浅谈高层建筑结构设计要点

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈高层建筑结构设计要点 摘要：本文通过结合笔者从事结 构设计实践经验，针对高层建筑结构的 受力性能、设计要点、及其计算分析等 进行了深入探讨，以有效地完善高层建 筑结构设计，为同行提供参考借鉴。 中国论文网 /2/view-12896021.htm 关键词：高层建筑；结构设计； 结构体系；计算分析 Abstract: in this article, through combining the practical experience in structure design, structure in high-rise building the mechanical properties, the key points of design, and its calculation and analysis are discussed thoroughly, to effectively improve high-rise building -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 structural design, as to provide a reference for counterparts. Keywords: high building; Structure design; Structure system; Calculation and analysis 中图分类号：TU318 文献标识码： A 文章编号： 引言 随着用地日渐紧张，高层建筑 得到了迅速发展。同时新技术的不用创 新，使得高层建筑结构的发展得以实现。 但鉴于建筑高度的不断增加以及建筑形 态的不断复杂化，这些都为高层建筑结 构设计带来了新的挑战。而通过工程实 践表明，从概念设计以及设计要点上来 把握高层结构设计，可为其得以实现提 供了基础，现通过结合实践经验，提出 高层建筑结构设计时各方面的设计要点， 为同行所参考。 高层建筑结构受力性能 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 建筑物底面对建筑物空间形式 的竖向和水平方向的稳定都是非常重要 的。而对于高层建筑来说，竖向和水平 向结构体系的设计基本原理是相同的， 但随着高度的不断增加，使得高层建筑 的竖向结构体系成为设计的控制因素， 这主要是由高层建筑结构的受力性能所 决定。其一，较大的垂直荷载要求有较 大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所 产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。 与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的 效应不是线性增加的，而随建筑高度的 增高迅速增大。在所有条件相同时，在 风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩 近似与建筑物高度的平方成正比，而其 顶部的侧向位移与高度的四次方成正比， 地震的作用效应更加明显。在高层建筑 结构设计中，所考虑的不仅仅是抗剪， 而更重要的是整体抗弯与抵抗变形的能 力。显然，从高层建筑结构的的受力性 能来看，高层结构的设计应当重点考虑 以下几点大方向，然后分别就这些设计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 原则来从设计措施出发给予加强。 （1）水平荷载成为决定因素。 一方面， 因为楼房自重和楼面使用荷 载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的 数值， 仅与楼房高度的一次方成正比； 而水平荷载对结构产生的倾覆力矩， 以及由此在竖向构件中引起的轴力， 是与楼房高度的两次方成正比； 另一 方面，对某一定高度楼房来说， 竖向 荷载大体上是定值， 而作为水平荷载 的风荷载和地震作用， 其数值是随结 构动力特性的不同而有较大幅度的变化。 （2）大的轴向变形。在高层建 筑中，鉴于其竖向荷载数值很大，导致 柱引起较大的轴向变形，从而会对连续 梁弯矩产生影响造成连续梁中问支座处 的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座 负弯矩值增大；还会对预制构件的下料 长度产生影响， 要求根据轴向变形计 算值对下料长度进行调整； 另外对构 件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 向变形比较，会得出偏于不安全的结果。 （3）应当注重侧移。高层结构 与较低楼房不同之处在于，高层结构的 侧向位移相当显著，其是高层建筑结构 设计中的关键因素。尤其是随着楼房高 度的增加，水平荷载下结构的侧移变形 迅速增大，因而结构在水平荷载作用下 的侧移应被控制在某一限度之内。 （4）应当重视结构延性。相对 于较低建筑来说，高层建筑结构更柔一 些，在地震作用下的变形更大一些。为 了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有 较强的变形能力， 避免倒塌， 特别需 要在构造上采取恰当的措施， 来保证 结构具有足够的延性。 结构计算分析 如何准确、高效地对工程进行 内力分析并按照规范要求进行设计，是 决定工程设计质量好坏的关键。由于新 规范的推出对结构整体计算和分析部分 相当多的内容进行了调整和改进， 因 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 此，结构工程师也应该相当地对这一阶 段比较常见的问题有一个清晰的认识。 而目前对于高层建筑结构整体计算的软 件选择，比较通用的计算软件有： SATWE、TAT、TBSA 或 ETABS、SAP 等，由于各软件在采用 的计算模型上存在一定差异，导致了各 软件的计算结果有或大或小的不同。所 以，在进行工程整体结构计算和分析时， 必须依据结构类型和计算软件模型的特 点选择合理的计算软件，并从不同软件 相差较大的计算结果中，判断哪个是合 理的、哪个是可以作为参考的，哪个是 意义不大的。 高层结构设计要点 4.1 如何有效降低结构扭转 建筑结构的几何形心、刚度中 心、结构重心即为建筑三心，尤其是对 于高层结构设计时应当要求建筑三心尽 可能汇于一点。结构的扭转问题就是指 在结构设计过程中未做到三心合一，在 水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 为了有效地避免建筑物因水平荷载作用 而发生的扭转破坏，应在结构设计时选 择合理的结构形式和平面布局，尽可能 地使建筑物做到三心合一。在水平荷载 作用下，高层建筑扭转作用的大小取决 于质量分布。为使楼层水平力作用沿平 面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应 使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆 形、正多边形等简单平面形式。同时有 可能建筑场地的限制，高层建筑不可能 全部采用简单平面形式，当需要采用不 规则 L 形、T 形、十字形等比较复杂 的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽 度的比值控制在规范允许的范围之内， 同时应尽可能使结构处于对称状态。 4.2 如何有效限制侧向位移 高层建筑结构的水平位移随着 高度增长而迅速变大，为防止位移过大， 规范对顶点位移和层间位移都作了一定 的限制。控制顶点位移 u/H 的主要目的 是保证建筑内人体有舒适感和防止房屋 在罕遇地震时倒塌。但控制房屋在罕遇 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 地震时倒塌与否的条件是结构极限变形 能力而不是 u/H 限值。另外，为使结构 具有较好的防倒塌能力，应在结构计算 中考虑相关效应。控制层间位移u/H 的主要目的是防止填充墙、装饰物等非 结构构件的开裂和损坏。 4.3 如何有效限制周期比 结构周期反映了结构体系的柔 刚性，周期越长表明了该结构的整体刚 度越柔，同时结构的位移也就越大。显 然控制结构的位移与控制结构的周期是 同一性质的，结构位移与结构周期是息 息相关的，前者随后者的增大而单调增 长。抗震规范和高规还提出了对结构扭 转为主的第一周期与平动为主的第一周 期之比的限定规定。对于侧向刚度沿竖 向分布基本均匀的较规则结构，其规律 性较强，扭转为主的第一周期 Tt 和平 动为主的第一周期 T1 都比较好确定， 但是对于平面或竖向布置不规则的结构， 则难以直观地确定 Tt 和 T1。为了便于 设计人员执行这条规定，通过在软件中 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 增加了根据振动方向因子判断各振型的 振动形态功能和主振型判断功能。 4.4 如何正确设置短肢剪力墙 对墙肢截面高厚比为 58 的墙 定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和 实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中 的应用增加了相当多的限制。因此，在 高层建筑设计中，结构工程师应尽可能 少采用或不用短肢剪力墙，以有效地避 免给后期设计工作增加不必要的麻烦。 4.5 嵌固端的设置问题 目前对于高层建筑来说都会设 置有地下室或者人防，因此嵌固端有可 能设置在地下室顶板， 也有可能设置 在人防顶板等位置，因此，对于嵌固端 的设置问题上，结构设计工程师往往忽 视了由嵌固端的设置带来的一系列需要 注意的方面，如嵌固端楼板的设计、 嵌固端上下层刚度比的限制、 嵌固端 上下层抗震等级的一致性、在结构整体 计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置 与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 其中任何一个方面