探讨高层建筑结构设计探析

1、探讨高层建筑结构设计探析    摘 要：随着科技和社会的不断发展和进步，自从 19 世纪以来出现了现代高层建筑，高层建筑越来越广泛的出现在人们的生活中。作为一个庞大复杂的系统，高层建筑的结构设计，一方面要满足包括抗震，抗风等在内的安全性能的要求，另一方面，也要满足高层建筑结构的科学性和合理性。 关键词：高层建筑；设计；对策 1.高层建筑结构设计的意义及依据 1.1 概念设计的意义 高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。 1.2 概念设计的依据 高

2、层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。 2.高层建筑结构设计的特点 高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有； 2.1水平力是设计主要因素 在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的

3、轴力和弯矩的数值，仅与建筑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所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，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，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。 2.2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。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，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。 2.3抗震设计要求更高 有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏

4、、大震不倒。 2.4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；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安垒的结果。 2.5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。 3.高层建筑结构设计问题分析

5、及对策 3.1提倡节约 我国是发展中国家，还是要尽量提倡节约，目前我国规范中的构造要求，并非都比国外低，有的已经超过。国外大企业在北京买了按我国规范设计的大楼，说明我国规范不是进不了国际市场。现在对安全度进行讨论，应注意不要引起误导，千万不要误解提高建筑结构安全度建筑物就安全了，造成不必要的浪费。实践已经证明，现行规范安全度是可以接受的。这是重要的经验，不能轻易放弃。但考虑到客观形势变化，国家经济实力增强和住宅制度改革现状，可以将现行设计可靠度水平适当提高一点。这样投入不大，却对国家总体和长远利益有利。 3.2高层建筑结构存在着超高的问题 基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构

6、的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为 A级高度，并且增加了 B 级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。 3.3考虑受力性能 对于一个建筑物最初的方案设计，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的，因此结构必须能将它本身的重量

7、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，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量与分布作出总体设想。 3.4提倡使用概念设计 所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想。从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于

8、手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。近十余年来我国的高层建筑建设可谓突飞猛进，其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。但是，从设计质量方面来看却不容乐观，多数设计追赶流行时尚，因此在实际中应考虑长远因素。 3.5 高层建筑结构设计短肢剪力墙设置 我国建筑新规范中，短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在 58 的墙，按照实际经验以及数据，高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制。所以，在高层建筑的结构设计中，必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。 3.6 高层建

9、筑结构设计嵌固端的设置 一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。 3.7 高层建筑结构的规则性 在关于高层建筑的新规范中，对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制，比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比，平面规则性等等，并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此，为了避免后期施工设计阶段的改动，高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。 4.结论 总之，高层建筑结构设计是一项技术性的工作，综合性很强，它对建筑设