浅谈高层建筑结构的设计要点__墨水学术,论文发表,发表论文,职称

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:153

副标题#e#摘要：高层建筑的显著特性是“高”，正是由于其“高”，所以引发出与诸多其它建筑不同的特点。文章简单介绍了高层建筑结构设计的特点，分析探讨了高层建筑的结构体系，最后提出了高层建筑结构的抗震设计。
关键词：高层建筑  结构  设计要点

   近年来，我国的高层建筑可谓突飞猛进，高层建筑的建设速度、建造数量在世界建筑史上都是十分罕见的。但是2008年，随着突然袭来的汶川大地震，许多高层建筑物轰然倒下，也为高层建筑的结构设计带来新的考验。笔者根据理论知识，结合自身的实践经验，浅谈高层建筑结构设计的基本要点，以及高层建筑结构的抗震设计。

一、高层建筑结构设计特点
1．利水平荷载成为结构设计的决定性因素
高层建筑自身重量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,与建筑物高度是成正比关系的；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，是与建筑物高度的二次方成正比；此外，对某一定高度建筑物而言，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．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，会得出偏于不安全的结果。
3．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。
4．结构延性是高层建筑的重要设计指标
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。

二、高层建筑结构体系
按照建筑使用功能不同的要求、建筑不同的高度和拟建场地的抗震设防烈程度，依照经济、合理、安全、可靠的设计原则，高层建筑在建设时，应当选择选择相应的结构体系，一般分为下列几类：
1．框架结构体系
框架结构体系由梁、柱构件通过节点连接构成承载结构。框架结构体系可较灵活配合建筑平面布置、安排需要较大的空间。随着结构高度增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。因此在使用层数上受限。
2．剪力墙体系
剪力墙一般用于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。在承受水平力的作用时，剪力墙相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。其水平位移由弯曲变形和剪切变形两部分组成。高层建筑剪力墙特点是结构层间位移随楼层增高而增加。剪力墙结构比框架结构刚度大、空间整体性好，用钢量较省，结构顶点水平位移和层间位移通常较小，能够满足抗震设计变形要求。
3．框架—剪力墙体系
此种体系是把框架和剪力墙两种结构组合在一起形成的体系。房屋的竖向荷载分别由框架和剪力墙共同承担，而水平作用主要由抗侧刚度较大的剪力墙承担。这种结构既具有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛应用于高层办公建筑和旅馆建筑中。该体系中的框架和剪力墙共同承担水平力。由于框架和剪力墙的协同工作，受力状况和内力分布都得到了改善。
4．筒体体系
随着层数、高度增大，高层建筑结构承受的#p#副标题#e#水平地震作用大大增加，框架、剪力墙以及框架—剪力墙等结构体系已显得不合理、不经济，甚至不可行。这时，可将剪力墙在平面内围合成箱形，形成一个竖向布置的空间整体受力的框筒，从而形成具有很好的抗风和抗震性能的筒体结构体系。

三、高层建筑结构的抗震设计
1．要尽量减少地震能量输入
积极采用基于位移的结构抗震设计，要求进行定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。除了验算构件的承载力外，要控制结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比；根据构件变形与结构位移关系，确定构件的变形值；并根据截面达到的应变大小及应变分布，确定构件的构造要求。选择坚硬的场地土建造高层建筑，可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。
2．应积极推广使用隔震和消能减震设计
目前我国和世界各国普遍采用的传统抗震结构体系是“延性结构体系”，即适当控制结构物的刚度，但容许结构构件在地震时进入非弹性状态，并具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。采取软垫隔震、滑移隔震、摆动隔震、悬吊隔震等措施，改变结构的动力特性，减少地震能量输入，减轻结构地震反应，是一种很有前途的防震措施。提高结构阻尼，采用高延性构件，能够提高结构的耗能能力，减轻地震作用，减小楼层地震剪力。随着社会的不断发展，对各种建筑物和构筑物的抗震减震要求越来越高， 地震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性，在未来的建筑结构中将得到越来越广泛的应用。
3．应设置多道抗震防线
当第一道防线的构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线能抵挡后续地震的冲击，使建筑物免于倒塌。高层结构形式应采用具有联肢、多肢及壁式框架的框架剪力墙，剪力墙框架简体，筒中筒等多道抗震防线结构体系。需要强调的是设计不能陷入只凭计算的误区，若结构严重不规则，整体性差，仅按目前的结构设计计算水平，是难以保证结构的抗震、抗风性能，尤其是抗震性能。因此，要求建筑师与结构工程师共同把好初步设计这一环节。

四、结语
可以说，高层建筑本身就是一项系统工程。要搞好这项工程，必须通过了解工程对象，掌握工程特点，进而采取相应措施，保证建筑的质量与效果。随着当今社会的发展，高层建筑将成为未来建筑的主要趋势，我们建筑工作者有必要也有责任掌握更多的高层建筑的设计知识，为我国的建筑业服务。

参考文献：
[1] 容柏生，国内高层建筑结构设计的若干新进展[J] 建筑结构，2007(9)
[2] 任旭，高层建筑连体结构设计探讨[J]工业建筑，2006(36)
[3] 陈路　蒋忠杰等，某不规则超限高层建筑的抗震设计[J]建筑结构，2007(4)