高层建筑结构设计分析

关于高层建筑结构设计的分析

摘要：高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的数量口渐增多，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。面对如此形势，应该把高层建筑的结构设计放在首位加以研究。

关键词：高层建筑结构设计设计分析

abstract: the high building is currently in the our city of construction of proportion of is more and more big, but the building structure design changes more and more, many new structure design scheme of the fast speed to present in our city construction. building type and function more and more complicated, the number of high-rise building mouth gradually increased, the structure of the high-rise building system is also more and more diverse, high-rise building structure design also has become more and more high building structure engineering design work of the difficult points and key. faced with that situation, should the high-rise building structural design on the first place to study.

keywords: designing high-rise design analysis

中图分类号：[tu208.3]文献标识码：a文章编号：

1建筑结构设计的原则

适用、安全、经济、美观、便于施工是进行建筑结构设计的原则。一个优秀的建筑结构设计往往是这五个方面的最佳结合。完美的建筑结构设计就是在努力追求这五个方面的最佳结合的过程中产生的,适用、安全、经济、美观、便于施工是结构设计人员最终努力的目标,是结构设计的最佳体现。

结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计,但又“反制”于建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求;建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则。结构设计决定建筑设计能否实现,从这个意义上讲,结构设计显得更为重要,虽然一栋标志性建筑物建成后,人们只知道建筑师的名字,但一个适用、安全、经济、美观、便于施工的结构设计也是工程师们的骄傲和成就。

2高层建筑结构的受力特点

建筑结构所受的外力(作用)主要来自垂直方向和水平方向。在低、多层建筑中,由于结构层数少、平面尺寸较大,其高宽比很小,且结构受风荷载和地震影响也很小,故结构以抵抗竖向荷载为主。也就是说,竖向荷载往往是结构设计的主要控制因素。在高层建筑中,首先,在竖向荷载作用下,各楼层竖向荷载所产生的框架柱轴力为:边柱n=wlh/2h,中柱n=wlh/h,即框架柱的轴力和建筑结构的层

数成正比; 边柱轴力比中柱小,基本上与其受荷面积成正比。就是说,由各楼层竖向荷载所产生的累积效应很大,建筑物层数越多,底层柱轴力越大;顶、底层柱轴力差异越大;中柱、边柱轴力差异也越大。

其次,在水平荷载作用下,作为整体受力分析,如果将高层建筑结构简化为一根竖向悬臂梁,那么由其底部产生的倾复弯矩为:水平均布荷载mmax=qh2/2,倒三角形水平荷载mmax=qh3/3,即结构底部产生的倾复弯矩与楼层总高度的平方成正比。就是说,建筑结构的高度越大,由水平作用对结构产生的弯矩就越大,较竖向荷载对结构所产生的累积效应增加越快,其产生的结构内力占总结构内力的比重越大,从而成为高层结构强度设计的主要控制因素。

高层建筑结构的主要受力构件有剪力墙、框架柱、梁和楼板。剪力墙、框架柱是竖向构件,它们是形成结构抗侧力刚度的最主要构件,承担着整个结构的竖向荷载和绝大部分水平荷载;框架梁、楼板是水平构件,结构各楼层的竖向荷载通过楼板传至框架梁再传给竖向构件,同时,对结构抗侧力刚度也有贡献颇的框架梁,还和竖向构件一起承担整个结构的荷载水平荷载;次外,有些高层建筑结构还有斜向构件,它们对结构抗侧力刚度贡献很大,对构件之间的传力起着重要作用,除自重外,一般不直接受荷。

结构在水平阵风作用下,当振动加速度α超过0.015g时会使人的正常生活受影响,因为加速度α=a(2πf),当频率f为定值时,α与振幅a成正比,因此结构的侧移幅值的大小要受限制。过大的侧

移易使隔墙、围护结构以及高级装修受损,地震或阵风引起的过大变形也会造成电梯轨道无法使用。结构过大的变形会引起结构的二阶效应,造成结构杆件产生附加内力, 影响结构承载力。

3高层建筑结构的变形特点

在竖向荷载作用下, 高层建筑结构的变形主要是竖向构件的压缩变形。由于各竖向构件的应力大小不同,因而其压缩变形大小也不同。在钢筋混凝土结构中, 由于在施工过程中的找平,同时由于各竖向构件的基底轴力大小不同, 若不对基底应力进行调整, 也可能导致基础产生不均匀沉降。在水平荷载作用下,高层建筑结构最大的顶点位移为:水平均布荷载△max=qh4/8ei,倒三角形水平荷载△max=11qh4/120ei,式中ei为结构,从以上可看出,结构顶点位移与其总高度的四次方成正比。则又比水平荷载作用下的内力累积效应增加更快,这就说明,高层建筑结构对结构的水平侧移是相当敏感的。水平荷载作用下所引起的结构内力及

侧移是高层建筑结构设计的主要控制因素。所以结构应具备较大的抗侧度,而不仅仅满足强度、刚度和稳定要求。

4加强高层建筑结构的计算与分析

随着计算机技术以及结构设计理论的发展和完善，计算机软件在结构设计中的使用日益增多。但是，数值计算并不能完全替代人的主要设计概念，因为在充分利用计算机设计的过程中，必须充分了解软件设计的内在要求和适用性。总之，在结构的计算和分析阶段，必须在保持对计算和分析过程、结果有充分认识的基础上，准