1、高層建筑結構設計探討摘 要：本文作者分析了高層建筑結構設計的特點，同時分別闡述了幾種結構體系，供大家參考借鑒。關鍵詞：高層建筑；結構設計；分析Abstract: In this paper, the author analyzes the high-rise building structural design features, and simultaneously and respectively expounds several structural systems, for your reference.Key words: high-rise building; structure
2、design; analysis中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）高層建筑結構設計中應根據實際情況做好結構分析，多做方案比較。否則任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。本文就高層建筑結構設計的特點作簡要的分析、探討，同時分別對幾種結構體系作簡要闡述。1 高層建筑結構設計的特點1.1 結構設計的主要因素在高層建筑工程項目中，建筑結構的設計主要取決于結構自重所產生的水平荷載。究其原因，主要是由于建筑的自重對豎向構件施加荷載所產生的彎矩數值、軸力數值，將隨著建筑層高的增加而呈小倍數同步增長；而建筑自重所產生的
3、水平荷載，對豎向構件施加作用力所引起的軸力、對結構體系施加的傾覆力矩，將隨著建筑層高的增加而呈多倍數同步增長。此外，一般情況下，高層建筑的豎向荷載通常是不變的，而當建筑結構的動力特性發生改變時，作為水平荷載的地震作用、風荷載的具體數值將不同程度的發生變化。1.2 主要控制指標相較于普通建筑、多層建筑，高層建筑結構設計的控制，其關鍵在于建筑結構的位移，而隨著現代高層建筑的層數的不斷加大、水平荷載的持續增加，其主體結構的側向位移、變形幅度也將同步加大。在實際進行高層建筑的設計時，不僅需要考慮到建筑結構的強度要求，同時還要保證其具有足夠的抗推剛度，從而在水平荷載下，將結構的位移控制在安全范圍之內。1
4、.3 軸向變形問題由于現代高層建筑的層數不斷增加，其豎向荷載所施加的作用力也將同步提高，從而往往會造成柱體內部出現大幅度的軸向變形，以至于影響到連續梁彎矩，最終勢必會降低連續梁中部支座區域的負彎矩數值，而端支座的負彎矩數值、梁跨中正彎矩數值將有所增加。此外，軸向變形還會影響到建筑預制構件的下料長度。在實際進行構件的預制時，應根據軸向變形的具體情況進行全面、系統的計算，將其結果作為主要依據，及時調整下料長度。1.4 關鍵設計指標在由地震所產生的作用力之下，相較于普通房屋、多層建筑，高層建筑結構延展度、允許變形幅度較大。究其原因，主要是由于高層建筑的高度過大，在外在作用力之下，為避免發生倒塌，需要
5、在建筑的構造上采取特殊處理，以此保證建筑的主體結構在進入塑性變形期后，仍具備一定的變形能力，提高其延展性，保證變形范圍的最大化。2 高層建筑結構設計方案的對比以某在建12層的高綜合寫字間為例，該建筑的長、高、寬分別為48m、36m、18m，兩側共設有9根縱向間距設定在6m、橫向間距設定為18m的柱體。此外，建筑的內部設有612m的管道井筒、電梯。結構設計方案1：該方案是利用建筑的框架結構來承擔所有水平力，在方向不變的風載作用下，框架兩側的柱體各自處于受壓、受拉狀態，按照有關公式經過計算得出67.23618/18=2418.2KN，即總壓力、拉力。在此基礎上，通過計算公式 2419.2/9=26
6、8.8KN/柱 7 3 910=1890KN可得9根柱體的平均受力小于恒載，建筑的基礎相對穩定、安全。結構設計方案2：經過詳細計算636（6+12）2，可得出建筑井筒墻的重量為7776KN，而井筒所承受的風力荷載為1.468=67.2KN/m，建筑結構的豎向荷載約15120KN左右，抵抗傾覆彎矩的豎向荷載為22896KN。最后，通過計算合力偏心距，e=M/G=67.2 3618/22896=1.9m，確認其超出安全范圍、不符合穩定標準，必須采取基礎加固措施。綜合考慮多種形式的水平荷載，對兩種方案進行對比、分析，不難發現，方案1的穩定性、安全性優于方案2。由此可見，高層建筑結構設計有著多種體系，
7、在設計前應綜合考慮項目的實際需要與情況，進行嚴格的篩選，從中選取最佳方案才能確保建筑的質量安全。3 高層建筑的結構設計體系3.1 剪力墻結構體系高層建筑的剪力墻體系，其主要是指全部采用了平面剪力墻構件的主體受力結構。在此種高層建筑結構設計體系中，所有的水平作用力、垂直荷載均施加在單片剪力墻之上，該結構設計體系主要采用的是剛性結構，從而有著較高的剛度、強度，其位移曲線呈彎曲形態。高層建筑采用剪力墻體系的優點在于，延展性較強，傳力均勻且性能較強，有著良好的整體性，適用高度超出框架、框架剪力墻體系，是一種性能良好、狀態穩定的結構體系。3.2 框架結構體系高層建筑結構的設計，倘若采用框架結構體系，其主
8、要是利用柱體、梁架、基礎共同組成一個平面框架，同時將其作為建筑的主要承重結構，最后通過梁的連結，使各個平面框架組合形成一個整體的空間結構體系。此種結構體系的優點在于：可靈活布置建筑的內部平面，可從中設置空間容積較大的餐廳、會議室、教室等；必要時，可通過隔斷的安設與拆除，將建筑的平面布局為大空間或分割成小居室，靈活調整以滿足使用需求；建筑的外墻通常會選擇使用非承重構件，從而能夠自由調整建筑的立面設計。值得注意的是，此種結構的剛度較小、抗測力能力較差，在地震所產生的荷載與水平荷載的作用力下，將發生大幅度位移、破損，對于超出十五層高度的建筑不宜采納，相反則可實現建筑結構經濟性、安全性的平衡。3.3
9、框架剪力墻體系對于選擇框架結構體系的高層建筑，倘若其剛度、強度無法滿足安全標準及有關要求時，通常需要利用質量較大的剪力墻，來替換建筑平面部分位置的框架結構，使剪力墻與框架形成一個整體，即框架剪力墻結構體系。在水平荷載的作用下，充分利用了剛度較強的連梁、樓板，使剪力墻結構體系部分與原有框架結構體系形成一個整體，協同承受水平力。高層建筑采用框架剪力墻結構體系，水平剪力主要由剪力墻部分結構來承受，而垂直荷載則由原有框架結構承擔，其位移曲線呈彎剪形態。此種結構體系的優點在于：通過剪力墻的增設，提高了建筑結構體系的側向剛度，大幅縮減了建筑的位移數值，同時也有效降低了原有框架結構所負擔的水平剪力并豎向均勻
10、地分散了內力。由此可以看出，此種結構體系的總體性能優于框架體系。3.4 筒體結構體系筒體結構體系，其主要是指將筒體作為主要抗側力構件的建筑結構。高層建筑所采用的筒體受力構件，可大致將其分為空腹筒、實腹筒兩種。其中，空腹筒受力構件，主要是由開孔鋼筋混凝土外墻、密排柱、窗裙梁以幾種組合方式構成的構件；實腹筒受力構件，主要是由曲面墻、平面墻共同圍組而成的立體豎向結構單體。此種體系的優點在于：強度、剛度較大；各個構件的受力均勻、合理；有著良好的抗震性能、抗風能力。對于空間、跨度較大的超高層建筑，采用此種結構體系較為適宜。4 結束語現階段我國多數高層建筑工程的結構設計均采用了鋼筋混凝土剪力墻體系、剪力墻筒體結構體系，此外較為常用的還有框架結構體系、筒體體系等。無論采用哪種結構體系，在高層建筑項目的設計前期，都需要結合、運用建筑結構概念設計理論，綜合考慮業主的要求與項目的需要，對比、篩選設計體系與方案。文章轉自中國月期刊
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