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

2.3 抗震设计要求更高有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用

时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能。

2.4 延性是非常关键的设计内容

比对那些层数比较低的建筑体来讲，高层的结构具有更多的柔性意义，当受到地震影响的时候，它的变形更厉害。为保证结构能够有优秀的变形水平，防止塌陷现象发生，要重点在构造上使用优秀的方法，以此来确保其有着非常好的延性特点。

3 关于设计相关的内容

3.1 关于其受力性分析

针对建筑体的最开始的设计来讲，工作者通常分析其空间构成要素，并非是细致的分析其实际的结构体。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，因为建筑体是由很多大并且重量高的构件组合而得到的，所以结构要将其自身的力传递到地表之中，结构的力一般都是朝下反应到地面之中的，该项设计的一个基础的规定即要明确其选取的体系里的朝下的力和基土的受力性间的关联，因此，在方案时期，就要对关键的承力柱和墙的总数认真的分析。

3.2 关于扭转

建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，当开展设计工作的时候要保证上述三点融汇到一起。所谓的扭转具体的说是在设计的时候没有实现三点综合，在橫向力的干扰之下就会出现扭转振动现象。为了防止建筑由于横向的力的作用而出现扭转力，要在该项设计工作开展的时候，寻求优秀的结构体系，尽量的保证建筑体能够实现三点合一。

在横向力的影响之下，高层建筑的扭转力的高低和质量的布局有着非常深入的关联。为了保证建筑的横向力能够顺着平面有序的布置，降低扭转力，就要保证期使用一些平面的体系。在一些时候，因为市政规划对于经管的规定和建筑体的干扰，高层不应该都使用单纯的平面的体系，如果要用别的一些繁琐的体系的时候，要把那些凸显区域的比例掌控在设定的区域之中，而且，在开展布局活动的时候，要保证结构处在一种对称的情形之中。

3.3 高层建筑结构设计中的侧移和振动周期

结构自振周期高层建筑的自振周期（T1）宜在下列范围内：

框架结构：T1=（0.1-0.15）N框一剪、框筒结构：T1=（0.08-0.12）N剪力墙、筒中筒结构：TI=（0.04-0.10）N N为结构层数。

结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内：

第二周期：T2=（1/3-1/5）T1；第三周期：T3=（1/5-1/7）T1.（2）共振问题当建筑场地发生地震时，如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近，建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期，通过调整结构的层数，选择合适的结构类别和结构体系，扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。

（3）水平位移特征。如果该项位移合乎高层的规定的时候，我们并不应该认为其就是优秀的设计。此时要分析周期和其他的一些干扰要素。由于在开展该项设计活动的时候，地震力的高低和结构的刚度之间有着非常紧密的关联性，如果刚度不是很大，结构不是很合理的时候，因为地震力不高，所以此时的位移也不是很显著，虽说位移处在规定的区域之中，但是并不是代表它就是优秀的。由于结构的时间非常久，地震力小并不安全。第二，要保证该曲线是持续变动的，除了竖着垂直方向出现刚度的变动之外，严禁发生显著的弯曲点。

3.4 位移限值、剪重比及单位面积重度

3.4.1 位移限值在结构整体计算的输出结果中，结构的侧是一个重要的衡量标准，其数值大小从一个侧面反映出结构的整体刚度是否合适，过大或过小都说明结构刚度过小或过大，以致要引起设计者对其中的结构体系选择、结构的竖向及平面布置合理性的再思考。

3.4.2 剪重比及单位面积，重度结构的剪重比λ=VEK/G是体现结构在地震作用下反应大小的一个指标，其大小主要与结构地震设防烈度有关，其次与结构体型有关，当设防烈度为7、8、9度时，剪重比分别为0.012，0.024.0.040；扭转效应明显或基本周期<3.5s的结构剪重比则分别为0.016，0.032，0.064.单位面积重度v0=G/A（kN/m2）是衡量结构构件截面取值是否合理和楼层荷载数据输入是否正确的一个重要指标。式中的G由以下几部分，即结构构件自重、楼面建筑面层及天棚抹灰重、填充墙重和楼面使用荷载组成；A则一般以地面以上的建筑面积总和计算，以便有一个相对准确的比较标准。定性地分析比较r0值的大小，可得出以下结果，即一般内部隔墙多的建筑大于间隔墙少的建筑；层数多的建筑略大于层数少的同性质建筑}设防烈度高的建筑大干设防烈度低的同性质同规模建筑，剪力墙多的建筑大于剪力墙少甚至仅为框架的建筑。

上述的两项内容不但在建设图纸的设计时期，还在其刚开始设计的时候都是十分关键的信息，它的信息是不是合理的，要通过一个侧面层次来体现，进而具体的分析体系是不是合理的，分析结构的布局是不是有效的，电算信息的输入是不是有效的。所以，设计人员要对这两类内容认真分析。