試論現代高層建筑結構設計

【摘 要】隨著科技的進步，經濟的高速發展，現今社會的高層建筑向著更高、更復雜的趨勢發展，本文就高層建筑的最基本原理展開討論。

【關鍵詞】高層建筑結構；結構體系；結構布置

1 選擇合理的結構類型正確認識高層建筑的受力特點

高層建筑從本質上講是一個豎向懸臂結構。豎向荷載主要使結構產生軸向力與建筑物高度大體為線性關系；水平荷載使結構產生彎矩。從受力特性看，豎向荷載方向不變，隨建筑物的增高僅引起量的增加；而水平荷載可來自任何方向結構上的作用、作用效應和結構抗力。結構產生各種效應的原因，統稱為結構上的作用。結構上的作用包括直接作用和間接作用。作用在結構上的直接作用或間接作用，將引起結構或結構構件產生內力（如軸力、彎矩、剪力、扭矩等）和變形（如撓度、轉角、側移、裂縫等），這些內力和變形總稱為作用效應，其中由直接作用產生的作用效應稱為荷載效應。結構或結構構件承受內力和變形的能力，稱為結構的抗力，如構件的承載能力、剛度的大小、抗裂縫的能力等。結構抗力與結構構件的截面形式、截面尺寸及材料強度等級等因素有關。結構抵抗水平荷載產生的彎矩、剪力以及拉應力和壓應力應有較大的強度外，同時要求結構要有足夠的剛度，使隨著高度增加所引起的側向變形限制在結構允許范圍內。因此，高層建筑采用何種結構形式，應取決于其結構體系和材料特性。

2 正確選擇合理的結構體系

建筑設計與結構設計是整個建筑設計過程中的兩個重要的環節，對整個建筑物的外觀效果、結構穩定起著至關重的作用。二者相互協調也相互制約，是伙伴還是冤家，就在于能否和諧工作。建筑設計師常常把結構放在從屬地位，要求結構必須服從建筑，一切以建筑為先導。通過受力因素分析，下一步就考慮采用什么結構體系，有下面幾種高層建筑結構體系可供選擇，其結構體系有：框架結構、剪力墻結構、框架一剪力墻結構、筒中筒結構等。鋼筋混凝土常用的結構形式：框架結構：平面布置靈活，抗側剛度小，但建筑物較高時就需要較大的梁柱，減小了有效的使用空間，經濟指標不太好。剪力墻結構：剛度大、承載力大，但平面布置不靈活，建筑空間受到限制。框架-剪力墻結構：包含了框架結構和剪力墻結構的優點。板柱-剪力墻結構：由無梁樓板和柱及剪力墻組成，層高較矮，節約能源，但抗側剛度不好。筒體結構：抗側剛度較好，可以用于較高的建筑。它有框架核心筒結構（核心筒與周圍稀柱組成）和筒中筒結構（核心筒與外圍框筒組成）兩種表現形式。混合結構：鋼框架或型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土筒體（或剪力墻組成）。框架結構體系由梁、柱、基礎構成平面框架，它是主要承重結構，各平面框架再由梁聯系起來，形成空間結構體系。剪力墻結構體系是利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結構體系。墻體同時作為維護及房間分隔構件。剪力墻間距一般為3-8m，現澆鋼筋混凝土剪力墻結構整體性好，剛度大，在水平荷載作用下側向變形小，承載力要求容易滿足，適于建造較高的高層建筑。框架一剪力墻結構體系框架一剪力墻結構體系由框架和剪力墻組成。筒中簡結構體系筒中筒結構體系由一個或多個簡體為主抵抗水平力。

3 選擇合理的結構平面布置.協調好建筑與結構的關系

在高層建筑的設計中.結構布置一般應考慮以下幾點：

3.1 選擇合理的結構平面布置，滿足建筑功能要求

結構平面布置：獨立結構單元宜形狀簡單規則，剛度和承載力分布均勻，不應采用嚴重不規則平面布置，也就是要求：1、平面宜簡單、規則、對稱，減少偏心。2、平面長度不宜過長，突出部分不宜過大。3、不宜采用角部重疊的平面圖形或細腰形平面圖形。伸縮縫的最大間距：框架結構55米，剪力墻結構45米，這是規范規定的。框-剪結構，我們一般取中值50米。建筑物的開間、進深、層高、層數等平面關系和體型除滿足使用要求外。還應盡量減少類型，盡可能統一柱網布置和層高，重復使用標準層。

3.2 高層建筑的結構設計，在其結構的布局上比較關鍵

現代的高層建筑在規劃的規程中，各功能區的設計，需要基于現代人的生活理念，進行合理的布局。高層結構在承受力方面，尤其是垂直方向，需要承受較大的壓力。因此，在高層建筑的地基設計時，首要的任務就要保障地基受力結構的穩定性設計。于是，在地基的設計過程，地基的承載力是最大的，隨著樓層的增加，結構的受力逐漸的減小。這樣的設計理念，可以很好的平衡建筑結構的受力狀況。

3.3 高層建筑設計不僅需要考慮安全問題，還需要注意經濟合理

結構設計不僅考慮安全問題，還需注意經濟合理。在方案設計的過程中，我們要考慮以下幾個方面：1、平面規則；2、豎向規則；3、轉角盡可能少； 4、形心合于重心；

5、跨度合理。板跨度越大，板厚度就越大，配鋼筋也多，不經濟。故能加梁的地方盡可能加梁來分隔板跨；6、一般8*8柱網的樓面，從經濟性來講如何布置梁：井字梁優于十字梁，十字梁優于沒有梁（厚板）；7、豎向構件上下對齊，少轉換，不轉換；8、采用輕質隔板，圍護墻。高層建筑的埋置深度為：一般取1/15H且不小于3米，樁可取1/18H（由室外地坪到承臺底），多層建筑在滿足地基穩定和強度變形要求的前提下，基礎宜盡量淺埋。但埋深應不小于凍土深度。

3.4 在地震區為了減少地震作用對建筑結構的整體和局部的不利影響

如扭轉和應力集中效應，建筑平面形狀宜規正，避免過大的外伸或內收，沿高度的層間剛度和層間屈服強度的分布要均勻，主要抗側力豎向構件，其截面尺寸、砼強度等級和配筋量的改變不宜集中在同一樓層內。防震縫設計：抗震設計時，高層建筑宜調整平面形狀和結構布置，避免結構不規則，不設抗震縫。當建筑平面復雜而又無法調整其平面形狀和結構布置使之成為較規則的結構時，宜設置抗震縫將其劃分為比較簡單的幾個結構單元。最小縫寬為70mm，其高度≤15米。超過15米時，6度、7度、8度、9度相應增加高度5m、4m、3m、2m、縫寬加寬20mm--框架結構，框剪結構取前值的70%，剪力墻結構取前值的50%，但均不應小于70mm。另外，不同的結構體系，縫寬應該按不利的結構類型確定。縫兩側房屋高度不同時取較低房屋的高度。結構的豎向布置，高層建筑的豎向體型宜規則、均勻，避免有過大的外挑和內收。結構的側向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化。不應采用豎向布置嚴重不規則的結構。抗震設計時，結構豎向抗側力構件宜上下連續貫通。高層建筑宜設置地下室。各結構單元的平面形狀應力求簡單且規則，立面體型應避免伸出和收進，避免結構垂直方向剛度突變等。

4 結語

隨著我國城市現代化建設的不斷推進，其在建筑結構上，越來越追求高層建筑。而高層建筑在結構的設計上，在設計理念、設計方法上都有嚴格的要求。建筑設計與結構設計是整個建筑設計過程中的兩個重要的環節，對整個建筑物的外觀效果、結構穩定起著至關重要的作用。而對于高層建筑的結構設計中，需要綜合考慮建筑的用途和功能進行全面的設和規劃。

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