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第1篇

關(guān)鍵詞 高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；結(jié)構(gòu)分析

中圖分類號 TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0094-01

當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師面臨的一個首要問題就是怎樣才能設(shè)計出安全、舒適、經(jīng)濟(jì)、美觀，并能滿足人們精神及物質(zhì)生活要求的高層建筑。因此，對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點的熟練掌握，是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的必備基本素質(zhì)。筆者將多年從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗做了一個總結(jié)，提出了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中一些需要注意的問題，并對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的體系作了分析，以供參考。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點分析

1.1 水平荷載是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中的決定因素

高層建筑所承受的樓面荷載及其自身重量于豎向構(gòu)件當(dāng)中的彎矩及軸力數(shù)值與高層建筑的實際高度成正比；高層建筑結(jié)構(gòu)中傾覆力矩的產(chǎn)生與水平荷載相關(guān)，結(jié)構(gòu)的軸力也由豎向構(gòu)件所引起，傾覆力矩及軸力都與高層建筑本身的實際高度成正比；對于具有特定高度的建筑來說，豎向荷載在一般情況下是一個定值；而高層建筑結(jié)構(gòu)中的水平荷載數(shù)值由結(jié)構(gòu)動力的特性決定，隨動力特性變化而變化，尤其是水平荷載當(dāng)中的風(fēng)荷載。

1.2 軸向變形在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中是不可忽視的因素

如高層建筑所承受的豎向荷載值較大，可引起柱中出現(xiàn)軸向變形的現(xiàn)象，且幅度較大，從而影響連續(xù)梁的彎矩，對連續(xù)梁中部的支座處負(fù)彎矩值產(chǎn)生了減小作用，而對端支座的負(fù)彎矩值及跨中正的彎矩值則是產(chǎn)生了增大作用。較大的豎向荷載值還會影響預(yù)制構(gòu)件下料的長度；在這樣的情況下，就需要以軸向變形作為依據(jù)的計算值，調(diào)整下料長度。此外，豎向荷載值對構(gòu)件側(cè)移及剪力產(chǎn)生的影響也不可忽視，因其與構(gòu)件豎向的變形相比較考慮，會產(chǎn)生與不安全結(jié)果不相符合的現(xiàn)象。

1.3 側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制指標(biāo)

高層建筑與低矮的樓房不一樣，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，關(guān)鍵的影響因素為結(jié)構(gòu)側(cè)移；隨建筑本身實際高度的增大，水平荷載之下的建筑結(jié)構(gòu)側(cè)移的變形會迅速增大。可以發(fā)現(xiàn)，在水平荷載的作用下，需要對結(jié)構(gòu)側(cè)移進(jìn)行控制，使其保持在一定的限度之內(nèi)。

1.4 結(jié)構(gòu)延性為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標(biāo)

高層建筑的結(jié)構(gòu)要比低矮樓房的結(jié)構(gòu)更柔，在地震的作用下，出現(xiàn)的變形幅度會更大，減少了倒塌的現(xiàn)象。在高層建筑的構(gòu)造方面可采取相應(yīng)的措施，使之進(jìn)入到塑性變形的階段后，仍具有足夠延性，保持較強(qiáng)變形能力。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系分析

2.1 剪力墻-框架體系的設(shè)計

在高層建筑結(jié)構(gòu)中的框架體系剛度及強(qiáng)度均不能達(dá)到要求時，常常需要在高層建筑的平面內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢茫⒓袅σ源娼Y(jié)構(gòu)中的部分框架，將剪力墻-框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中[3]。當(dāng)建筑物承受來自水平方向的壓力時，剪力墻及框架可以通過剛度足夠強(qiáng)的連梁及樓板共同組成相互協(xié)同結(jié)構(gòu)工作體系。在剪力墻-框架設(shè)計體系中，承受來自垂直方面荷載的主體為框架體系，水平剪力的承受主體為剪力墻；在剪力墻-框架體系中，位移曲線為彎剪型。結(jié)構(gòu)側(cè)向的剛度由于剪力墻的作用而增大，建筑在水平方向上的位移得以減小；框架所承受的水平方向上的剪力出現(xiàn)明顯下降的趨勢，豎向的內(nèi)力分布變得均勻。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指由平面的剪力墻結(jié)構(gòu)組成的建筑主體受力結(jié)構(gòu)。在剪力墻結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，全部的水平力及垂直荷載由單片的剪力墻所承受。剪力墻結(jié)構(gòu)體系是一種剛性的結(jié)構(gòu)，位移曲線是一種彎曲型結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)體系的剛度及強(qiáng)度均相對較高，具有一定延性，在傳力時具有直接及均勻的優(yōu)點，整體性好，且抗倒塌的能力較強(qiáng)，不失為一種優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)體系，其可建的高度一般大于剪力墻-框架體系。

2.3 筒體結(jié)構(gòu)體系

筒體結(jié)構(gòu)體系指的是以筒體作為抗側(cè)力的構(gòu)件建筑結(jié)構(gòu)體系，筒體結(jié)構(gòu)體系主要包括筒體-框架、單筒體、多束筒及筒中筒等其他多種形式。可將筒體分為空腹筒及實腹筒兩個大類。筒體為空間受力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件與三維豎向的結(jié)構(gòu)單體，由曲面墻或平面墻圍成；也可由窗裙梁、密排柱及開孔鋼筋外墻等構(gòu)成。筒體結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)度及剛度均相對較高，在大空間、大跨度等特殊類型的高層建筑中被廣泛應(yīng)用

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本假定分析

由剪力墻及簡體框架組成了高層建筑主體結(jié)構(gòu)，組成的方式為平樓板水平連接。因此，在三維空間中精確及完善的分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)是存在難度的，特別是不同的實用分析方法，要引入不同程度的簡化計算模型。以下四種假定是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中比較常見的計算模型。

3.1 小變形基本假定

在一般情況下，小變形基本假定在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析中被應(yīng)用得最多。很多從幾何方面入手的研究人員對P—效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)研究，并得出以下注意事項：在建筑高度與頂點的水平位移的比值大于0.2%的情況下，需高度重視建筑結(jié)構(gòu)受到P—效應(yīng)影響的程度。

3.2 剛性樓板基本假定

在分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，存在的問題主要是過于注重平面內(nèi)剛度，而忽視了平面外剛度。采用剛性樓板基本假定的分析法不僅能將結(jié)構(gòu)的位移自由度減少，計算的方法簡化，而且能為筒體結(jié)構(gòu)空間薄壁的桿件理論創(chuàng)造良好的計算及使用條件。在一般的情況下，在剪力墻結(jié)構(gòu)體系及框架結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中運用剛性樓板基本假定是可行的。但是，就豎向剛度結(jié)構(gòu)出現(xiàn)突變的情況而言，受到樓板變形的影響較大，如有些樓板的層數(shù)不多、剛度不大及抗側(cè)力構(gòu)件的間距過大等情況，尤其是結(jié)構(gòu)底部及每層頂部內(nèi)力的影響更為顯著。對于以上問題，要采取一些適當(dāng)?shù)恼{(diào)整措施進(jìn)行解決。

3.3 彈性基本假定

目前，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析方法當(dāng)中，彈性基本假定

計算方法被運用的范圍較廣。尤其在垂直荷載的計算當(dāng)中，因高層建筑結(jié)構(gòu)長時間處于彈性的工作階段，實際工作情況與彈性基本假設(shè)的情況相吻合。但如果遭到較嚴(yán)重的自然災(zāi)害，如較大強(qiáng)風(fēng)及地震等，建筑結(jié)構(gòu)會因較大的位移幅度而產(chǎn)生裂縫，從而進(jìn)入到彈塑性的工作階段。在這樣的情況下，為了能使高層建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)得到真實的反應(yīng)，只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計中運用彈塑性分析方法。

3.4 計算圖形基本假定

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中三維空間的分析方法主要為計算圖形基本假定。二維協(xié)同分析沒有將側(cè)力構(gòu)件中公共的節(jié)點在外位移納入到分析的范圍當(dāng)中；側(cè)力構(gòu)件外的剛度及扭轉(zhuǎn)剛度并沒有受到高度重視。分析精通桿的三維空間中每一節(jié)點時，自由度只有六個，不足以完成分析，使用計算圖形基本假定分析法，可以彌補(bǔ)這一缺陷。

4 結(jié)束語

高層建筑的快速發(fā)展增加了對其力學(xué)及結(jié)構(gòu)分析模型等方面的諸多要求。因此，尋找新的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式與正確的力學(xué)分析模型，是當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作人員的主要奮斗目標(biāo)；只有找到新型建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計形式與正確的力學(xué)分析模型，才能使高層建筑獲得更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]都鳳強(qiáng).高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實踐探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2009,21(8):942-943.

第2篇

關(guān)鍵詞：芻議；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：TU984 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作，也是建筑過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)，任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設(shè)計過程變得更加復(fù)雜或使設(shè)計結(jié)果存在不安全因素。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計者對這兩個指標(biāo)切不可掉以輕心, 更不可認(rèn)為是無關(guān)緊要的。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

1.1水平荷載成為決定因素

樓房的自重和樓面的使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比。

1.2 軸向變形不容忽視

高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大。

1.3側(cè)移成為控制指標(biāo)

與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。

1.4 結(jié)構(gòu)延性是重要的設(shè)計指標(biāo)

相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

2.1 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)計算簡圖

在計算簡圖基礎(chǔ)上進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算，如果選擇不合理的計算簡圖，那么就比較容易造成由于結(jié)構(gòu)安發(fā)生的事故，基于此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全保證的前提是合理的計算簡圖的選擇。同時，計算簡圖應(yīng)該采用相應(yīng)的構(gòu)造方法保證安全。在實際的結(jié)構(gòu)中，其結(jié)構(gòu)節(jié)點不單是鋼節(jié)點或者餃節(jié)點，保證和計算簡圖的誤差在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。

2.2 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計

在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計選擇的時候，需要按照高層建筑的地質(zhì)條件進(jìn)行。并且，對高層建筑上部的結(jié)構(gòu)類型與荷載分布進(jìn)行綜合分析，同時對施工條件以及相鄰建筑物的影響進(jìn)行全面的考慮，在綜合分析和考慮的基礎(chǔ)上選擇科學(xué)合理的基礎(chǔ)方案。需要注意的是，基礎(chǔ)方案的選擇需要使地基的潛力能夠得到最大的發(fā)揮，如如果必要的話，可以對地基變形進(jìn)行檢測。

2.3 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)方案

合理的結(jié)構(gòu)方案必須滿足高層建筑設(shè)計的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系的要求，并盡量經(jīng)濟(jì)合理，以最少的花費獲得最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。受力在明確、傳力簡單是結(jié)構(gòu)體系的基本要求，在相同的結(jié)構(gòu)單元中，應(yīng)該選擇相同的結(jié)構(gòu)體系。選擇合理的結(jié)構(gòu)方案的時候，需要分析地理條件、工程設(shè)計需求、施工條件、施工材料等等，在對這些指標(biāo)進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選擇，以確定最佳的結(jié)構(gòu)方案。

2.4 對計算結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的分析

隨著科技的不斷進(jìn)步，計算機(jī)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中。當(dāng)前市場上存在著形形的計算軟件，采用不同的軟件得到的結(jié)果可能不同，所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下，選擇合適的軟件進(jìn)行計算。由于建筑結(jié)構(gòu)的實際情況和計算機(jī)程序并不一定完全相符，所以進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計的時候，出現(xiàn)人工輸入誤差或者因為軟件本身存在著缺陷使得計算結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，基于此，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師在得到了通過計算機(jī)軟件得到的結(jié)果以后，應(yīng)該進(jìn)行校核，進(jìn)行合理判斷，得出準(zhǔn)確結(jié)果。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題及相應(yīng)的措施

3.1超高問題

基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑規(guī)范對高層建筑的結(jié)構(gòu)的高度有嚴(yán)格的規(guī)定，針對高層建筑的超高問題，在新規(guī)范中不但把原來限制的高度規(guī)定為A級高度，并且增加了B級高度，使得高層建筑結(jié)構(gòu)處理設(shè)計方法和措施都有了改進(jìn)。實際工程設(shè)計中，對于建筑結(jié)構(gòu)類型的改變對高層超高問題的忽略，在施工審圖時將不予通過，應(yīng)該重新進(jìn)行設(shè)計或者進(jìn)行專家會議的論證等。在這種情況下，整個建筑工程的造價和工期都會受到極大的影響。

3.2高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題

在高層建筑的新的建筑規(guī)范中，對高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題作了很多的限制，例如：對結(jié)構(gòu)嵌固端上層和下層的剛度比進(jìn)行了規(guī)定，對平面規(guī)則性進(jìn)行了規(guī)定，等等。此外，在新規(guī)范中，還明確規(guī)定了高層建筑不能采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案。所以，為了使工程建設(shè)按照設(shè)計依次進(jìn)行下去，避免在施工后期對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行改動，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須嚴(yán)格按照規(guī)范的限制條件進(jìn)行。

3.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計嵌固端的設(shè)置

一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設(shè)置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結(jié)構(gòu)工程設(shè)計人員應(yīng)該考慮嵌固端設(shè)置會可能帶來的問題。考慮嵌固端的樓板的設(shè)計；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計算時充分考慮嵌固端的設(shè)置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結(jié)構(gòu)抗震縫隙設(shè)置的協(xié)調(diào)。

3.4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題

建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。

在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則 L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結(jié)構(gòu)平面布置時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。

3.5 軸壓比與短柱問題

在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中，往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋。即使采用高強(qiáng)混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態(tài)，防止受拉鋼筋未達(dá)屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小，則結(jié)構(gòu)的延性就差，當(dāng)遭遇地震時， 耗散和吸收地震能量少，結(jié)構(gòu)容易被破壞。但是在結(jié)構(gòu)中若能保證強(qiáng)柱弱梁設(shè)計， 且梁具有良好延性，則柱子進(jìn)入屈服的可能性就大大減少，此時可放松軸壓比限值。另外，許多高層建筑底幾層柱的長細(xì)比雖然小于4，但并不一定是短柱。因為確定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2 的柱才是短柱。

有專家學(xué)者提出現(xiàn)行抗震規(guī)范應(yīng)采用較高軸壓比。但是即使能調(diào)整軸壓比限值， 柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。

4 結(jié)束語

隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)不斷的發(fā)生變化，高層建筑結(jié)構(gòu)形式越來越多，研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有著非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 范小平，高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計中相關(guān)的幾個問題應(yīng)用分析[J]福建建材，2010，（12）.

第3篇

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，城市居民人均居住面積不斷縮小，土地資源日益緊張，給高層建筑帶來了極大的發(fā)展空間。高層建筑提高了土地利用率，增大了人均居住面積，已經(jīng)成為城市未來發(fā)展的主要方向，并逐步深入到人們的日常生活中去。結(jié)構(gòu)設(shè)計是高層建筑的關(guān)鍵部分，直接影響了高層建筑的實用性能以及后期的維護(hù)，做好高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其滿足抗風(fēng)、抗震等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時，還能方便居住用戶的生產(chǎn)和生活。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

2.1短肢剪力墻設(shè)置問題

根據(jù)近年的高層建筑建設(shè)情況來看，短肢剪力墻在高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)頻率較高，而短肢剪力墻的增設(shè)對建筑物的穩(wěn)定性、抗震性能、牢固度的提升不僅沒有起到促進(jìn)作用，反而在一定情況下還會產(chǎn)生不利影響。因此，在設(shè)計高層建筑時，應(yīng)盡量減少短肢剪力墻的使用頻率，以提升高層建筑物結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

2.2嵌固端設(shè)置問題

地下室和人防是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不可或缺的組成部分，而且地下室或人防頂板地區(qū)通常會修筑嵌固端，這就降低了高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。設(shè)計者在對嵌固端進(jìn)行布置時，應(yīng)充分考慮由此引發(fā)的問題，如對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響、嵌固端樓板設(shè)計等。嵌固端布局時，應(yīng)對其上下層的剛度比例、方位布局進(jìn)行全方位的綜合考量，通過專業(yè)的計算軟件，對各項參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計算，盡量保障嵌固端布局和抗震縫隙二者之間的平衡。

2.3超高問題

建筑物超高問題是在施工過程中較為普遍的問題，高層建筑在施工過程中若超出相關(guān)的建筑標(biāo)準(zhǔn)，將嚴(yán)重影響建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性、抵御災(zāi)害的能力等，這是必須避免的問題。一些工程設(shè)計單位及建設(shè)單位，為了增加工程賣點，不顧客觀實際，無限增高建筑工程的高度。相關(guān)部門應(yīng)抓緊制定出臺相關(guān)的法律法規(guī)制度，對高層建筑物的設(shè)計高度進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定，并對建筑物的抗震性能、防火性能等其他與安全有關(guān)的性能進(jìn)行科學(xué)控制。

2.4設(shè)計缺乏科學(xué)性

高層建筑物不同于普通的建筑物，該類建筑的機(jī)械性能和功能具有自身特點，這就要求在對高層建筑物進(jìn)行設(shè)計時，要加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量控制。然而，實際情況是，我國很多高層建筑設(shè)計者在專業(yè)水平和對相關(guān)技術(shù)法規(guī)了解程度方面，還存在極大的不足，無法將高層建筑物的抗震性、安全度和牢固度等參數(shù)納入到結(jié)構(gòu)設(shè)計范圍之內(nèi)，更有甚者，部分設(shè)計者受業(yè)主的影響，在沒有充分安全保障的情況下，對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行更改，這勢必會影響高層建筑物的安全性和實用性。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是否科學(xué)、規(guī)范，對于建筑物的使用壽命及用戶的安全具有密切聯(lián)系，應(yīng)采取積極有效的管控措施，對建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行嚴(yán)格管控，保障高層建筑的使用性能和安全性能，維護(hù)用戶的切身利益。

3高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)采取的對策

3.1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)方案的選擇

高層建筑設(shè)計之前，應(yīng)對高層建筑工程項目的所在地區(qū)實際情況進(jìn)行自習(xí)勘探，了解工程項目所在地區(qū)的地質(zhì)、地貌、水文、氣候等要素，在科學(xué)的指導(dǎo)下選擇基礎(chǔ)設(shè)計方案；設(shè)計人員應(yīng)對建筑項目的結(jié)構(gòu)類型、荷載情況進(jìn)行全方位的了解，以便能對工程項目的施工條件、施工影響因素進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，使基礎(chǔ)方案達(dá)到最優(yōu)化。

3.2計算簡圖的選擇

計算簡圖是高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算依據(jù)，因此，保障計算簡圖的精準(zhǔn)性，對于建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性具有直接影響。

3.3計算工具的選擇

現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，極大的推動了建筑設(shè)計行業(yè)的發(fā)展，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)對工程項目進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并通過各參數(shù)的優(yōu)化，實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全化、科學(xué)化、先進(jìn)化和節(jié)約化。如仿真模擬軟件、CAD制圖技術(shù)等均得到了廣泛的應(yīng)用。高層建筑設(shè)計人員應(yīng)不斷提高自身的計算機(jī)應(yīng)用水平，提高工程項目結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率和安全性。

3.4設(shè)計方案的選擇

高層建筑工程項目施工之前，應(yīng)對工程設(shè)計方案的可行性進(jìn)行科學(xué)判定，在對設(shè)計方案進(jìn)行評價時，應(yīng)從工程的經(jīng)濟(jì)性角度、實用性角度、科學(xué)性及安全性等多個因素進(jìn)行綜合評定，以確保工程項目設(shè)計方案能夠按照既定計劃加以實施。

3.5提高設(shè)計技術(shù)

高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，由于客觀、主觀因素的影響，不可避免的存在一些技術(shù)問題，影響了建筑物的安全性。為避免由于建筑物設(shè)計問題而帶來的重大安全事故，在設(shè)計過程中，應(yīng)采取有效的控制措施，以杜絕重大災(zāi)害的發(fā)生。如針對短肢剪力墻設(shè)置不合理問題，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，均勻分布短肢剪力墻，并對墻體的厚度及光滑度進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。墻體控制在0.2-0.3m較為合適并保證墻體表面的光滑度；墻體過薄、過厚或墻體凹凸不平，都對建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成極大的影響；同時，還可將部分剪力墻與較長的墻體進(jìn)行結(jié)合，以提高整個建筑工程的安全性。

3.6設(shè)計者職業(yè)素養(yǎng)的提升

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的各項問題的解決，最終需要設(shè)計人員的參與，因此，提升設(shè)計者的職業(yè)素養(yǎng)，對于提升高層建筑物的設(shè)計質(zhì)量具有直接影響。設(shè)計者應(yīng)不斷加強(qiáng)專業(yè)設(shè)計知識的學(xué)習(xí)，同時還要加強(qiáng)對建筑領(lǐng)域各項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)知識的學(xué)習(xí)、以及建筑領(lǐng)域先進(jìn)設(shè)計理念、設(shè)計技術(shù)、相關(guān)的計算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)，以保障高層建筑設(shè)計的先進(jìn)性和安全性。

4總結(jié)

第4篇

關(guān)鍵詞：高層建筑。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，問題

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義及依據(jù)

1.1概念設(shè)計的意義

高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計來判斷計算設(shè)計的合理性。

1.2概念設(shè)計的依據(jù)

高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計和構(gòu)造處理原則，計算程序的力學(xué)模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經(jīng)驗。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有；

2.1水平力是設(shè)計主要因素

在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。

2.2側(cè)移成為控制指標(biāo)

與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。

2.3抗震設(shè)計要求更高

有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

2.4軸向變形不容忽視

高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結(jié)果。

2.5結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)。

相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題

3.1高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能

對于一個建筑物的最初的方案設(shè)計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。

3.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題

建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。

在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結(jié)構(gòu)平面布置時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。

3.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的側(cè)移和振動周期

建筑結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)的振動周期問題包含兩方面：合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期；控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。

(1)結(jié)構(gòu)自振周期

高層建筑的自振周期(T1)宜在下列范圍內(nèi)：

框架結(jié)構(gòu)：T1=(0.1—0.15)N

框一剪、框筒結(jié)構(gòu)：T1=(0.08-0.12)N

剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu)：TI=(0.04—0.10)N

N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。

結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：

第二周期：T2=(1／3—1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5—1／7)T1。

(2)共振問題

當(dāng)建筑場地發(fā)生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發(fā)生共振。因此在建筑方案設(shè)計時就應(yīng)針對預(yù)估的建筑場地特征周期，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的層數(shù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系，擴(kuò)大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發(fā)生。

(3)水平位移特征

水平位移滿足高層規(guī)程的要求，并不能說明該結(jié)構(gòu)是合理的設(shè)計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，地震力的大小與結(jié)構(gòu)剛度直接相關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度小，結(jié)構(gòu)并不合理時，由于地震力小則結(jié)構(gòu)位移也小，位移在規(guī)范允許范圍內(nèi)，此時并不能認(rèn)為該結(jié)構(gòu)合理。因為結(jié)構(gòu)周期長、地震力小并不安全。其次，位移曲線應(yīng)連續(xù)變化，除沿豎向發(fā)生剛度突變外。不應(yīng)有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎曲型。框架結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為剪切型t框一剪結(jié)構(gòu)和框一筒結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎剪型。

3.4位移限值、剪重比及單位面積重度

(1)位移限值在結(jié)構(gòu)整體計算的輸出結(jié)果中，結(jié)構(gòu)的側(cè)移(包括層間位移和頂點位移)是一個重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)值大小從一個側(cè)面反映出結(jié)構(gòu)的整體剛度是否合適，過大或過小都說明結(jié)構(gòu)剛度過小或過大(或者體現(xiàn)結(jié)構(gòu)兩個主軸方向的剛度是否均衡)，以致要引起設(shè)計者對其中的結(jié)構(gòu)體系選擇、結(jié)構(gòu)的豎向及平面布置合理性的再思考。

第5篇

關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計 程序

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的原則

1、選用適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D：結(jié)構(gòu)計算式在計算簡圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計算簡圖選用不當(dāng)則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點和剛結(jié)點，但與計算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。

2、選擇合適的基礎(chǔ)方案：基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析，選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應(yīng)進(jìn)行地基變形驗算。基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。

3、合理選擇構(gòu)方案：一個合理的設(shè)計必須選擇一個經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則。總而言之，必須對工程的設(shè)計要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時應(yīng)進(jìn)行多方案比較，擇優(yōu)選用。

4、正確分析計算結(jié)果：在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采用計算機(jī)技術(shù)，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導(dǎo)致不同的計算結(jié)果。因此設(shè)計師應(yīng)對程序的適用范圍、條件等進(jìn)行全面了解。在計算機(jī)輔助設(shè)計時，由于結(jié)構(gòu)實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。

5、采取相應(yīng)的構(gòu)造措施：結(jié)構(gòu)設(shè)計始終要牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓若拉原則”，注意構(gòu)件的延性性能；加強(qiáng)薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度；考慮溫度應(yīng)力的影響力。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計的程序

建筑物的設(shè)計包括建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、給排水設(shè)計、暖氣通風(fēng)設(shè)計和電氣設(shè)計等。每一部分的設(shè)計都應(yīng)圍繞設(shè)計的四個基本要求:即功能要求、美觀要求、經(jīng)濟(jì)要求和環(huán)保要求。

建筑結(jié)構(gòu)是一個建筑物發(fā)揮其使用功能的基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑物設(shè)計的一個重要組成部分,主要包括以下四個過程:方案設(shè)計結(jié)構(gòu)分析構(gòu)件設(shè)計繪施工圖。

2.建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求

為保證建筑結(jié)構(gòu)的可靠度達(dá)到設(shè)計要求,在設(shè)計中,必須遵循以下要求:(1)計算內(nèi)容:結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計算和正常使用極限狀態(tài)的驗算,如直接承受動力荷載的構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度驗算;(2)結(jié)構(gòu)上多種作用效應(yīng)同時發(fā)生時,應(yīng)通過結(jié)構(gòu)分析分別求出每一種作用下的效應(yīng)后,考慮其可能的最不利組合;(3)抗震設(shè)計:我國的抗震設(shè)防烈度為6至9度,建筑結(jié)構(gòu)根據(jù)所在地區(qū)的烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采用不同的抗震等級。對應(yīng)不同的抗震等級,有不同的計算和構(gòu)造要求。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題分析

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題

建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。

在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結(jié)構(gòu)平面布置時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的側(cè)移和振動周期

建筑結(jié)構(gòu)的振動周期問題包含兩方面：合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期；控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。

(1)結(jié)構(gòu)自振周期

高層建筑的自振周期(T 1)宜在下列范圍內(nèi)：

框架結(jié)構(gòu)：T1=(0.1―0.15)N

框一剪、框筒結(jié)構(gòu)：T1=(0.08-0.12)N

剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu)：TI=(0.04―0.10)N

N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。

結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：

第二周期：T2=(1／3―1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5―1／7)T1。

3、磚混結(jié)構(gòu)房屋中構(gòu)造柱兼作承重柱用

在磚混結(jié)構(gòu)中，構(gòu)造不但能夠提高墻體的坑剪能力，而且構(gòu)造柱與圄梁聯(lián)結(jié)在一起，形成對砌體的約束，這對于限制墻體裂縫的開展，維持豎向承載力，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重要的作用。

在當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計中，構(gòu)造柱經(jīng)常被作為承重柱使用，這種作法將引起以下幾個問題。

3.1 構(gòu)造柱作為承重柱使用后，使得構(gòu)造柱提前受力，這不但會降低構(gòu)造柱對徹底的拉結(jié)和約束作和，而且結(jié)構(gòu)一旦遭遇地震作用時，在構(gòu)造柱位置必然形成應(yīng)力集中，首先破壞。這樣構(gòu)造柱不但起不到其應(yīng)有的作用，反而成為房屋 結(jié)構(gòu)中的一個薄弱的部位。

3.2 構(gòu)造柱一般生根于地圈梁中，沒有另設(shè)基礎(chǔ)，構(gòu)造柱兼做承重柱使用后，柱底基礎(chǔ)的抗沖切、抗彎部及局部承壓強(qiáng)度必然不能滿足要求。柱底基礎(chǔ)一旦發(fā)生沖切或局部承壓被出現(xiàn)裂縫。本文建議承重大梁下的柱子應(yīng)按承重柱設(shè)計。若梁 上荷載和跨度都比較小時，構(gòu)造柱也可布置于梁下，但此時必須按不考慮構(gòu)造柱作用來驗算下墻體的局部承壓和抗彎強(qiáng)度。經(jīng)驗算滿足，方可在梁下布置構(gòu)造柱。

4、樓板設(shè)計常見問題

板是建筑工程中的主要承重構(gòu)件，是它將樓面，屋面的荷載傳給其周圍的墻或梁上，樓板的設(shè)計問題必將連帶梁、墻、柱等構(gòu)件安全。若對整個設(shè)計考慮不周，很容易出現(xiàn)設(shè)計質(zhì)量問題，有的還可能存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。樓板設(shè)計中常見如下幾個問題。

4.1 設(shè)計時為了計算方便或因?qū)Π宓氖芰顟B(tài)認(rèn)識不足，簡單地將雙向板作用單向板進(jìn)行計算。使計算假定與實際受力狀態(tài)不符，導(dǎo)致一個方向配筋過大，而另一方向僅按構(gòu)造配筋，造成配筋嚴(yán)重不足，致使板出現(xiàn)裂縫。

4.2 板承受線荷載時彎矩計算問題，在民用建筑中，常常在樓板上布置一些非承重隔墻故大樓板設(shè)計中常常將該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后，進(jìn)行板的配筋計算。但有些設(shè)計人員錯誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。另外，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板，這樣會給上部的板增加了一個中間支承點，使其變?yōu)檫B續(xù)板，支承點上部出現(xiàn)了負(fù)彎矩，而在板的設(shè)計中又沒考慮該部分的影響，致使板頂出現(xiàn)裂縫。

4.3 雙向板有效高度取值偏大。雙向板在兩個方向均產(chǎn)生彎矩，由此雙向板跨中正彎矩鋼筋是縱橫疊放，短跨方向的跨中鋼筋應(yīng)放在下面，長跨方向的跨中鋼筋置于短跨鋼筋的上面，計算時應(yīng)用兩個方向的各自的有效高度。一般長向的有效高度比短向的有效高度小d（d為短向鋼筋的直徑）。有的設(shè)計得為圖省事或?qū)Π迨芰φJ(rèn)識不足，而取兩上方向的有效高度一致進(jìn)行配筋計算，致使長跨有效高度偏大，配筋降低，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在的質(zhì)量隱患，甚至出現(xiàn)開明縫的現(xiàn)象。

第6篇

[關(guān)鍵詞]高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；選型；結(jié)構(gòu)體系；水平載荷

中圖分類號：G621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）10-0192-01

20世紀(jì)的最后20年，改革開放之后的中國隨著綜合國力的提高，新建了大批的高層建筑。但是目前我國內(nèi)地高層建筑中，仍以高層住宅（12～30層）占主體，約占全部高層建筑的80%，所以鋼筋混凝土高層建筑仍是具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。本文就高層建筑的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計特點進(jìn)行分析，總結(jié)了高層建筑的結(jié)構(gòu)體系類型，最后并分析了抗震設(shè)計在高層建筑中的應(yīng)用。

一、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計特點

（一）水平載荷成為決定因素

任何一個建筑結(jié)構(gòu)都要同時承受垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，還要具有抵抗地震作用的能力。在較低樓房中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，對結(jié)構(gòu)的影響也就較小；但在較高樓房中盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生著重要影響，水平荷載卻起著決定性的作用。隨著樓房層數(shù)的增多，水平荷載愈益成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中所引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面對某一高度樓房來說，豎向荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。

（二）軸向變形不容忽視

通常在低層建筑結(jié)構(gòu)分析中，只考慮彎矩項，因為軸力項影響很小，而剪切項一般可不考慮。但對于高層建筑結(jié)構(gòu)，情況就不同了。由于層數(shù)多，高度大，軸力值很大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會使高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力數(shù)值與分布產(chǎn)生顯著的改變。對連續(xù)梁彎矩的影響：采用框架體系和框-墻體系的高樓中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時，此種差異軸向變形將會達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁的中間支座產(chǎn)生沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩增大。

（三）側(cè)移成為控制指標(biāo)

與低層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素，隨著樓層的增加，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大。設(shè)計高層結(jié)構(gòu)時，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，能夠可靠地承受風(fēng)荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力；還要求具有足夠的抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，保證良好的居住和工作條件。

二、高層家住結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)

當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平荷載。框架-剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。

當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計方法

高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件（框架、剪力墻、筒體等）通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。

四、抗震分析與設(shè)計在高層建筑的應(yīng)用

在罕遇地震作用下，抗震結(jié)構(gòu)都會部分進(jìn)入塑性狀態(tài)。為了滿足大震作用下結(jié)構(gòu)的功能要求，有必要研究和計算結(jié)構(gòu)的彈塑性變形能力。當(dāng)前國內(nèi)外抗震設(shè)計的發(fā)展趨勢，是根據(jù)對結(jié)構(gòu)在不同超越概率水平的地震作用下的性能或變形要求進(jìn)行設(shè)計，結(jié)構(gòu)彈塑性分析成為抗震設(shè)計的必要的組成部分。我國現(xiàn)行抗震規(guī)范（GB50011-2001）要求高層建筑的抗震計算主要是在多遇地震作用下（小震），按反應(yīng)譜理論計算地震作用，用彈性方法計算內(nèi)力及位移。對于重要建筑或有特殊要求時，要用時程分析法補(bǔ)充計算，并進(jìn)行罕遇地震作用下（大震）的變形驗算。

在我國高層建筑的抗震分析與設(shè)計中常見的問題有以下幾種：首先是高度問題，對于超高限建筑物，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度。因為在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化，隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變，即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。其次是材料選用和結(jié)構(gòu)體系的問題，在高層建筑中，我國150m以上的建筑，采用的三種主要結(jié)構(gòu)體系（框-筒、筒中筒和框架-支撐），這些也是其他國家高層建筑采用的主要體系。但國外特別在地震區(qū)，是以鋼結(jié)構(gòu)為主，而在我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)占了90%。如此高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)，國內(nèi)外都還沒有經(jīng)受較大地震作用的考驗。根據(jù)現(xiàn)在我國建筑鋼材的類型、品種和鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力，建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土（柱）結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，以減小柱斷面尺寸，并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。第三是軸壓比與短柱問題，在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中，往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋。

五、結(jié)語

結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項集結(jié)構(gòu)分析，數(shù)學(xué)優(yōu)化方法以及計算機(jī)技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)工作，是一項對國家建設(shè)有重大意義的工作，同時，亦是一門實用性很強(qiáng)的工作。本文就高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計的各個方面進(jìn)行分析，一起有助于提高結(jié)構(gòu)工程師在建筑空間中的設(shè)計能力，特別是在處理高層建筑方面的問題上。

參考文獻(xiàn)

第7篇

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；分析

1 高層建筑各專業(yè)設(shè)計的協(xié)調(diào)

高層建筑設(shè)計是個多專業(yè)、多程序的復(fù)雜系統(tǒng)工程，涉及“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”三個基本環(huán)節(jié)，參與高層建筑設(shè)計的工程師都深深體會到，對于每個專業(yè)單獨而言是最完美的設(shè)計，但結(jié)合在一起卻不是優(yōu)秀的設(shè)計。各專業(yè)之間的矛盾如不妥善處理!高層建筑就無法施工，建成后也無法使用。“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”是互相制約的三個有機(jī)組成部分，高層建筑設(shè)計既是各個專業(yè)自我完善的過程，也是各個專業(yè)之間互相協(xié)調(diào)的過程。提高高層建筑設(shè)計質(zhì)量，不但依賴于各個專業(yè)設(shè)計水平的提高，而且在很大程度上取決于“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”的協(xié)調(diào)。我們認(rèn)為在方案設(shè)計、初步設(shè)計階段一般應(yīng)以建筑專業(yè)牽頭進(jìn)行各專業(yè)協(xié)調(diào)，在施工圖設(shè)計階段則應(yīng)以結(jié)構(gòu)專業(yè)為主進(jìn)行各專業(yè)協(xié)調(diào)。

2 高層結(jié)構(gòu)分析設(shè)計特點

2.1 水平荷載成為決定因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎向構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的二次方成正比；另一方面，對某一定高度的樓房來講，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值則隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化 。

2.2 軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值對下料長度進(jìn)行調(diào)整。另外，會對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。

2.3 側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低的樓房不同結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。

3 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系分析

3.1 框架一剪力墻體系。當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，因而便形成了框架一剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板與連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在該體系中，框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。框架一剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低，且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻，所以，框架一剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

3.2 剪力墻體系。當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度均比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架一剪力墻體系。

3.3 筒體體系。凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為簡體體系，包括單簡體、簡體一框架、筒中筒、多束筒等多種形式。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題分析

4.1 結(jié)構(gòu)選型①結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。新規(guī)范對這方面的內(nèi)容有了較大的變動，增加了相當(dāng)多的限制條件，例如平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等。而且新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定：“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案。”因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件時必須嚴(yán)格注意，以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。②高度問題。按我國現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3―2002)規(guī)定，綜合考慮經(jīng)濟(jì)與適用的原則，給出了各種常見結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度。對結(jié)構(gòu)的總高度均有嚴(yán)格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A 級高度的建筑外，增加了B 級高度的建筑。因為在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化。隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變，即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。③嵌固端的設(shè)置問題。由于高層建筑一般都帶有2 層或2 層以上的地下室和人防設(shè)施，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板或人防頂板等位置。在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由于嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的問題，如嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等。而忽略其中任何一個方面，都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或留下安全

隱患。

4.2 地基與基礎(chǔ)設(shè)計。地基與基礎(chǔ)設(shè)計一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，這不僅僅是因為該階段設(shè)計過程的好與壞將直接影響后期設(shè)計工作的進(jìn)行，同時也因為地基基礎(chǔ)是整個工程造價的決定性因素。在地基基礎(chǔ)設(shè)計中要注意地方性規(guī)范的重要性。由于我國幅員遼闊，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，僅依據(jù)GB50007--2002{地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，無法對全國各地的地基基礎(chǔ)均進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定，而地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”則能夠?qū)⒏鞯氐牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)計處理方法等一些成熟的經(jīng)驗描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確，所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計時，一定要對地方規(guī)范進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)，以避免對整個結(jié)構(gòu)設(shè)計或后期設(shè)計工作造成較大的影響。

4.3 結(jié)構(gòu)計算與分析。在這一階段，如何準(zhǔn)確、高效地對工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)計和處理，是決定工程設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵。由于新規(guī)范中對結(jié)構(gòu)整體計算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，因此對這一階段比較常見的問題應(yīng)該有一個清晰的認(rèn)識①結(jié)構(gòu)整體計算的軟件選擇。在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計算和分析時，必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結(jié)果中，判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的，哪個是意義不大的，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計工作中首要的工作如果選擇了不合適的計算軟件，不但會浪費大量的時問和精力，而且有可能使結(jié)構(gòu)存在不安全隱患。②是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內(nèi)容實際上在新舊規(guī)范中均已涉及，只是新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實測周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)。③振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加了一個振型參與系數(shù)的概念，并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計中并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計算分析階段必須對計算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷，并決定是否需要調(diào)整振型數(shù)目的取值。

第8篇

關(guān)鍵詞: 高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1. 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點：

高層建筑結(jié)構(gòu)常使用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系和筒體結(jié)構(gòu)體系。

多、高層建筑結(jié)構(gòu)都要承受豎直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，還要抵抗地震的作用效應(yīng)。多層結(jié)構(gòu)的水平荷載對結(jié)構(gòu)影響通常較小，但在高層建筑中，水平荷載和地震作用將成為控制因素。隨著高度的增加，位移增加很快。但是過大的側(cè)移會使人感覺不舒服，從而影響建筑的使用，會造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞。所以控制結(jié)構(gòu)的側(cè)移成為高層建筑結(jié)構(gòu)的重點。

1.1 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)體系。高層建筑結(jié)構(gòu)中框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度往往不能滿足規(guī)范要求，這時候就需要在建筑平面的適當(dāng)位置（如四周和轉(zhuǎn)角）設(shè)置剪力墻來代替部分框架，以增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)度和剛度，這樣便形成了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)體系中框架結(jié)構(gòu)主要承受垂直荷載，剪力墻結(jié)構(gòu)主要承受水平剪力。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土剪力墻能夠較好地抵抗水平荷載，在剪力墻結(jié)構(gòu)中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻結(jié)構(gòu)屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系。

1.3 筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)的種類很多，有筒中筒結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、框筒-框架結(jié)構(gòu)、多重筒、成束筒等等新式。筒體結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)，具有很大的強(qiáng)度和剛度，各構(gòu)件受力比較合理。其抵抗水平作用的能力很強(qiáng)，因而特別適合在超高層結(jié)構(gòu)中采用。

1.4 其他結(jié)構(gòu)

較為新穎的豎向承重結(jié)構(gòu)有懸掛結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型桁架結(jié)構(gòu)、高層鋼結(jié)構(gòu)中的剛性桁架等多種形式。這些結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)在實際工程中得到應(yīng)用，如香港匯豐銀行大樓采用的是懸掛結(jié)構(gòu)，深圳香格里拉酒店采用的是巨型框架結(jié)構(gòu)，香港中國銀行采用的是巨型桁架結(jié)構(gòu)。

2. 高層建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計方法：

2.1 結(jié)構(gòu)分析中常用的基本假定

① 彈性假定。

目前工程上實用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計算方法。彈性理論的計算方法是基于結(jié)構(gòu)構(gòu)件在應(yīng)力和應(yīng)變成正比的變化關(guān)系。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下．結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實際工作狀況。當(dāng)遭受地震或強(qiáng)臺風(fēng)作用時，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫．進(jìn)入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內(nèi)力和位移時不能反映結(jié)構(gòu)的真實工作狀態(tài)的，應(yīng)按彈塑性動力分析方法進(jìn)行設(shè)計。

② 小變形假定。

小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題(P-效應(yīng))進(jìn)行了二階研究。一般認(rèn)為，當(dāng)頂點水平位移與建筑物高度H的比值，H>1／500時。P-效應(yīng)的影響就不能忽視了。

③ 剛性樓板假定

許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大．而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計算簡體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當(dāng)調(diào)整來考慮這種影響。

④ 計算圖形的假定

高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計算圖形有三種：

(1)一維協(xié)同分析。按一維協(xié)同分析時，只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個位移自由度方向上的變形協(xié)調(diào)。在水平力作用下，將結(jié)構(gòu)體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件組成的平面結(jié)構(gòu)。根據(jù)剛性樓板假定，同一樓面標(biāo)高處各榀抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)向位移相等，由此即可建立一維協(xié)同的基本方程。在扭矩作用下，根據(jù)同層樓板上各抗側(cè)力構(gòu)件轉(zhuǎn)角相等的條件建立基本方程。一維協(xié)同分析是各種手算方法采用最多的計算圖形。

（2)二維協(xié)同分析。 二維協(xié)同分析雖然扔將單榀抗側(cè)力構(gòu)件視為平面結(jié)構(gòu)，但考慮了同層樓板上各榀抗側(cè)力構(gòu)件在樓面內(nèi)的變形協(xié)調(diào)。縱橫兩方向的抗側(cè)力構(gòu)件共同工作，扭矩與水平力同時計算。在引入剛性樓板假定后，每層樓板有3個自由度，樓面內(nèi)各抗側(cè)力構(gòu)件的位移均由3個自由度確定。二維協(xié)同分析主要為中小微型計算機(jī)上的桿系結(jié)構(gòu)分析程序采用。

(3)三維空間分析。二維協(xié)同分析并沒有考慮抗側(cè)力構(gòu)件的公共節(jié)點在樓面外的位移協(xié)調(diào)(豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào))，而且，忽略抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度對具有明顯空間工作性能的簡體結(jié)構(gòu)也是不妥當(dāng)?shù)摹ＨS空間分析的普通桿單元每一節(jié)點有6個自由度。接符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點還應(yīng)考慮截面翹曲，有7個自由度。

3各類結(jié)構(gòu)體系采用的分析方法

① 框架―剪力墻體系

框剪結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，可以假定各豎向承重結(jié)構(gòu)之間為簡支聯(lián)系，將豎向荷載按簡支梁板簡單地分配給框架和墻，再將各框架和各剪力墻按平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計算。框架一剪力墻的計算機(jī)算，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。

② 剪力墻體系

剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻．小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，計算內(nèi)力與位移時需采用相應(yīng)的計算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的機(jī)算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機(jī)時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復(fù)雜的情況。

③ 筒體體系

筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法i等效離散化方法和三維空間分析。等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化，以便用連續(xù)函數(shù)描述內(nèi)力；另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應(yīng)用分析彈性薄板的各種有效方法。

具體應(yīng)用有連續(xù)化微分方程解法、框筒近似解法、擬殼法、能量法、有限單元法、有限條法等。等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結(jié)構(gòu)法等。具體應(yīng)用包括等代角柱法、展開平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子結(jié)構(gòu)法。比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結(jié)構(gòu)來分析筒體結(jié)構(gòu)體系，其中應(yīng)用最廣的是空間薄壁桿系矩陣位移法。這種方法將高層結(jié)構(gòu)體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結(jié)構(gòu)。

第9篇

關(guān)鍵詞 超限復(fù)雜高層；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：TU972 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）09-0150-01

超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，需要采用科學(xué)有效的設(shè)計方法，才能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計的效果，確保設(shè)計的質(zhì)量，下面針對于超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行具體的分析。

1 超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

所謂超限復(fù)雜高層指的就是超限高層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其中剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計、梁式轉(zhuǎn)換設(shè)計等，在結(jié)構(gòu)上與超限高層有著明顯的區(qū)別，尤其是內(nèi)在結(jié)構(gòu)含有錯層、躍層、中空等復(fù)雜建筑構(gòu)造。對這類建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要比正常的超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜的多，尤其是結(jié)構(gòu)的受力平衡點極難確定，而且由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在設(shè)計中要根據(jù)實際需求來對每個結(jié)構(gòu)的剪力墻做好設(shè)計工作，因為這涉及到超限復(fù)雜高層建筑的抗震能力。美觀也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點因素，尤其是超限復(fù)雜高層建筑，對于這類建筑的設(shè)計外觀不會有著傳統(tǒng)建筑物的對稱外觀[1]。因此，在超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要將外觀設(shè)計充分的展現(xiàn)出獨有的特性，這樣才能表現(xiàn)出超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點。

2 超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

2.1 錯層結(jié)構(gòu)

錯層在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常見到的一種樓房結(jié)構(gòu)，由于建筑的各個功能區(qū)的層高要求不同，針對這一現(xiàn)象設(shè)立了錯層結(jié)構(gòu)，不僅如此，有很多樓梯結(jié)構(gòu)也存在躍層結(jié)構(gòu)，都是按照功能區(qū)的高度不同而劃分的，而這也是超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一大特點。在超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型分析的過程中，按照裙房的設(shè)計不同，再結(jié)合功能區(qū)高度要求的不同，從而實現(xiàn)超限復(fù)雜高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計錯層結(jié)構(gòu)的良好設(shè)計[2]。

2.2 平面不規(guī)則

在對超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，由于存在的功能區(qū)域不同，因此平面結(jié)構(gòu)設(shè)計也會存在不規(guī)則性，尤其是超限復(fù)雜高層建筑的剪力墻、鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，對側(cè)力構(gòu)件、承重有著極大的作用，而對每個不同區(qū)域測量的抗震平衡點不同，就會導(dǎo)致各個結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同的設(shè)計規(guī)則，這也是超限復(fù)雜高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的一大特性。

3 超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 抗風(fēng)設(shè)計

風(fēng)荷是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題，尤其是超限復(fù)雜高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，因為高度的增加也使得受到風(fēng)荷的影響越大，特別是在沿海地帶的超限復(fù)雜高層在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中應(yīng)將風(fēng)荷作為重點設(shè)計。超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計是將風(fēng)產(chǎn)生的動力效應(yīng)結(jié)合風(fēng)振系數(shù)，再轉(zhuǎn)變成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的擬靜力進(jìn)行計算，當(dāng)然，在抗風(fēng)設(shè)計中需要對擬靜力的計算結(jié)果通過模型風(fēng)洞實驗、結(jié)構(gòu)動力分析、計算校核等，以保證抗風(fēng)設(shè)計的穩(wěn)定性和可靠性，否則，未對抗風(fēng)設(shè)計進(jìn)行校核的建筑物容易在風(fēng)荷的影響下產(chǎn)生建筑墻體的開裂、玻璃墻體的破壞等，甚至?xí)霈F(xiàn)主體結(jié)構(gòu)遭到破壞的現(xiàn)象，因此抗風(fēng)設(shè)計在超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中占有重要的地位。在抗風(fēng)設(shè)計中需要注意設(shè)計要點：由于超限復(fù)雜高層具有平面不規(guī)則性、樓梯高度較高、立面復(fù)雜等特征，在進(jìn)行抗風(fēng)校核時應(yīng)采用風(fēng)洞實驗來保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性；在超限復(fù)雜高層建筑之間距離較近時，應(yīng)對相互之間產(chǎn)生的風(fēng)力干擾的群體效應(yīng)作出相應(yīng)的判斷，并將其滲入到抗風(fēng)設(shè)計中[3]。

3.2 抗震設(shè)計

抗震設(shè)計是建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重點設(shè)計，尤其是超限復(fù)雜高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，因為建筑較高的原因，使得承受震力結(jié)構(gòu)本身就處在弱勢，因此對超限復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計要比一般的建筑結(jié)構(gòu)嚴(yán)格的多，主要在設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點：對超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的地理位置、地質(zhì)地貌等周邊環(huán)節(jié)的調(diào)查分析，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐那闆r對建筑進(jìn)行抗震設(shè)計；建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，如界面大小、應(yīng)變分布等，要有針對性的進(jìn)行設(shè)計；對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行抗震定量分析，為確保建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的優(yōu)越性，應(yīng)保證建筑結(jié)構(gòu)的變形彈性需要達(dá)到建筑的抗震要求；確定建筑結(jié)構(gòu)的位移和構(gòu)件變形之間的關(guān)系，并在設(shè)計的過程中通過測量測試的方式來確定構(gòu)件的變形值，為建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計提供依據(jù)。

3.3 剛度設(shè)計

剛度設(shè)計是對建筑整體結(jié)構(gòu)有著固定的作用，尤其是對建筑結(jié)構(gòu)荷載情況有著直接的影響。在超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)生扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，一旦建筑整體結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)就會使建筑物的水平荷載發(fā)生變化，而對建筑物的穩(wěn)定性和安全性造成極其嚴(yán)重的影響，這種設(shè)計的發(fā)生主要是三個點不重合而引起的。所謂三個點指的就是建筑整體結(jié)構(gòu)的重心點、建筑結(jié)構(gòu)幾何形狀的中心點、建筑結(jié)構(gòu)整體剛度的中心點等[4]。對超限高層建筑的剛度設(shè)計首先要將各個樓層中分布的水平作用力進(jìn)行平均分布；將超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)盡量采用規(guī)范的平面結(jié)構(gòu)設(shè)計，如、矩形、正多邊形、方形以及圓形等，這樣可以有效的分布作用力，能避免或降低建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)的問題。當(dāng)然，超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)也很少存在簡單規(guī)范的平面設(shè)計，因此，對這類特殊的建筑結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計時，整體平面結(jié)構(gòu)處于不規(guī)范的形態(tài)，要盡量將其凸現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)部分的寬度與厚度的比值確定在可控制的范圍內(nèi)，這樣可以充分避免作用力分布不合理而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計出現(xiàn)問題造成的建筑扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。另外，在對超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要從整體結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，盡量采用對稱形態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這樣可以提高建筑剛度設(shè)計的穩(wěn)定性和可靠性[5]。

4 結(jié)束語

在進(jìn)行超限復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員通過運用有效的設(shè)計方法，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計水平的提高，確保建筑的質(zhì)量，促進(jìn)建筑設(shè)計工作的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]生永栓，王永紅，陳偉松，博東恒.某超限復(fù)雜高層（錯層）結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009（S1）.

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[3]楊亞紅.馨雅如小區(qū)高層建筑超限工程設(shè)計概述[J].科技信息，2011（16）.