1、高層建筑結構設計特點及常見問題的探討 高層建筑結構設計特點及常見問題的探討 摘 要高層建筑目前在我們的城市建設當中所占的比例是越來越大，而建筑結構設計方面的變化也越來越多，很多新興的結構設計方案以迅猛的速度呈現在我們的城市建設中。建筑類型與功能越來越復雜，高層建筑的數量口漸增多，高層建筑的結構體系也是越來越多樣化，高層建筑結構設計也越來越成為高層建筑結構工程設計工作的難點與重點。面對如此形勢，應該把高層建筑的結構設計放在首位加以研究。 關鍵詞建筑；設計；問題； 中圖分類號：TU973 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X36-0098-01 一、建筑結構設計的類型與根本內容 建筑結構的

2、類型 建筑物有各種不同的使用功能要求，因此有許多類型及分類方法。根據建筑物的用途，可以分為工業建筑與民用建筑。根據建筑物的層數，可以分為單層、多層、高層和超高層建筑。建筑物根據所使用的結構材料可以分為：木結構、砌體結構、混凝土結構、鋼結構和混合結構等。建筑物根據其結構形式，可以分為排架結構、框架結構、剪力墻結構、筒體結構和大路結構等。 建筑結構設計的根本內容 1.結構設計的程序 建筑物的設計包括建筑設計、結構設計、給排水設計、暖氣通風設計和電氣設計等。每一局部的設計都應圍繞設計的四個根本要求：即功能要求、美觀要求、經濟要求和環保要求。 2.建筑物結構設計的要求 為保證建筑結構的可靠度到達設計要

3、求，在設計中，必須遵循以下要求： 2.1計算內容：結構構件應進行承載能力極限狀態的計算和正常使用極限狀態的驗算，如直接承受動力荷載的構件應進行疲勞強度驗算； 2.2結構上多種作用效應同時發生時，應通過結構分析分別求出每一種作用下的效應后，考慮其可能的最不利組合； 2.3抗震設計：我國的抗震設防烈度為6至9度，建筑結構根據所在地區的烈度、結構類型和房屋高度采用不同的抗震等級。對應不同的抗震等級，有不同的計算和構造要求。 二、 高層建筑結構設計的特點 軸向變形不容無視 高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負

4、彎矩值增大；此外還會對預測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擬，會得出偏于不平安的結果。 結構延性是重要設計指標 相對于底層建筑而言，高層建筑的結構更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，防止倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。 水平荷載成為決定因素 1.高層建筑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，僅與建筑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

5、方成正比 2.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變化。 三、 高層建筑結構設計的幾個問題 高層建筑結構受力性能 對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個根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系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要

6、的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。 1.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無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的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等問題，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平安隱患。 高層建筑結構設計中的扭轉問題 建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一

7、點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。為防止建筑物因水平荷載作用而發生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。 在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡單平面形式。在某些情況下，由于城市規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單平面形式，當需要采用不規那么L形、T形、十字形等比擬復雜的平面形式時，應將凸出局部厚度與寬度的比值控制在標準允許

8、的范圍之內，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態。 四、高層建筑結構設計中的側移和振動周期 建筑結構的建筑結構的振動周期問題包含兩方面：合理控制結構的自振周期；控制結構的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。 結構自振周期 高層建筑的自振周期宜在以下范圍內： 框架結構：T1=N 框一剪、框筒結構：T1=N 剪力墻、筒中筒結構：TI=N N為結構層數。 結構的第二周期和第三周期宜在以下范圍內： 第二周期：T2=T1；第三周期：T3=T1。 共振問題 當建筑場地發生地震時，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生共振。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特

9、征周期，通過調整結構的層數，選擇適宜的結構類別和結構體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差異，防止共振的發生。 水平位移特征 水平位移滿足高層規程的要求，并不能說明該結構是合理的設計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結構抗震設計時，地震力的大小與結構剛度直接相關，當結構剛度小，結構并不合理時，由于地震力小那么結構位移也小，位移在標準允許范圍內，此時并不能認為該結構合理。因為結構周期長、地震力小并不平安。其次，位移曲線應連續變化，除沿豎向發生剛度突變外。不應有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結構的位移曲線應為彎曲型。框架結構的位移曲線應為剪切型t框一剪結構和框一筒結構的位移曲線應為彎剪型。 五、結語 綜上所述，隨著高層建筑的與日俱增，高層建筑設計尤其是結構設計越來越重要。作為結構工程師，除了掌握根本的專業知識以外，還要具備復合型能力水平，了解現代化信息技術，提高結構計算的完整性、精