简议高层建筑结构相关设计要点

1、简议高层建筑结构相关设计要点 【摘要】高层建筑已变成城市的本体部分，并对城市的社会、经济及物质环境的充分影响也正变得日益明显。人们对于高层建筑结构设计方面的要求愈来愈高，高层建筑结构设计是一项集综合性、技术性、安全性为一体的工作，对于建筑设计的发展有着重要的意义。 【关键词】高层建筑；结构设计；剪力墙 1、高层建筑结构设计特点 （1）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。 （2）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

2、房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，影响结构安全，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）水平荷载成为决定因素 一方面，因为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，是与楼房高度的平方成正比；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的变化。 （4）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大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具

3、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。 2、高层建筑结构设计的主要原则 2.1选择合适的基础方案 基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物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。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。 2.2合理选择构方案 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形式和结构体系。总之，工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况都要进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商

4、，在此基础上进行结构选型，确定结构方案。 2.3正确分析计算结果 由于目前软件种类繁多，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，都会导致错误的计算结果，这就要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，合理判断。 3、高层建筑结构设计要点 3.1注意结构的延性，防止截面钢筋超配 （1）要使高层建筑在遭遇强烈地震时具有很强的抗倒塌能力，最理想的办法是使结构中所有的构件都具有很高的延性。比较经济的办法是有选择有重点的提高结构中重要构件的延性。 （2）要使结构能进入弹塑性状态，并能通过结构的塑性变形

5、吸收地震能量、抗御更高烈度的地震，就必须做到“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件”，才能使结构在进入弹塑性状态后形成合理的延性较大的屈服机制。在强震作用下，结构的内力是按照各构件的实际承载力进行分配的，而构件实际承载力的大小和构件截面的实际配筋有关。因此在设计工作中，必须注意构件截面纵向钢筋的超配现象，同时也要注意材料的超强问题。 3.2注意高层建筑的整体稳定性 （1）对整个建筑进行抗倾覆稳定性验算，使地震作用下的倾覆力矩与相应的重力荷载在基础与地基交界面上的合力作用点，不应超出力矩作用方向抗倾覆构件基础边长的1/4。 （2）加大建筑物下部几层的宽度，使其满足规范高宽比的限值，从而保证上部结构的

6、稳定。 （3）使基础有足够的埋置深度。有些裙楼和高层主楼从地上到地下用变形缝彻底分开，导致主楼基础埋深不够，地震时会使建筑物发生滑移、整体倾斜甚至倾覆。 3.3关于框架柱截面大小的选择 （1）在实际工程设计中，常采用以下几种措施：框架柱的截面首先要满足规范轴压比的要求，这对于保证结构的竖向承载力、底板的抗冲切承载力有很大的好处，对于形成的短柱则通过增加体积配箍率及沿柱身全高加密箍筋来提高延性；采用高强混凝土、钢管混凝土柱或劲钢混凝土柱；使柱的轴压比满足规范限制要求即可，不能使其过小。另外，对于底层框架柱来讲，柱的抗弯刚度远远大于梁的抗弯刚度，梁板对柱的约束程度相对较小，因此底层柱很有可能是长柱

7、并非短柱，所以采取上述措施，并符合强柱弱梁、强剪弱弯的原则后，底层框架柱在地震时是能够做到不发生剪切破坏的。 （2）同一楼层中各柱要尽量等刚度，即截面差异不要太大。在柱截面选择时，有的是根据柱负荷面积进行的，中柱截面最大、边柱次之，而角柱最小，这样在同一楼层特别是在建筑底部会出现长短柱共存的现象。 （3）在框架体系或框筒体系中，角柱的受力要比其它柱差。这是因为：在双向刚接框架中，角柱沿纵横两个方向都是单边有梁，即在重力荷载作用下，角柱已处于双向受弯状态；在高层建筑中，水平荷载引起较大的倾覆力矩，框架整体弯曲时，使角柱所受的附加轴力最大；地震动的斜向或双向输入，使角柱双向受弯或双向受剪，由此引起

8、的双向偏心将与重力荷载作用下的双向偏心叠加，使其双向偏心值很大，角柱处于更加危险状态；结构的质心与刚心不可能完全重合，在结构的扭转振动过程中，角柱的相对侧移最大，即扭转也使角柱处于不利状态，因此为了防止角柱的斜向压弯及扭转破坏，不能使柱截面太小，同时要特别注意箍筋的加密，增加箍筋对受压区混凝土的约束作用。 3.4剪力墙设计 （1）筋混凝土抗震墙的延性和破坏形态与墙体的高宽比和超静定次数密切相关。为了提高抗震墙的变形能力，避免发生剪切破坏，对于一道截面较长的抗震墙，应该利用洞口设置弱连梁，使墙体分为小开口墙、多肢墙或单肢墙，并使每个墙段的高宽比不小于2。在实际设计中，对连梁的刚度都要进行折减，这

9、是因为剪力墙的刚度一般都很大，在水平力作用下，剪力墙中的连梁会因为很大的内力而超过截面允许值，可靠的办法是让这些连梁先屈服，要使连梁能形成塑性铰而不发生脆性破坏，连梁首先就必须满足强剪弱弯的要求，对连梁的刚度进行折减实际上就是降低其抗弯能力。连梁折减后，实际还存在超限问题，当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下超限连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢按两次计算的内力较大者设计配筋。同时还可采用设置斜撑、双连梁的方法解决问题。 （2）规范规定，剪力墙在端部应设置暗柱、端柱等边缘构件。这些边缘构件的作用相当于砖混结构的约束柱，当结构的刚度较小，地震作用下层间位移和顶点位移较大时，边缘构件所起的作用也就越大，此时暗柱的截面和配筋就应加大。如果剪力墙的总截面面积与楼层面积之比值较大时，且房屋高度较小、楼座面积较大时，墙端部的暗柱面积和配筋量就不需按规范要求设置那么多。 4、结语 高层建筑结构设计是否合理，不仅仅影响到高层建筑实施施工，而且还直接影响到高层建筑建设以及后期养护的顺利开展