高层建筑结构设计的影响因素

1、高层建筑结构设计的影响因素摘要：高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环 往复的过程，高层建筑结构设计中应根据实际情况做好结构 分析，多做方案比较。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：高层建筑结构设计影响因素注意问题 中图分类号： TU208.3 文献标识码： A 文章编号： 高层建筑结构不但承受着由于外界的风产生的水平方 向的荷载，同时也承受着在垂直方向的荷载，并且对于地震 的抵抗能力也有要求。一般情况下，建筑结构受到低层建筑 结构水平方向上的影响比

2、较弱，然而在高层建筑中，外界地 震的影响和外界风产生的水平方向的荷载的影响是主要的 影响因素。随着建筑物高度的增加，高层建筑的位移增加较 快，但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度，同时使 得建筑物的使用受到影响，并且容易损坏结构构件以及非结 构构件。基于此，在设计高层建筑结构时，首先控制侧移在 规定的范围之内，所以，高层建筑结构设计的核心是抗侧力 结构的设计。、高层建筑结构设计的影响因素1、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向构件中所 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，以及由此在竖向构件中 引起的轴力，是与楼房高

3、度的两次方成正比；另一方面，对 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。2、高层建筑结构受力性能 对于一个建筑物的最初的方案设计 , 建筑师考虑更多的 是它的空间组成特点 , 而不是详细地确定它的具体结构。建 筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定 都是非常重要的 , 由于建筑物是由一些大而重的构件所组成 因此结构必须能将它本身的重量传至地面 , 结构的荷载总是 向下作用于地面的 , 而建筑设计的一个基本要求就是要搞清 楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的 关系, 所以 , 在建筑设

4、计的方案阶段 , 就必须对主要的承重 柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。对于低层、多层和高层建筑 , 竖向和水平向结构体系的 设计基本原理都是相同的 , 但是 , 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成正比 ,

5、 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 , 可见 , 高层建筑的结构受力性能与 低层建筑有很大的差异。3、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

6、使楼层水平力作用沿平面分布均匀 , 减轻结构的 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。4、轴向变形不容忽视 任何建筑结构在外力作用下产生的位移都包括弯曲、轴 向变形和剪切变形三部分。在低层建筑结构设计中，通常只 考虑弯曲变形，而忽略铀向变形和剪切变形

7、的影响，因为一 般结构构件的轴力和剪力产生影响较小，可不考虑。而高层 建筑由于层数多、轴力大，再加上沿高度积累的轴向变形显 著，轴向变形会对高层结构的内力产生很大影响。此外，高 层结构中的剪力墙的截面也往往很大。因此，剪切变形的影 响不可忽略。采用框架体系和框架剪力墙体系的高层建筑中， 框架中柱的轴向压力往往大于边柱的铀向压力，中柱的轴向 压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差 异轴向变形将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁的中 间支座产生沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减 小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。故在高层建筑设 计中，轴向变形不能不考虑。在高层建筑结构的力

8、学计算中，根据所选计算手段，所 计算的构件变形因素是有区别的。对于简化助手计算方法， 一般只计算最基本的变形。采用计算机方法计算时，计算的 变形因素要多一些。当用空间协同工作方法时， 考虑了梁的弯曲、 剪切变形， 考虑了柱、剪力墙的弯曲、剪切和轴向变形；当用完全的三 维空间分析方法时， 除考虑了前面全部变形外， 还增加了梁、 柱、剪力墙的扭转变形，以及剪力墙墙体截面的翘曲变形。二、高层建筑结构设计应注意的问题1、结构选型。对于高层建筑结构而言，在工程设计的 结构选型阶段应注意以下几点：（1）结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出 现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条 件。而且

9、，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用 严重不规则的设计方案。 ”因此，结构工程师在遵循新规范 的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶 段工作的被动。（ 2）结构的超高问题。对于超高限建筑物 ,应当采取科 学谨慎的态度。 因为在地震力作用下 ,超高限建筑物的变形破 坏性态会发生很大的变化。 随着建筑物高度的增加 ,许多影响 因素将发生质变 ,即有些参数本身超出了现有规范的适宜范 围,如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型 选取等。，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意。3）嵌固端的设置问题。不仅关系到结构中某些构件 内力分配的准确性 ,而且还影响结构产生侧移的

10、真实性 , 以 及结构局部的经济性，由于高层建筑般都带有地下室和人 防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防 顶板等位置，因此，高层建筑在进行结构分析计算之前必须 首先确定结构嵌固端的所在位置 ,在这个问题上， 结构设计工 程师需要注意如下几个方面如：嵌固端楼板的设计、嵌固端 上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在 结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位 置的协调等。2、地基与基础设计 对高层建筑来说，在抗震设计中，房屋的高宽比是一个需慎重考虑的问题。不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将 直接影响后期设计工作的进行，同时，也是地基基础整个工 程造价的决定性

11、因素，在这一阶段，所出现的问题也有可能 更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注 意地方性规范的重要性问题。3、结构计算与分析 在结构计算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理。（1）首先基本选定结构方案后 , 紧接着就是高层结构设 计的核心部分 -结构计算由于新规范的推出对结构整体计算 和分析部分内容进行了调整和改进，因此，对这一阶段比较常见的问题应该有一个清晰的认识（2）周期折减系数，在高层结构中设置了非结构的砌 体填充墙 ,在结构计算时应考虑其对主体结构的影响。周期的折减应考虑到门窗洞口的设置对周期的影响 ,不同的结构类 型和填充墙的多少也决定了周期折减系数的取值,而不能一概而论。（3）振型数目是否足够。阵型数的多少与结构的层数有关 ,对振型的取值都有较为明确的规定。在新规范中增加一个振型参与系数的概念， 并明确提出了该参数的限值。 因此