浅析高层建筑结构设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析高层建筑结构设计 【摘要】近年来，随着我国城市 的快速发展，高层建筑也可谓突飞猛进， 其建设速度和建造数量在世界建筑史上 都是少有的。笔者结合工作经验，就高 层建筑的结构设计特点，结构布置，基 础设计等方面做了简要的分析。 中国论文网 /1/view-12763639.htm 【关键词】高层建筑；结构设计； 结构布置；基础设计 高层建筑的发展，一定程度上反 映了一个国家的科技水平和综合国力。 在确保高层建筑物具有足够可靠度的前 提下，为了进一步节约材料、降低造价， 高层建筑正在不断的更新，设计理念也 在不断的发展。高层建筑结构也正朝着 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 结构支撑化，结构立体化，体型多样化， 布置周边化，体型多样化，材料高强化， 组合结构化，建筑轻量化，结构耗能减 震化等方向发展。在城市的发展进程中， 高层建筑能有效的解决人口与土地日益 加剧的矛盾，能有效的减轻住房压力， 但也带来了很多安全隐患，高层建筑随 着高度的增加，结构所需承受的荷载和 倾覆力矩也越来越大，对结构设计也提 出了更高的要求。 一、结构设计特点 结构设计的特点是需要考虑侧向 位移，水平载荷的作用，使结构具有较 好的延性和变形能力。随着建筑高度 的增加，水平载荷作用下结构的侧向变 形迅速增大，结构顶点侧移随着建筑高 度的增加而增大，这在设计的时候就要 求保证结构具有足够的强度和足够的抗 推强度，使结构在水平载荷下产生的侧 移被控制在合理的范围之内，因此侧向 位移是结构设计的控制因素。高层结 构在承受侧向荷载的同时，主要承受着 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 以风载荷为主的水平力的作用，水平载 荷对结构产生的内力和位移随着建筑物 的高度增加而迅速变法，因此水平载荷 是设计的主要因素。高层建筑因为其 重要性等级较高，必须具备良好的抗震 性能，做到“ 小震不坏，大震能修 ”。因 此要求结构具有较好的延性，在强烈地 震的作用下，结构构件在进入屈服阶段 后能吸收地震作用下产生的能量，具有 较强的变形能力，使结构能维持一定的 承载力，因此结构延性是高层建筑结构 设计的重要设计指标。在高层建筑结 构设计的时候，对于由弯曲变形、轴向 变形及剪切变形等因素引起的结构竖向 变形也不容忽视，因为高层建筑结构层 数多，高度大，轴力值很大，再加上沿 高度积累的轴向变形显著，轴向变形会 使高层建筑结构的内力分布与数值产生 明显的变化，因此在设计计算多层建筑 结构的时候，不仅要考虑弯曲变形，也 要考虑轴向变形的影响。 二、结构布置 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 结构的布置包括结构的平面布置 和竖向布置，只有合理的布置结构形式， 才能使结构的设计更加合理。 （一）结构平面布置 高层建筑结构的平面布置应该使 形状简单，对称，规则。若不规则，对 称，将产生较大的偏心力，将引起结构 的扭转效应大，加大端部构件的位移， 导致应力集中，引起结构的不安全。一 般若结构最远边缘处的最大层间变形和 质心处的层间变形的比值超过 1.1，则 认为该结构的扭转太大，结构不规则。 对于需要满足使用功能而不规则的建筑 结构，可采取将结构体系分割成若干个 比较简单、规则的独立单元。但是对抗 震要求比较高的建筑，采用简单，对称， 规则的原则更为重要。 （二）结构立面布置 高层建筑结构的立面布置，最基 本的原则是均匀、规则。保证上下体型、 承载力、刚度、质量分布均匀，以及它 们的变化均匀。若为了满足使用功能的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 要求，体型尺寸有变化，也应上小下大 逐渐变化，不应发生过大的突变。若出 现上下楼层收进使得体型变小，也得对 于收进的尺寸加以限制。高层建筑结构 的立面布置，除了要求均匀外，也要注 意使体型规则，若有变法，亦应是有规 则的渐变，体型沿竖向的剧变，将使地 震时某些变形特别集中，常常在该楼层 因过大的变形而引起倒塌。 三 、基础设计 高层建筑的上层结构载荷很大， 基础底面压力也很大，应采用能满足建 筑物容许变形要求和地基承载力的基础 形式。根据上部结构的层数、类型、载 荷及地基承载力，可以用交叉梁基础、 单独柱基、箱形基础或筏形基础；当地 基承载力或变形不能满足设计要求时， 可以采用复合地基或桩基。以下主要介 绍了箱形基础、筏形基础和桩基础的特 点。 （一）箱形基础特点 箱形基础是由钢筋混凝土的顶板、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 底板、侧墙及一定数量的内隔墙构成封 闭的箱体，基础中部可在内隔墙开门洞 作地下室。这种基础刚度和整体性都好， 调整不均匀沉降的能力较强，可消除因 地基变形使建筑物开裂的可能性，减少 基底处原有地基自重应力，降低总沉降 量。它适用于软弱地基上的面积较小， 荷载较大，上部结构分布不均或平面形 状简单的高层重型建筑物的基础及对沉 降有严格要求的设备基础或特殊构筑物， 但钢筋或混凝土的量较多，造价较高， 内隔墙较多，支模等施工时间较费，工 期较长，在使用上容易受到隔墙太多的 限制。但在一定条件下采用，如能充分 利用地下部分，那么在技术上、经济效 益上也是较好的。 （二）筏形基础特点 当建筑物上部荷载较大而地基承 载能力又比较弱时，用简单的基础已不 能适应地基变形的需要，这时常将墙或 柱下基础连成一片，使整个建筑物的荷 载承受在一块整板上，这种板式基础称 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 筏形基础。筏形基础一般有倒无梁楼盖 式和倒肋形楼盖式这两种做法，倒无梁 楼盖式的筏基，板较厚，用料较多，刚 度也较差，但施工较为方便，且有利于 地下空间的利用；倒肋形楼盖的筏基， 板的折算厚度较小，用料较省，刚度较 好，但施工比较麻烦。筏形基础由于其 底面积大，故可减小基底压力，同时也 可提高地基土的承载力，并能更有效地 增强基础的整体性，调整不均匀沉降， 因此比较常见。 （三）桩基础特点 桩基础主要适用于地质情况特别 差，坚实土层距离地面又很深，采用其 他基础形式不满足条件的时候。桩基础 一般由桩基承台或桩基本身组成，桩承 台一般可利用箱形基础的底板或者筏形 基础的底板，这种形式的基础称为桩箱 基础和桩筏基础。桩箱基础设计需要满 足桩基础和箱形基础的要求，桩筏基础 设计需要满足桩基础和筏板基础的要求， 而且要处理好设计过程中桩箱或桩筏基 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 础的设计与成本的控制。桩的类型应根 据工程地质资料、荷载性质、施工条件、 结构类型以及经济指标等因素确定，桩 按施工方法区分，有灌注桩和预制桩两 种，按受力性能来区分，有支承桩和摩 擦桩两种。按在桩基平台面积确定的情 况下，不同的桩基持力层、不同桩径会 有不同的单桩承载力，桩的平面随之也 可以确定。高层建筑桩筏基础在常规设 计条件下，桩间土仍承担上部荷载，桩 间土地基反力略呈马鞍形，在建筑物完 工时可分但小于上部总荷载的 26%，为 充分发挥筏板底桩间土的承载力，适当 增加桩的间距是合适的。 四、结语 高层建筑结构设计是个复杂的工 程，涉及到的