高层建筑结构设计的特点及问题的探讨.doc

1、1高层建筑结构设计的特点及问题的探讨摘要：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。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。建筑结构设计是一项系统的、全面的工作,在设计中存在的问题是多种多样的,需要扎实的理论知识功底,灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。 关键词：建筑;结构设计;抗震;高层 Abstract: The current high-rise buildings in our city construction scale is more and m

2、ore big, and the change in architectural structure design is also more and more, a lot of new structure design at a rapid speed in our city construction. The structure design of high-rise building has become more and more difficult and key points of engineering structure design of high-rise building

3、 work. Design of building structure is a systematic, comprehensive work, the design problems of is varied, have a solid theoretical knowledge, flexible and innovative thinking and serious and responsible work attitude. Key words: building; structure design; seismic; high-rise 中图分类号：TU318 2引言：结构设计简而言

4、之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。 一、建筑结构设计的类型与基本内容 (一)建筑结构的类型。建筑物有各种不同的使用功能要求,因此有许多类型及分类方法。根据建筑物的用途,可以分为工业建筑与民用建筑。根据建筑物的层数,可以分为单层、多层、高层和超高层建筑。建筑物根据所使用的结构材料可以分为:木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构和混合结构等。建筑物根据其结构形式,可以分为排架结构、框架结构、剪力墙结构、筒体结构和大路结构等。

5、(二)建筑结构设计的基本内容: 1、结构设计的程序 建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。每一部分的设计都应围绕设计的四个基本要求:即功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。 建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分,主要包括以下四个过程:方案设计结构分析构件设计绘施工图。 2.建筑物结构设计的要求 为保证建筑结构的可靠度达到设计要求,在设计中,必须遵循以下要求: 3(1)计算内容:结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算,如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算; (2)结构上多种作用效应同时发

6、生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合 (3)抗震设计:我国的抗震设防烈度为 6 至 9 度,建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。对应不同的抗震等级,有不同的计算和构造要求。 二 结构的设计过程 结构设计的阶段大体可以分为三个阶段，结构方案阶段，结构计算阶段和施工图设计阶段。 1 结构方案阶段的内容为：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式（例如，砖混结构，框架结构，框剪结构，剪力墙结构，筒体结构，混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式） 。确定了

7、结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。 2 结构计算阶段的内容为：首先，荷载的计算。荷载包括外部荷载（例如，风荷载，雪荷载，施工荷载，地下水的荷载，地震荷载，人防荷载等等）和内部荷载（例如，结构的自重荷载，使用荷载，装修荷载等等）上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。其次，构件的试算。根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上4推荐的试算方法来初步确定构件的截面。再次，内力的计算，根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等等。最后，构

8、件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制（比如，轴压比，剪跨比，跨高比，裂缝和挠度等等）来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。 3 施工图设计阶段的内容施工平面图是布置施工现场的依据，也是施工准备工作的一项重要依据，是实现文明施工，节约土地，减少临时设施费用的先决条件。施工平面图是按一定比例和图例，按照场地条件和需要的内容进行设计的。单体工程施工平面图的内容包括：建筑平面图上已建和拟建的地上和地下的一切建筑物、构筑物和管线的位置或尺寸；测量放线标桩、地形等高线和取舍土地点；移动式起重机的开行路线及垂直运输设施的位置；材料

9、、加工半成品、构件和机具的堆场；生产、生活用临时设施（如搅拌站、高压泵站、钢筋棚、木工棚、仓库、办公室、供水管、供电线路、消防设施、安全设施、道路以及其他需搭建或建造的设施） ；必要的图例、比例尺、方向及风向标记。 三 建筑结构设计的特点 1 水平力是设计主要因素 一方面，因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定5值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化 2

10、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。 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，做到小震不坏、大震不倒。 4 轴向变形不容忽视 高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构

11、件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安垒的结果。 .5 结构延性是重要设计指标。 相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更6大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性 四 高层建筑结构设计的几个问题 1 高层建筑结构受力性能 对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。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，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷

12、载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。 2 短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为58 的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。 3 侧向刚度不规则抗震问题。适当加大立面变化处楼层的板厚及配筋，并采用双层双向配筋，加强与立面变化楼层相交的竖向构件的配筋，如 25 层

13、局部凸出圆弧结束，竖向构件截面变化则避开 25 层，并适当加强 2426 层竖向构件配筋。 74 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。 结束语：结构设计是建筑工程的重要组成部分,是建筑安全应用的基础。因此,设计人员要从一个个基本的构件算起,做到知其所以然,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其他专业来进行设计。在工作中应事无巨细,善于反思和总结工作中的经验和教训。只有这样才能做好建筑结构设计,促进建筑工程质量的不断提高。 参考文献 1梅洪元，付本臣中国高层建筑创作理论发展研究R高层建筑与智能建筑国际学术研讨会，2002. 2肖峻，高层建筑结构分析与设计J，中化建设，2008，(12) 3张吉人.建筑结构设计施工质量控制M.中国建筑工业出版社.2006.9.