高层建筑结构设计问题探讨.doc

1、1高层建筑结构设计问题探讨摘要：目前高层建筑在我们的城市建设当中所占的比例越来越大，建筑结构设计方面的变化也越来越多，高层建筑结构设计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；问题 中图分类号：TU208.3文献标识码：A 文章编号： 引言： 随着社会的发展和科技的进步，建筑结构不断的发生变化，建筑物的高度逐渐增高，尤其是随着城市化进程的加快，高层建筑越来越多，并广泛的出现在人们的生产和生活之中。在高层建筑的建设中，结构设计是其中非常重要的组成部分，对建筑物的建设、养护等产生重要的影响。一方面，高层建

2、筑结构设计需要具有科学性和合理性，能够满足人们生活的需要；另一方面，高层建筑结构设计要具有安全性，能够满足抗震、抗风等基本要求，为人们的生活和学习提供安全保障。文章着重分析高层建筑结构设计的问题与对策，希望能够对实践发挥指导作用。 1.高层建筑结构的特点 高层建筑结构具有与一般的建筑结构不同的特点，它同时承受水平荷载和竖向荷载，其中水平荷载主要是由外界的风力和水平地震所产生2的，竖向荷载主要是由建筑物本身的自重和其使用功能所引起的，部分高层结构尚应考虑竖向地震作用的影响。因此，高层建筑对结构抗震能力也有相应的要求。通常情况下，低层建筑结构受到的水平荷载和竖向荷载均比较小。但是，在高层建筑中，外

3、界地震和外界风力会对高层建筑产生相当大的影响，并且是影响高层建筑荷载的主要因素。随着建筑物高度的不断增加，高层建筑的位移较快增长。但是，高层建筑过大的侧移不仅会影响人的舒适度，还会对建筑物的使用产生影响，此外，过大的侧移还会损害建筑物的结构构件和非结构构件。鉴于此，在进行高层建筑结构设计的时候，必须将侧移控制在合理的范围之内，使建筑物不会影响人的舒适度，不会影响建筑物的使用。因此，可以说，在高层建筑结构设计中，其核心是抗侧力结构的设计。 2.高层建筑结构体系的选型 建筑在抵抗来自于水平和竖向的荷载时构件的组成形式和传力的路径就是高层建筑的结构体系。结构体系包括两个方面：水平结构体系（楼盖和屋盖

4、）和竖向结构体系（墙、柱） ，通过这些水平和竖向结构构件将结构的水平和竖向荷载传到基础。对于高层建筑结构来说，侧向力（包括水平风荷载和水平地震作用）对结构内力及变形的影响极大，因此，竖向承重结构体系不但要承受并传递竖向荷载，而且还要抵抗侧向力的作用，故竖向结构也称抗侧力结构。在高层建筑中，水平结构中的楼（屋）盖结构除了承受和传递楼（屋）面竖向荷载外，还要协调各榀抗侧力结构的变形和位移，对结构的空间整体刚度的发挥和抗震性能有直接的影响。 3根据高层建筑结构的使用材料不同，将高层建筑的结构体系分为：钢筋混凝土结构体系、钢结构体系、钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构体系。钢筋混凝土结构体系

5、被广泛的应用在各类工程结构中，在混凝土和钢筋两种材料的协同作用下，其优点是：造价低廉，耐久性好，耐火性好，造价低，整体性能优良，但存在着自重大，延性差，施工慢等缺点；钢结构体系的优点：强度高，抗震性能比较好，施工方便，跨度大，用途多，但是存在着造价高，防火性能差，施工复杂等不足；钢-混凝土混合结构结合了钢筋混凝土构件和钢构件的长处，不但增加了钢构件的材料强度，同时具有较高的抗震性能，成本低廉，然而这两种材料构件的连接技术还存在着不足；钢-混凝土组合结构具有承载能力高，抗震性能强，比钢结构具有更优良的耐火性，施工速度快，但是存在着节点构造比较复杂的缺点。 根据结构形式不同可以将高层建筑结构分为框

6、架结构体系、剪力墙结构体系、框架剪力墙结构体系等。所谓框架结构体系是指承重结构全部由框架所组成的多层或高层房屋结构体系。其优点是：平面布置灵活，能提供较大的使用空间，易于满足多功能的要求，结构具有较好的延性。框架结构体系一般适用于多层或低烈度区的小高层建筑。水平荷载作用下，框架结构的侧向变形特征为剪切型。剪力墙结构体系是指竖向承重结构全部由剪力墙组成的房屋结构体系，剪力墙的主要作用是承受平行于墙体平面的的水平力即剪力。其优点是：它通常被用于高层住宅中，因为这类建筑物的隔墙较为固定，布置剪力墙不会影响各个房间的使用功能，而且在房屋内没有柱、梁等外凸构件，既整齐美观又便于4室内家具布置；水平荷载作

7、用下，剪力墙结构的侧向变形特征为弯曲型。框架剪力墙结构体系是指由框架和剪力墙共同作为竖向承重的多高层房屋结构体系，它具体有框架结构建筑布置灵活使用方便的优点，又具有剪力墙结构抗侧刚度大、抗震性能好的优点，同时还充分发挥材料的强度作用，具有较好的技术经济指标。 结构体系的选择，应从建筑、结构、施工技术条件、建材、经济、水电、暖通等各专业综合考虑，结构方面，考虑建筑使用功能的要求，综合考虑结构设计要求，根据高层建筑相关规范中房屋最大适用高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素初步选定结构体系。 3.高层建筑结构设计的几个问题 3.1 高层建筑结构受力性能 对

8、于一个建筑物而言最初的建筑方案设计,建筑师考虑更多的是它的使用功能和空间组成特点：而不是具体地确定它的结构平面布置。高层建筑结构设计首先应考虑建筑物的结构整体刚度、整体稳定、抗倾覆能力和承载能力，结合经济合理性的宏观控制指标，综合设计。当结构设计满足高规规定的承载力、稳定、抗倾覆、变形和舒适度的要求后，结构尚应满足结构构造措施的要求。高层建筑结构应保证结构竖向构件的连续性，以此保证传力路径清晰明确。总的来说，无论现实中我们采用何种结构体系，都应使结构具有合理的刚度和承载力，避免产生软弱层或薄弱层，保证结构的稳定和抗倾覆能力；应使结构具有多道防线，提高结构和构件的延性，增强其抗震能力。 53.2

9、 高层建筑结构设计中的扭转问题 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扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布置，尽可能地使建筑物做到三心合一。 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，建筑平面应尽可能采用方形、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

10、面形式，当需要采用不规则 L 形、T 形、 、Y 形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分长度与宽度的比值控制在规范允许的范围内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。3.3 高层建筑结构设计中的侧移和振动周期 建筑结构的振动周期问题包含两方面：合理的控制结构基本自振周期; 并使其尽可能错开场地的特征周期，避免共振。 3.3.1 结构自振周期 高层建筑的第一自振周期( T 1 ) 大概在下列范围 内 ：框架结构：T1=(0.10.15)N、框剪和框筒结构：T1=(0.080.12)N、剪力墙和筒中筒结构：T1=(0.040.10)N，式中 N 为结构层数。结构的第二自振周期

11、和6第三自振周期宜在下列范 围 内 ：第二自振周期 T2=(1/31/5)T1；第三自振周期:T3=(1/51/7)T1。 3.3.2 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。 4.结语 近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅只重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析，利用掌握的知识处理实际建筑设计中遇到的各种问题。 参考文献： 1肖峻高层建筑结构分析与设计J中化建设，2008 2何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨J.价值工程,2010 3田龙.浅谈高层建筑的结构设计J.价值工程,2011