1、1探讨高层建筑结构设计摘要：高层建筑在我国的发展可以说是异常迅速，其高度不断在增加，而建筑的类型和功能也是有着越来越复杂化的趋势，结构体系也是更加多元化起来。本文从高层建筑结构设计方面的问题进行探讨，希望对建筑结构设计事业有进一步提高。 关键词：结构设计原则结构设计特点；混凝土计算 中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号： 高层建筑结构设计是一个长期且复杂的工作，设计过程中只要存在一丁点的错误，都可能对结构设计结果产生巨大的影响。因此，结构工程设计师在设计时，从始至终都要非常的细致和认真，保证分析和计算的结果是合理性，同时还要对其结果进行不断的优化，直到在安全的前提下最经济。 高
2、层建筑结构设计方面的原则 1.1 合理选择结构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构体系。结构体系应传力简捷，受力明确。同一结构单元不应采用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。 1.2 选用适当的计算简图：结构计算是在计算简图的基础上进行的，2在计算的过程中，计算简图和计算方法的选择尤为重要，是保证结构安全和质量的基础。计算简图选用不当会导致结构安全事故的发生。因此在设计的过程中首先要选择合理的设计简图，保证其计算结果的合理，同时计算简图还应有对应的构造措施。利用先进的计算软件和合理的构造措施来确保高层建筑结构的安全合理。 1.3 正确分析计算
3、结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。 1.4 选择合适的基础方案：基础设计根据工程地质条件，上部结构的荷载分布，相邻建筑的影响及施工条件等多种因素进行综合分析。选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算，基础设计应有详尽的地质勘察报告。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的基
4、础类型。 1.5 采取相应的构造措施：结构设计应牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的原则；确保构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度；考虑温度应力等因素的影响。 二、高层建筑结构设计特点 2.1 荷载大 高层建筑高度高，层数多，由结构自重、墙体重量、楼面、屋面活3荷载及生活所需的基本设备等引起的竖向荷载大，竖向轴力与房屋高度成线性正比关系；由风荷载和地震作用引起的内力主要是弯矩和剪力，在结构底部产生的弯矩与结构高度的二次方成正比，结构顶点处的侧向位移与高度的四次方成正比；水平作用对高层建筑结构的内力、变形及建筑物的工程造价的影响占主导地位。即高层建筑结构的竖向荷载所引起的内力远
5、大于低层建筑中竖向荷载可引起的内力，水平作用(荷载)成为高层结构设计时的主要控制荷载。 2.2 侧移大 高层建筑结构的顶层侧移比低层建筑的大很多。而过大的侧移使人不舒服，使电梯运行困难，影响人们的正常工作和生活；侧移过大会使建筑开裂，甚至脱落，影响建筑物的美观、隔音等，脱落物造成人身安全事故；使结构出现附加变形和附加内力，使结构主体出现裂缝，严重的会引起房屋破坏或倒塌。在实际工程中应避免过大侧移，需加强抗侧刚度。 三、高层混凝土结构的计算，软件计算结果参数及其调整办法 在结构设计之前，首先结构设计师要根据建筑布局建立相应的结构模型，根据实际工程经验估算出结构自振周期，根据规范要求查出其结构抗震
6、等级，并根据楼层数设置振型参与组合数及地震作用方向等，通过 PKPM 进行结构的计算分析，其次结构设计师还要注重结构设计的合理性，使得位移比、刚度比、层间受剪承载力、剪重比和周期比等处于合理范围，有不满足规范规定要求时，应对结构构件的布置进行相应的调整。同时，结构设计师还要注意非结构构件，对于这部分，要严格按照4新规范中增加的非结构构件的设计方法进行设计。 软件计算结果参数正确性的判断及其调整办法 （1）轴压比。为保证结构及其构件的延性，规范对剪力墙和框架柱的轴压比有相应的限值要求。轴压比是在地震作用下墙柱的轴压力设计值与构件混凝土轴心抗压强度设计值和和构件截面面积的比值。当轴压比超过规范要求
7、或者墙柱计算结果配筋率偏大，甚至接近超筋，说明墙柱截面偏小，应加大墙柱截面或者混凝土强度等级。 （2）位移比。位移比取楼层最大杆件位移与平均杆件位移的比值。位移比是控制结构扭转效应的参数之一，控制结构平面规则性，以免形成扭转，避免对结构产生不利影响。位移比是在刚性楼板假定下并考虑偶然偏心作用下计算所得，当位移比超过 1.2 时，需要考虑双向地震力。位移比不满足规范要求时，只能通过人工调整改变结构平面布置，减小结构刚心与形心的偏心距；利用程序节点搜索功能在 SATWE 的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度；也可找出位
8、移最小的节点削弱其刚度；直到满足要求。 （3）周期比。限值周期比主要为控制结构在罕遇地震下的扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响。确保结构具有一定的抗扭能力，周期比过大，说明该结构抗扭能力较弱。周期比只能通过调整平面布置来改善，这种改变一般是整体的，局部的小调整往往收效甚微。总的调整原则是要加强结构外圈，或者削弱内筒。也就是说，周期比控制不是要求5结构足够结实 ，而是要求结构平面布置的合理性，限制结构抗扭刚度不能太弱。 （4）刚重比。刚重比是结构刚度和重力荷载之比。主要为控制结构的整体稳定性，以免结构产生滑移和倾覆。当结构的刚重比进一步减小时，则重力 p-效应将会呈现非线性关系而急剧增长，直
9、至引起结构的整体失稳。刚重比不满足要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小，需加强墙、柱等竖向构件的刚度；但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。 （5）剪重比。剪重比为水平地震作用标准值的剪力和重力荷载之比。主要出于结构安全的考虑，增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求，规定了不同设防烈度下的楼层最小地震剪力系数（即剪重比）当不满足要求时，结构水平地震总剪力和各楼层的水平地震剪力均需要进行相应的调整或改变结构刚度使之达到规定的要求。 a）当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时，说明结构过柔，宜适当加大墙、柱截面，提高刚度； b）当地震剪力偏大而层间侧移角
10、又偏小时，说明结构过刚，宜适当减小墙、柱截面，降低刚度以取得合适的经济技术指标； c）当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时，可在 SATWE 的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于 1 的系数增大地震作用，以满足剪重比要求。 （6）楼层最大位移与层高之比。在正常使用条件下，高层建筑结构应具有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性6和使用要求。按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比应符合抗震规范表 5.5.1。需要进行弹塑性变形验算的结构在罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形（弹塑性层间位移角）应符合抗震规范表5.5.5。 不满足规范要求且底层层高很大时，需加强结构
11、的抗侧刚度，加大局部竖向构件截面。 四、结语 高层建筑物有效地减轻了住房压力，但必然也带来了安全隐患，其结构设计显得尤为重要，随着设计理念的不断发展，高层建筑物必将朝着更加合理的方向发展。在进行高层建筑结构设计时，只有综合考虑各项原则及控制指标，结合建筑物的使用功能，对整体结构进行把握，对结构设计中的重点以及特殊部位进行重点优化设计，才能确保高层建筑的使用安全、舒适，经济合理。 参考文献： 1吴大维.高层建筑的结构优化设计研究J.四川建筑科学研究.2006. 2王运政.建筑结构优化设计的原理探讨J.基建优化.2008. 3于洪杰.浅谈建筑结构优化J.山西建筑.200705. 4高层建筑混凝土结构设计规程.中国建筑工业出版社 北京 2010. 5建筑抗震设计规范.中国建筑工业出版社 北京 2010.
