高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

摘 要：當(dāng)前時期，我們國家的高層的建設(shè)活動發(fā)展的比較順暢，已經(jīng)形成了非常優(yōu)秀的工藝，而且獲取了非常顯著的應(yīng)用，文章具體的闡述了與之結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計；重要意義

1 關(guān)于此類設(shè)計的參考信息

1.1 之所以開展該項設(shè)計，目的是為了保證高層建筑體的結(jié)構(gòu)特征和外在的條件相同，展示優(yōu)秀的設(shè)計內(nèi)容，切實的體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的功效，而且保證它和經(jīng)濟(jì)性內(nèi)容之間保持一致，進(jìn)而能夠有效的應(yīng)對構(gòu)造相關(guān)的內(nèi)容，通過該項設(shè)計來論述計算的精準(zhǔn)性。

1.2 該項設(shè)計的參考信息

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 關(guān)于設(shè)計的具體特征分析

該項設(shè)計內(nèi)容和那些低層的以及多層的結(jié)構(gòu)比對來看，結(jié)構(gòu)內(nèi)容在所有的內(nèi)容中占據(jù)的分量非常重。由于使用的體系不一樣，所以建筑體的平面布局和立面的形態(tài)以及管線的具體方位和建設(shè)時間的長短以及使用的費(fèi)用的多少等都是不一樣的。具體的說有如下的一些內(nèi)容。

2.1 在設(shè)計的時候要分析一項關(guān)鍵的內(nèi)容，即水平力

在很多結(jié)構(gòu)里，一般是那些將重力當(dāng)成是關(guān)鍵要素的豎向力掌控著設(shè)計內(nèi)容。對于高層來講，雖說豎直力對該項設(shè)計內(nèi)容有非常深入的意義，不過橫向的力卻是最為關(guān)鍵的內(nèi)容。由于建筑體自身的重力，和樓面使用力在豎直方向的構(gòu)件里所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，和建筑的高程的一次方之間是一種正比例的關(guān)系。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。除此之外，對特定高度的建筑體來講，豎直的力一般是定數(shù)，而風(fēng)力以及地震力等，它們的數(shù)值并非是固定不變的，它們會隨著結(jié)構(gòu)的動力性差異而出現(xiàn)不同。

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。

2.4 延性是非常關(guān)鍵的設(shè)計內(nèi)容

比對那些層數(shù)比較低的建筑體來講，高層的結(jié)構(gòu)具有更多的柔性意義，當(dāng)受到地震影響的時候，它的變形更厲害。為保證結(jié)構(gòu)能夠有優(yōu)秀的變形水平，防止塌陷現(xiàn)象發(fā)生，要重點(diǎn)在構(gòu)造上使用優(yōu)秀的方法，以此來確保其有著非常好的延性特點(diǎn)。

3 關(guān)于設(shè)計相關(guān)的內(nèi)容

3.1 關(guān)于其受力性分析

針對建筑體的最開始的設(shè)計來講，工作者通常分析其空間構(gòu)成要素，并非是細(xì)致的分析其實際的結(jié)構(gòu)體。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，因為建筑體是由很多大并且重量高的構(gòu)件組合而得到的，所以結(jié)構(gòu)要將其自身的力傳遞到地表之中，結(jié)構(gòu)的力一般都是朝下反應(yīng)到地面之中的，該項設(shè)計的一個基礎(chǔ)的規(guī)定即要明確其選取的體系里的朝下的力和基土的受力性間的關(guān)聯(lián)，因此，在方案時期，就要對關(guān)鍵的承力柱和墻的總數(shù)認(rèn)真的分析。

3.2 關(guān)于扭轉(zhuǎn)

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，當(dāng)開展設(shè)計工作的時候要保證上述三點(diǎn)融匯到一起。所謂的扭轉(zhuǎn)具體的說是在設(shè)計的時候沒有實現(xiàn)三點(diǎn)綜合，在橫向力的干擾之下就會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動現(xiàn)象。為了防止建筑由于橫向的力的作用而出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)力，要在該項設(shè)計工作開展的時候，尋求優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)體系，盡量的保證建筑體能夠?qū)崿F(xiàn)三點(diǎn)合一。

在橫向力的影響之下，高層建筑的扭轉(zhuǎn)力的高低和質(zhì)量的布局有著非常深入的關(guān)聯(lián)。為了保證建筑的橫向力能夠順著平面有序的布置，降低扭轉(zhuǎn)力，就要保證期使用一些平面的體系。在一些時候，因為市政規(guī)劃對于經(jīng)管的規(guī)定和建筑體的干擾，高層不應(yīng)該都使用單純的平面的體系，如果要用別的一些繁瑣的體系的時候，要把那些凸顯區(qū)域的比例掌控在設(shè)定的區(qū)域之中，而且，在開展布局活動的時候，要保證結(jié)構(gòu)處在一種對稱的情形之中。

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

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。如果該項位移合乎高層的規(guī)定的時候，我們并不應(yīng)該認(rèn)為其就是優(yōu)秀的設(shè)計。此時要分析周期和其他的一些干擾要素。由于在開展該項設(shè)計活動的時候，地震力的高低和結(jié)構(gòu)的剛度之間有著非常緊密的關(guān)聯(lián)性，如果剛度不是很大，結(jié)構(gòu)不是很合理的時候，因為地震力不高，所以此時的位移也不是很顯著，雖說位移處在規(guī)定的區(qū)域之中，但是并不是代表它就是優(yōu)秀的。由于結(jié)構(gòu)的時間非常久，地震力小并不安全。第二，要保證該曲線是持續(xù)變動的，除了豎著垂直方向出現(xiàn)剛度的變動之外，嚴(yán)禁發(fā)生顯著的彎曲點(diǎn)。

3.4 位移限值、剪重比及單位面積重度

3.4.1 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)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，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。

3.4.2 剪重比及單位面積，重度結(jié)構(gòu)的剪重比λ=VEK/G是體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在地震作用下反應(yīng)大小的一個指標(biāo)，其大小主要與結(jié)構(gòu)地震設(shè)防烈度有關(guān)，其次與結(jié)構(gòu)體型有關(guān)，當(dāng)設(shè)防烈度為7、8、9度時，剪重比分別為0.012，0.024.0.040；扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期<3.5s的結(jié)構(gòu)剪重比則分別為0.016，0.032，0.064.單位面積重度v0=G/A（kN/m2）是衡量結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面取值是否合理和樓層荷載數(shù)據(jù)輸入是否正確的一個重要指標(biāo)。式中的G由以下幾部分，即結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重、樓面建筑面層及天棚抹灰重、填充墻重和樓面使用荷載組成；A則一般以地面以上的建筑面積總和計算，以便有一個相對準(zhǔn)確的比較標(biāo)準(zhǔn)。定性地分析比較r0值的大小，可得出以下結(jié)果，即一般內(nèi)部隔墻多的建筑大于間隔墻少的建筑；層數(shù)多的建筑略大于層數(shù)少的同性質(zhì)建筑}設(shè)防烈度高的建筑大干設(shè)防烈度低的同性質(zhì)同規(guī)模建筑，剪力墻多的建筑大于剪力墻少甚至僅為框架的建筑。

上述的兩項內(nèi)容不但在建設(shè)圖紙的設(shè)計時期，還在其剛開始設(shè)計的時候都是十分關(guān)鍵的信息，它的信息是不是合理的，要通過一個側(cè)面層次來體現(xiàn)，進(jìn)而具體的分析體系是不是合理的，分析結(jié)構(gòu)的布局是不是有效的，電算信息的輸入是不是有效的。所以，設(shè)計人員要對這兩類內(nèi)容認(rèn)真分析。