1、探究高层建筑结构设计的问题分析摘要：高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，建筑关系到更多人民的生命财产安全，而且建筑的结构更为复杂，设计要求更高。然后深入分析研究了高层建筑结构体系选型与建筑设计，结构设计以及建筑施工的关系。否则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。本文介绍了高层建筑结构设计的影响因素，探讨了高层建筑结构设计应注意的问题。 关键词：高层建筑；结构；设计方法 Abstract: The structure design of high-rise building is a process which is long-
2、term, complex and even move in circles , building was related to more of peoples lives and property safety, and the building structure is more complex, the design requirements of higher. Then in-depth analysis of the selection and design of high-rise building structure system, structural design and
3、construction relationship. Any process in which the omissions or errors are likely to make the design process more complicated or make the design results are unsafe. This paper introduces the factors affecting the structure design of high-rise building, discusses the structure design of high-rise bu
4、ilding should pay attention to the problem. Key words: high-rise building; structure; design method 中图分类号：TU208.3文献标识码：A 文章编号： 0、前言 随着社会经济的快速发展，建筑功能日趋多样化，在现代城镇建设中，不规则的建筑结构往往是不可避免的，而且正是这些造型新颖别致的不规则建筑物，给居住环境带来气象万千，别具一格的人文景观。因此，对不规则结构不应一味地排斥、拒绝，而应当因势利导，趋利避害。另一方面，由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展，加之新的施工技术和设备的不断涌现
5、，特别是计算机结构分析手段的不断提高，为高层建筑的迅速发展提供了必要的技术条件。建筑高度的不断增加，风格的变化多样，给高层结构设计提出了新的课题和挑战。高层结构体系不仅要承担本身沉重的垂直荷载，还要承担更多的风荷载和地震力，建筑越高则这两种水平荷载越大。 一、高层建筑的定义 迄今为止，世界各国对多层建筑与高层建筑的划分界限并不统一。同一个国家的不同建筑标准，或者同一建筑标准在不同时期的划分界限也可能不尽相同。世界各国基本是将高层建筑定位在 10 层或 30m 左右。因为，火灾发生时，不超过 10 层左右的建筑可通过消防车扑救，更高的建筑很难利用消防车扑救，需要更多自救措施。从受力上讲，不超过
6、10层左右的建筑，由竖向荷载产生的内力占主导地位，水平荷载的影响较小。 二、高层建筑结构的受力性能分析 建筑物底面对建筑物空间形式的竖向和水平方向的稳定都是非常重要的。对于多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理是相同的，但随着高度的不断增加，竖向结构体系成为设计的控制因素，其原因有两个：其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方
7、成正比，地震的作用效应更加明显。在高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形。 三、高层建筑结构体系类型分析 3.1 框架：剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架一剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平荷载。框架一剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架一剪力墙体系的能建高度要
8、大于框架体系。 3.2 剪力墙体系。当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架：剪力墙体系。 3.3 筒体体系。凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体、筒体一框架、筒中筒、多束筒等多种型式。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的
9、空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。 四、高层建筑结构体系选型与建筑设计的关系 一幢高层建筑必须能够满足该项目的功能要求，所以结构选型时应充分考虑不同建筑的功能要求。目前高层建筑的主要用途为：住宅、旅馆、公寓、各种用途的公用建筑以及集办公、居住商贸、娱乐为一体的综合楼。高层住宅建筑由于其使用功能上的特点，要求在平面内布置许多纵、横内隔墙，而剪力墙结构由于其承重和抗侧力功能与建筑使用功能自然地适应，使发挥结构作用的剪力墙与发挥分隔作用的纵、横内隔墙有可能统一在一起，从而显示了它们在住宅建筑中使用的优越性。加上它
10、施工方便，技术经济指标较好、抗震性能可靠，所以剪力墙结构体系应为高层住宅体系选型的首选。而框架结构由于其梁、柱楞角露于屋内，影响美观、使用，且相对于剪力墙结构，其适应高度相对较低，施工相对复杂，抗震性能相对薄弱，所从框架结构在高层住宅中的应用受到一定限制。高层旅馆按其功能一般可分为客房部分和公共部分。其客房部分与高层公寓一般要求较密的隔墙，与高层住宅类似，宜优先选用剪力墙结构体系，而高层旅馆的公共部分（如大厅、会议室等）和公寓的某些部分通常要求较大的空间，宜优先选用框架或框剪结构体系。高层公共建筑由于涵盖范围较少，但通常都需要较大空间，能适应灵活布置，宜采用框剪及筒体结构。为了完成不同结构体系
11、的理想过渡，使之沿竖向组合起来，需要采用设置“转换层”的结构型式。 五、高层建筑结构体系选型与结构设计以及建筑施工关系 1、高层建筑结构体系选型与结构设计。在混凝土结构和钢结构的设计中，有一些基本原则能增大高层建筑抵抗侧向力和侧移的能力，而不需要加大成本。增加抗弯结构体系的有效宽度。这里很有效的，因为增加宽度可以直接减小倾覆力，并且当其它条件不变时，侧移按宽度增加的三次方的比例减小然而，必须使加宽了的结构体系中的竖向构件连接良好，才能真正达到上述效果。增大承受荷载最有效的构件的截面。例如，加大较低楼层柱子和连接大梁的翼缘截面，就能够直接减小侧向位移和增加抵抗力矩，而不会增大上层楼面的质量，否则
12、，抗震问题将更加严重。使大部分竖向荷载直接由主要抗弯构件承受。这将使主要的抗倾覆构件受到预压而有助于倾覆拉力作用下的房屋稳定。在竖向结构分体系中，合理布置实心墙或者斜撑构件，可以最有效地抵抗每层楼的局部剪力。完全用抗弯的竖向构件来抵抗这些剪力通常不经济的，因为使柱及梁有足够的抗弯能力，比用墙或斜撑需要更多的材料和施工工作量。每层楼盖应足以起水平隔板的作用。这可以使各抵抗外力的构件共同工作，而不是单独工作。将大型竖向和水平构件联结成巨型框架。诸如，在两个或更多的电梯井间每隔若干层用重型楼盖结构体系或非常大的梁式析架连接起来。 2、高层建筑结构体系选型与建筑施工现浇钢筋混凝土高层建筑结构的造价主要
13、包括材料、模板及施工三部分。据统计，在造价中模板的费用是主要的、最易变化的部分，它可占造价的 33%-55%模板体系选择是否合理，不仅影响主体结构造价，而且与施工速度及劳动力消耗有密切关系。目前常用的模板体系有：钢模板体系这是最基本的模板体系，利用标准化的小模板现场拼装成所需的形状和尺寸，在梁柱、楼板的施工中均可应用。大模板体系适合于剪力墙结构体系的施工。滑模体系适合于剪力墙及筒体结构的施工。提模体系适合于框架、剪力墙的施工。爬模体系适合于剪力墙的施工。台模或飞模体系适合于楼板的施工。除模板体系外，混凝土材料的选择、搅拌、运输、浇筑、振捣密实以及钢筋的连接技术也在很大程度上影响着工程的施工速度及施工质量，从而影响结构的造价。 六、结束语 总之，高层建筑墙结构设计呈多样化的趋势，如何做到安全、经济需要结构设计人员通过充分运用概念设计把握结构的整体性，科学布置构造措施等特殊要求。合理设计基础，从中提高建筑抗震性及安全性。
