对于高层建筑结构设计的要点分析

对于高层建筑结构设计的要点分析

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对于高层建筑结构设计的要点分析

摘要:随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化,城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要,促使高层建

筑得以快速发展。本文介绍高层建筑结构设计的步骤与结构抗震设计，提出了高层建筑结构设计需要注意的问题。ﻪﻭ关键词: 高层；建筑;结构设计

ﻪ一、高层建筑结构设计的主要步骤

１、确定合理的基础设计方案在进行高层建筑的基础设计过程中,要结合当地的地质条件、荷载的具体分布、上部的结构类型以及相邻建筑的影响和施工条件等各项因素进行分析,选择合理性、经济性的基础方案。在设计过程中，地基的潜力要充分发掘，如有必要要对地基的变形进行计算。在基础设计过程中,地质勘察材料就已经完整的形成，如果建筑缺乏相应的地质报告,则要到现场查看,邻近的建筑物资料也可作为参考。2、确定最佳结构方案一个成功的建筑结构设计,一定是最经济、最合理的方案。结构体系的设计不但要明确其受力,还要便于传力,不同的结构体系不可混用于相同的结构单元。所以在进行结构设讲地,工程的设计要求、施工情况以及材料供应等均要作用综合分析的因素，与水、电、暖等同时进行协商，以此为基础进行结构的选型,最终确定出最佳方案。３、确定适用的计算简图结构计算是以计算简图为基础的,而实际结构设计中因为计算简图的不合理而导致结构不

安全的问题时有发生，因此，计算简图的适用性、合量性也是保

证结构安全的重要因素之一。由于实际结构的节点不是单纯的刚结,因此计算简图要有相应的构造来保证,不过其误差不可超出相关标准规定的范围。4、分析计算结果现在计算机技术在高层建筑的结构设计中得到了广泛的应用，但是由于其软件种类众多，不同类型的软件由于其算法不同,有可以得出不同的计算结果。因此设计人员在利用计算时,如果发现程序和某个结构的实际情况不符，或者存在人工输入的错误，甚至软件自身的缺陷等都要及时查找原因并纠正，以保证计算结果的准确性。5、采用合理的构造方法高层建筑结构设计的过程中，要对构件的延性尤为注意，对其薄弱位置更加关注。钢筋锚固的长度要注意,尤其是钢筋直线段的锚固长度,而且温度应力对其所造成的影响也要考虑进去。此外,平面、立面的布置要遵循对称、均匀、规范的原则,尽量不要出现薄弱部分，并且要通过极限状态做验算。二、高层建筑结构抗震设计ﻪﻭ地震是难以预测以及精确计算的,地震作用而使建筑物承受的力,因地震作用的大小、地基的坚固度,以及建筑物固有的周期而异。地震作用的大小被评估为静态的水平力，通常都会随着建筑物的高度的增加,建筑物水平力的比例就会变小。对于某一方向的地震作用，相同方向的抗震要素的抵抗，会与其刚度成正比。

ﻪ１、施加于建筑物的地震作用ﻭ由震源传来的地震波，当地表附近的地基越软弱时就越会增强,而且随着建筑物增高及固有周期变长时，摇动的力就变小，而且越到建筑物的上方楼层,摇动的力

(加速度）就有变大的倾向。基于这些因素的考虑,定出施加于建筑物的地震作用，这被当作施加于建筑物各楼层的水平力来评估。

2、抗震因素的配置ﻪﻭ毫无疑问，建筑物会从各方向承受地震作用，如果将整体建筑物当作是二维框架的集合体去考虑力的传递就容易使人理解。与地震作用的水平方向平行的框架负担着水平力,各层柱子与抗震墙等则按刚度比例负担地震作用。

ﻪ3、构架的变形抵抗ﻭ对结构体施加水平力时,若超过其支承的弹性限度，变形就会急遽地增加,达到最大强度。在设计时，对于频度高的地震，通常都停留在支承力的弹性极限以下，大地震时则不要超过其最大强度。

ﻪ4、构件的强度与韧性关系

强度大的抗震因素不需要韧性。墙壁与斜撑的韧性较小，框架构架的韧性较大。

ﻪ5、抗震因素平面上的平衡

ﻪ抗震因素平面上的平衡不良的建筑物,在承受地震作用时容易产生伴随扭力回转的变形，刚性弱的部分就会产生很大的变形，使该部分的破坏有增大之虞。由于地震作用是属于惯性力,因此力的作用中心要与重心一致。所谓的在平面上采取平衡，也就是地震作用的中心,亦即重心与抗震因素之刚度的中心（被称作刚心)必须一致。即使平面上的刚性（框架的刚度)一致的建筑物，当它向后退缩时,由于下方楼层的重心会从中心偏离,将会产生失稳。此外,如抗震墙与钢骨框架之类的刚度大的抗震因素呈偏心配置

的建筑物，就容易产生失稳。ﻭ6、抗震因素之剖面上的平衡ﻪﻭ当抗震因素的刚度在上下方向不均匀,且硬楼层部与软楼层部混合在

一起时,地震作用就会集中于软楼层部,使该楼层部分承受的力及变形变大，会有增大破坏之虞。尤其是二楼以上的部分墙壁多且一楼没有墙壁的建筑物，称作悬挑建筑物，有许多在地震时会发生一楼瓦解的破坏。建筑物由几种构架构成,且各种构架的上下方向能够采取平衡时则很理想,而以各层之框架的刚度总和采取平

衡亦可。

三、高层建筑结设计的几个问题

１．正确认识高层建筑的受力特点。选择合理的结构类型高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构, 垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系; 水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看, 垂直荷载方向不变,随建筑物的增高仅引起量的增加;而水平荷载可来自任何方向, 当为均布荷载时, 弯矩与建筑物高度呈二次方变化。从侧移特性看, 竖向荷载引起的侧移很小, 而水平荷载当为均布荷载时，侧移与高度成四次方变化。由此可以看出，在高层结构中, 水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素，结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外, 同时要求结构要有足够的刚度, 使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。

ﻪ2．正确选择否理的结构体系由于高层建筑中抗水平力成为设

计的主要矛盾, 因此采用何种抗侧力结构是结构设计的关键性问题。根据抗侧力结构的不同, 钢筋砼结构主要可分为框架结构、框架———剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构等几种结构体系, 这些体系的受力特点、抵抗水平力的能力,特别是抗震性能等有所不同, 因此具有不同的适用范围。

ﻪ３．提高结构的抗震性能由于高层建筑的受力特点不同于低层建筑, 因此在地震区进行高层建筑结构设计时, 除应保证结构

具有足够的强度和刚度外, 还应具有良好的抗震性能。通过合理的抗震设计, 使建筑物达到小震不坏, 中震可修, 大震不倒。为了达到这一要求, 结构必须具有一定的塑性变形能力来吸收地

4．高层建筑结构设计震所产生的能量, 减弱地震破坏的影响。ﻪﻭ

中的扭转问题。建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心,在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点,即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏,应在结构设计时选择合理的结构形

式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则l形、t