关于高层建筑结构设计问题的研究

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2013-02-01浏览：37次

　　摘要：随着我国经济的发展，越来越多的高层建筑出现在了我国各地。并且随着建筑功能和类型的多样化、建筑高度的增加以及建筑结构的复杂化，如何解决好城市高层建筑的结构设计就变成了一个摆在全国建筑设计师眼前的重要问题。本文旨在对我国高层建筑结构设计中所面临的主要问题进行全面探讨，并提出作者自己的想法和建议。

　　关键词：高层建筑,建议,结构设计

　　1、高层建筑结构设计方面的特征[1]

　　与其它一般建筑相比，结构设计在高层建筑设计中占有很重要地位，这是由于高层建筑的许多技术参数，诸如：建筑物的平面、立体、高度、外形、工程成本以及施工条件等都与结构形式的选择密切相关，错误的结构形式设计不仅会降低建筑的使用功能和使用寿命，甚至影响建筑物的稳定性和抗震能力，严重影响建筑物安全。其主要特征有以下几个方面：

　　1.1水平荷载的影响明显

　　对于普通房屋的结构设计，结构设计的选择在很大程度上由结构自身产生的重力决定。而对于高层建筑，起决定性作用的则是建筑所受到的水平荷载情况。这是因为在竖构件中，楼面的工作荷载和建筑所受重力所引起的轴向力和弯矩的数值与建筑高度成一次方的正比例关系;而由于水平荷载对竖构件引起的轴向力，则与建筑的高度成两次方的正比例关系。一般情况下风荷载和地震是最重要的水平荷载影响因素，它的大小与建筑结构的力学特性有关，是高层建筑结构设计中需要考虑的重要内容。

　　1.2结构侧移

　　随着楼房高度的增加，在高层建筑中，由水平荷载造成的结构侧向位移会随着楼层的增加而急剧上升，其与建筑物的高度成4次方的正比例关系。而且侧向位移的增大情况还会受到新的建筑材料或者技术应用的影响。侧向位移的控制，直接影响着居住人员舒适感和建筑装饰材料的使用寿命，严重时甚至会出现建筑物倒塌等重大安全问题，对人员的生命和财产安全造成重大损害。因此结构的水平荷载情况是高层建筑安全的重要指标，其数值应该被严格限制在国家规定的安全范围之内。

　　1.3结构的抗震性能[2]

　　具有良好的抗震性能是对高层建筑设计的基本要求，具体来说就是小震不坏，大震不倒。在抗震设计中，建筑设计师必须综合考虑常规设计中的基本元素，诸如：风载荷，环境载荷以及竖向载荷等。还要考虑有可能会出现的地震载荷的影响，使得建筑物具有良好的抗震安全性。尤其是在我国处于地震带地区的高层建筑，其抗震性能必须达到或高于国家强制标准。

　　2、当前结构设计中的常见问题

　　2.1设计高度

　　我国对各种常见的建筑结构体系有着一系列的高度使用标准，具体规范可查询我国现行的高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2002)。它的制定主要是综合考虑了建筑的经济性与适用性，另外我国的现实国情和建筑技术情况也对高层建筑的设计高度有着重要制约作用。由于我国许多高层建筑物的修建早于这一标准的颁布，再加上规范并没有获得严格的执行，因此实际上我国有许多高层建筑的高度超过了这个限制。

　　2.2抗争性能

　　由于我国的具体国情，对建筑物的财力投入相对国外来说较少，这直接导致了我国建筑的抗震标准较低。不仅如此，由于我国关于建筑物抗震能力的计算方法和国外不同，实际上导致了我国建筑物的抗震能力与同类型的国外建筑相比较差;在一系列保证抗震延性的要求上，比如：使用配筋的比率、轴压比、梁柱承载力匹配等参数上，也与外国不同。随着我国经济的发展，过去较低的建筑质量标准带来了越来越大的经济损失。

　　2.3选材及结构问题

　　在地震多发区，工程师首先要考虑的一个问题就是采用何种建筑材料或结构体系。据统计高达85%以上的地震作用力由结构的钢筋混凝土内筒承受。因此做好对钢筋混凝土结构的位移限值控制是保证高层建筑抗震性能的重要要求。

　　3、如何改善高层建筑结构设计

　　3.1选择适合的材料和结构形式[3]

　　根据结构采用的材料不同，高层建筑的可分为以下四种结构体系：①钢筋混凝土结构体系，②钢结构体系，③钢一混凝土混合结构体系④钢一混凝土组合结构系。而根据所采用的结构形式不同，可以将高层建筑结构分为①框架式结构体系，②框架一剪力墙结构体系，③剪切力墙式结构体系。高度低于60m的建筑可以利用柱或梁等附加结构作为承受竖向和水平荷载的结构;剪力墙结构体系适应于高层建筑，它是利用建筑的墙体来承受侧向力和竖向载荷。它具有强度大，良好的整体性以及受水平力作用的变形小等特点，但是由于其具有建筑内部死板的平面布置要求，故不适合应用在公共建筑中;架一剪力墙结构体是利用框架和剪力墙的组合，它广泛使用于高层建筑中，具有良好的实用性，灵活的布局以及出色的抗震力学性能。

　　3.2对结构构件进行优化设计[4][5]

　　(1)结构的抗侧刚度可以通过增加抗弯结构体系的有效宽度来获得提高。在高层建筑结构中增加有效宽度可以增大结构的抵抗力臂，从而将倾覆力减小。从材料力学的原理可以了解到，同样面积、抗倾覆力与结构的宽度的关系不同，可以获得互不相同的几何特征。比如：在同等面积下，矩形截面的截面惯性矩要小于工字形截面，圆形截面则小于前面两种截面。这就是为什么增加结构有效宽度后，整个结构的抗侧刚度得到很大提高。

　　(2)剪力墙的超筋。一般在分析软件中设定的剪力墙的暗柱最大配筋率是5%，而现行的各规范给出剪力墙主筋的配筋面积时，是以边缘构件方式说明的，没有给出最大配筋率。所以可以结合实际情况考虑程序给出的剪力墙超筋的警告信息;如果结构在水平地震力作用下抗剪承载力不够，就会表现出剪力墙连梁超筋。

　　3.3变形缝的设置[6][7][8]

　　(1) 设置沉降缝。沉降缝应当设置在建筑物的下列位置：1地基土具有明显的压缩性变化的地方;②建筑物具有复杂平面结构的转折部位;③地下室的边界处;④建筑结构变化处;⑤大尺度的砖石承重结构或钢筋混凝土框架结构的某些位置;⑥高度和荷载均有变化处;⑦地基基础处理方法不同处。

　　(2) 设置伸缩缝。当建筑的排架结构柱高(从建筑物的基础顶面算起)低于5m时，应当适度减小缩缝间距。

　　4、结语

　　对于建筑设计师来说，高层建筑的结构设计是一项涉及到许多考虑因素和设计技术的综合性工作。它有着巨大的应用前景和意义。随着我国社会经济的持续发展，建筑业势必向着高层建筑逐渐普及的方向发展，因此国家对高层建筑的结构设计要求将会越来越高。在设计高层建筑的具体结构时，结构工程师必须从结构的安全性能、使用功能、建筑的美观等方面进行综合考虑，合理运用建筑学理论知识来处理实际设计中遇到的各种问题，才能设计出安全合理的高层建筑结构。

　　参考文献

　　[1] 黄辉亮. 浅析当前我国高层建筑结构设计与选型[J]. 知识经济. 2011(10)

　　[2] 房国府. 高层建筑结构分析与设计[J]. 中国高新技术企业. 2010(33)

　　[3] 吴晓琳. 浅析高层建筑结构设计与特点[J]. 中国高新技术企业. 2009(11)

　　[4] 张卓. 浅谈高层建筑结构设计要点[J]. 现代经济信息. 2009(14)

　　[5] 张勇. 高层建筑结构概念设计应注意的问题[J]. 价值工程. 2011(11)

　　[6] 赵海凌. 高层建筑结构设计与分析[J]. 中国高新技术企业. 2008(08)

　　[7] 钟勇华. 浅谈高层建筑结构设计[J]. 中国高新技术企业. 2009(24)

　　[8] 黄春燕. 高层建筑结构设计问题探讨[J]. 中国城市经济. 2011(14)

《关于高层建筑结构设计问题的研究》

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文章名称：关于高层建筑结构设计问题的研究