探討高層建筑結構設計特點

仇揚軍

安徽省歙縣建筑設計院

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探討高層建筑結構設計特點

仇揚軍

安徽省歙縣建筑設計院

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，功能俱全的高層建筑越來越多。高層建筑結構設計也越來越成為建筑結構工程師的重要工作內容。高層結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程，在這過程中任何遺漏或錯誤都有可能對結構造成安全隱患。這就要求結構設計人員在工作中嚴格要求自己不斷學習新規范，力求掌握更為合理的結構設計方法。

關鍵詞：高層建筑結構設計；設計特點；常見問題

前言

眾所周知，高層建筑已經成為了今后建筑行業發展的一個重要趨勢，尤其是對于一些房屋建筑以及辦公建筑來說，高層建筑更是已經成為了最為突出的一個方面，對于這種高層建筑的施工建設來說，最為關鍵的一點就是應該保障其具備著較強的安全性和穩定性，而這種安全性和穩定性的保障又必須要從高層建筑的結構方面進行相應的控制和管理，因為高層建筑的自身特點決定著其這方面的設計難度是比較大的，并且當前人們對于高層建筑結構所提出的要求也越來越多，因此，針對當前我國現階段高層建筑的結構設計工作進行優化和完善也就顯得極為必要，并且已經成為了今后相關設計人員研究的一個重點所在。

1高層建筑結構設計特點

1.1水平荷載成為決定因素主要有如下兩方面

一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及由此在豎構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比。另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度的變化。

1.2 軸向變形不容忽視

高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大；還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整。另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。

1.3 側移成為控制指標

與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

2不同類型高層建筑，選擇合理的結構體系

2.1 結構的規則性問題

新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動，新規范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規則性信息﹑嵌固端上下層剛度比信息等。而且，新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案”。因此，結構工程師在遵循新規范的些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。

2.2 結構的超高問題

在抗震規范與高規中，對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B 級高度的建筑。因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B 級高度建筑甚或超過了B 級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中，出現過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期﹑造價等整體規劃的影響相當巨大。

2.3 嵌固端的設置問題

由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置。因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計﹑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﹑在結構整體計算時嵌固端的設置﹑結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

3高層建筑結構設計中的扭轉問題

3.1 減輕扭轉破壞的方法

由于地面運動﹑建筑物質量分布的不均勻﹑結構剛度計算的局限性﹑設計假定與實際地震波相符程度以及抗扭構件的非對稱性破壞等將引發結構的扭轉振動，高層建筑結構的扭轉振動是難以避免的。在設計中應盡量防止結構具有較大的扭轉效應，同時，在構造上采取措施，以減小扭轉。

3.2 改善扭轉效應

改善扭轉效應的原則：削弱中間，加強周邊。改善扭轉效應主要的方法有：建筑平面及其抗側力結構平面布置規則﹑對稱，并應具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變；盡量加大周邊構件截面，增大平面抗扭剛度；加厚離質心較遠處的剪力墻厚度，使質心與剛心重合，減小偏心率；平面凹凸不規則處加拉梁，有條件的應增設拉接樓板；剛度很大的簡體可加設結構洞以減小剛度偏心，樓板薄弱處局部加厚。總之，一幢建筑結構的動力性能基本上取決于它的建筑布局和結構布置。

3.3 抗扭措施

1）根據建筑高度的不同，選擇合適的結構類型。

2）框架結構和框架一剪力墻結構中，框架和剪力墻均應雙向設置，柱中線與剪力墻中線﹑梁中線與柱中線之間的偏心距不宜過大。

3）關于剪力墻：剪力墻宜貫通房屋全高，且橫向與縱向剪力墻宜相連；設置在墻面不需要開大洞口的位置；房屋較長時，縱向剪力墻不宜設置在端開間；剪力墻洞口宜上下對齊。

4）框架一剪力墻基礎應有良好的整體性和抗轉動能力。

5）框架的角柱，其調整后的組合彎矩設計值﹑剪力設計值尚應乘以不小于1.1 的增大系數。

6）剪力墻各墻肢截面組合的彎矩設計值，一級剪力墻的底部加強部位及以上一層，應按墻肢底部截面組合彎矩設計值采用，其他部位應乘以增大系數1.2。

4高層建筑結構分析和計算問題

在結構計算與分析階段，如何準確，高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理，是決定工程設計質量好壞的關鍵。由于新規范的推出對結構整體計算和分析部分相當多的內容進行了調整和改進。因此，結構工程師也應該有一個清晰的認識。

5地震作用下建筑結構設計

地震時，由于地震波的作用產生地面運動，通過房屋基礎影響上部結構，使結構產生振動，房屋振動時產生的慣性力就是地震荷載。地震波可能使房屋產生垂直振動與水平振動，但一般對房屋的破壞主要是由水平振動引起。因此，設計中主要考慮水平地震力。大量震害表明：與低層建筑相比，高層建筑受地震影響的范圍更廣一些，振害后果也更嚴重一些。所以較確切地估計高層建筑的地震作用，是十分必要的。

6結語

隨著現代社會經濟的不斷發展，人民生活質量水平不斷提高，人類的居住環境﹑居住條件和居住需求也在不斷的變化，建筑物越來越朝著高層建筑的方向發展，建筑類型與功能愈來愈復雜，結構體系的更加多樣化。因此，結構設計人員要提高水平，使建筑的結構設計更安全﹑更合理。

參考文獻：

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