关于高层建筑结构设计中的要素分析.doc

1、1关于高层建筑结构设计中的要素分析摘要：随着社会的发展和科技的进步，建筑结构不断的发生变化，高层建筑结构形式越来越多，研究高层建筑结构设计有着非常重要的意义。本文从分析高层建筑的设计特点出发，提出了高层建筑结构设计中的问题，并提出相应的解决措施。 关键字：高层建筑；结构设计；问题；解决措施 中图分类号：TU318 文献标识码： A 文章编号： 引言 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。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。本文对高层建筑结构设计中的一些相关

2、要素进行了分析。 一、高层建筑结构设计的特点 1.1 水平荷载成为决定因素 楼房的自重和楼面的使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房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。 1.2 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，2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。 1.3 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

3、作用下的侧移应被控制在某一限度之内。 1.4 结构延性是重要的设计指标 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。 二、高层建筑结构设计的原则 2.1 选择合理的高层建筑结构计算简图 在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算， 如果选择不合理的计算简图，那么就比较容易造成由于结构安发生的事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，其结构节点不单是钢节点或者饺节点，保

4、证和计算简图的误差在规范规定的范围内。2.2 选择合理的高层建筑结构基础设计 在进行基础设计选择的时候，需要按照高层建筑的地质条件进行。并且，对高层建筑上部的结构类型与荷载分布进行综合分析，同时对施3工条件以及相邻建筑物的影响进行全面的考虑，在综合分析和考虑的基础上选择科学合理的基础方案。需要注意的是，基础方案的选择需要使地基的潜力能够得到最大的发挥，如如果必要的话，可以对地基变形进行检测。 2.3 选择合理的高层建筑结构方案 合理的结构方案必须满足高层建筑设计的结构形式和结构体系的要求，并尽量经济合理，以最少的花费获得最佳的结构设计方案。受力在明确、传力简单是结构体系的基本要求，在相同的结构

5、单元中，应该选择相同的结构体系。选择合理的结构方案的时候，需要分析地理条件、工程设计需求、施工条件、施工材料等等，在对这些指标进行综合分析的基础上进行结构选择，以确定最佳的结构方案。 2.4 对计算结果进行准确的分析 随着科技的不断进步，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形色色的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构

6、设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。 三、高层建筑结构设计中的问题及相应的措施 3.1 超高问题 4基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为 A 级高度，并且增加了 B 级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。 3.2 高层建筑结构的规则性问题 在高层建

7、筑的新的建筑规范中，对高层建筑结构的规则性问题作了很多的限制，例如：对结构嵌固端上层和下层的刚度比进行了规定，对平面规则性进行了规定，等等。此外，在新规范中，还明确规定了高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。所以，为了使工程建设按照设计依次进行下去，避免在施工后期对结构设计进行改动，在高层建筑结构设计中，必须严格按照规范的限制条件进行。 3.3 高层建筑结构设计嵌固端的设置 一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下

8、层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。 53.4 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

9、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 形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。 3.5 轴压比与短柱问题 在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大， 而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。

10、柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差，当遭遇地震时， 耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计， 且梁具有良好延性，则柱子进入6屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。另外，许多高层建筑底几层柱的长细比虽然小于 4，但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比小于 2 的柱才是短柱。 有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值， 柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。 结束语 高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，也是建筑过程中一个非常重要的环节，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。因此结构设计者对这两个指标切不可掉以轻心, 更不可认为是无关紧要的。 参考文献 1 范小平，高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析J福建建材，2008 2 李国胜，多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例，中国建筑工业出版社，2004 3 孙凯.高层建筑结构设计的问题及对策探讨J.价值工程,2010(6)