对高层建筑结构设计发展的探讨

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 对高层建筑结构设计发展的探讨 摘要：随着我国经济快速发展, 我国高层建筑也随之迅猛发展。 业主 的要求以及建筑师的创新艺术，使得钢 筋混凝土高层建筑被广泛应用。相应， 高层建筑结构设计给工程设计人员提出 了更高的要求。本文从高层建筑发展的 趋势、结构设计的注意事项等方面进行 了探讨。 中国论文网 /2/view-12911686.htm 关键词： 发展趋势；概念设计； 注意事项 1 发展的趋势 近年来，由于建筑功能和城市规 划的需要，加之建设用地的紧张，高层 建筑的层数在不断增多。另一方面，层 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 数日渐增多的高层公共建筑为满足不同 用户的需要和适应现代社会高效率、快 节奏的要求，而发展为高层综合大厦。 综合性建筑的发展使平面布置和体型日 益复杂；使结构体系也多样化。最常用 的结构体系有：框架结构、筒体结构、 框架-剪力墙结构。特别是框架一剪力 墙结构广泛用于办公和公共建筑，也大 量应用于高层旅馆建筑。它主要由框架 构成自由灵活的使用空间，容易满足不 同建筑功能的要求，同时又有足够的剪 力墙作为抗侧力构件，具有较大的刚度， 从而使得框架一剪力墙结构具有较强的 抗震能力，也大大减少了结构侧移，避 免砌体填充墙在地震时严重破坏和倒塌。 因此，现针对框架-剪力墙等结构在平 时设计时的一些问题总结出来，予以探 讨。 2 概念设计 高层建筑结构设计时，概念设计 至关重要，关乎结构选型的合理性，建 筑造价的经济性，是结构设计成败的关 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 键，工程结构设计者应特别关注。 2.1 结构平面布置刚度宜均匀， 减少扭转。高层建筑的平面布置宜简单、 规则，尽量减少突出等复杂平面。更重 要的是结构平面布置时要尽可能刚度均 匀，即结构的刚心与质心尽量接近，减 少地震作用下的扭转，扭转对结构的危 害很大。减少结构的扭转，一是减少地 震作用引起的扭转，二是增加结构抵抗 扭转的能力。平面刚度布置均匀，可减 少地震作用下的扭转。而影响平面刚度 均匀的主要因素是剪力墙的布置。剪力 墙集中布置在结构平面的一端或一侧是 不好的。大刚度抗侧力单元偏置的结构 在地震作用下扭转大，而对称布置剪力 墙、井筒有利于减少扭转。周边布置剪 力墙，或周边布置刚度很大的框筒等， 都是增加结构抗扭刚度的重要措施，有 利于抵抗扭转。为了减少地震作用下的 扭转，还要注意平面上质量分布，质量 偏心会引起扭转，质量集中在周边会加 大扭转。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 2.2 结构竖向刚度宜均匀，避免 薄弱层，减少鞭梢效应。结构宜做成上 下等宽，或由下向上向心逐渐减小的体 型，更重要的是结构的抗侧刚度应当沿 高度均匀分布，或沿高度向心逐渐减小。 各层剪力墙的布置是影响结构竖向刚度 是否均匀的主要因素。框支剪力墙结构 是典型的结构竖向刚度有突变的结构， 框支层的变形大，为薄弱层，容易发生 地震震害。故在结构设计时，不允许将 全部或大部分剪力墙设计成框支，必须 有一定数量的落地剪力墙，将框支剪力 墙转换层以上的剪力较均匀的转移到落 地剪力墙上，从而避免软弱层引起的震 害。 2.3 在结构计算与分析阶段，如 何准确、高效地对结构进行内力分析并 按照规范要求进行设计和处理，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。因此， 结构设计者也应该相应地对这一阶段常 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 见的问题有一个清晰的认识。非结构构 件的计算与设计在高层建筑中，往往存 在一些由于建筑美观或功能的要求且非 主体承重骨架体系以内的非结构构件。 对这部分内容，尤其是高层建筑屋顶处 的装饰构件进行设计时，由于高层建筑 的地震作用和风荷载均较大，因此，必 须严格按照新规范中增加的非结构构件 的计算处理措施进行设计。 3 高层建筑的结构体系 根据工程实践经验，如果高层建 筑结构体系选型不当，任凭再用先进的 结构理论和准确的计算方法，也较难作 出安全可靠、经济合理的高层建筑结构 设计。正确处理高层建筑结构体系的选 型问题，对于高层建筑结构设计而言， 具有重要意义。高层建筑结构体系按结 构形式分类主要有：框架结构；抗震墙 结构；框架- 抗震墙结构；筒体结构； 部分框支抗震墙结构；板柱- 抗震墙结 构等等。不同的结构体系所具有的强度 和刚度是不一样的。因此它们适用的高 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 度也不同。不同的建筑功能选择的高层 建筑的结构体系也不尽相同。在建筑抗 震设计规范中有明文规定。一般地，框 架结构布置灵活，具有较大的室内空间。 在考虑抗震设防要求的建筑中，由于框 架梁柱截面小，抗震性能差，刚度较低， 而且高层建筑中的框架填充墙在地震中 破坏严重，修复费用较高，工期长。故 其多用于高度低、层数少的公共建筑。 框架- 抗震墙结构既具有框架结构布置 灵活、方便使用的特点，又有较大的刚 度和较强的抗震性能，多用于公共建筑 和旅馆建筑等。抗震墙结构刚度很大， 空间整体性好，承载力大，在水平力作 用下侧移小，用钢量较省。它比较适用 于高层住宅、旅馆等隔墙较多的建筑。 一般框架- 抗震墙结构和抗震墙结构可 以满足大多数建筑物的高度要求，筒体 结构刚度大、空间大。 4 注意事项 4.1 水平荷载成为决定因素。 因为楼房自重和楼面使用荷载在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 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。 4.2 轴向变形不容忽视。 高层建筑中，竖向荷载数值很大， 能够在柱中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 中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯 矩值和端支座负弯矩值增大。 4.3 侧移成为控制指标。 随着楼房高度的增加，水平荷载 下结构的侧移变形迅逐增大，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。 4.4 结构的规则问题。 新旧规范在这方面的内容出现了 较大的变动，新规范在这方面增添了相 当多的限制条件，例如：平面规则性信 息、嵌固端上下层刚度比信息等。而且， 新规范明确规定“ 建筑不应采用严重不 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 规则的设计方案” 。因此，结构工程师 在方案设计阶段，必须严格遵循新规范 的这些限制条件，以避免后期施工图设 计阶段工作的被动。 4.5 结构的超高问题。 在抗震规范与高规中，对结构的 总高度都有严格的限制。尤其是新规范 中针对以前的超高问题，在实际工程设 计中，出现过由于结构类型的变更而忽 略该问题，导致施工图审查时未予通过， 必须重新进行设计或需要开专家会议进 行论证等工作的情况，对工程工期、造 价等整体规划的影响相当巨大。 4.6 嵌固端的设置问题。 由于高层建筑一般都带有二层或 二层以上的地下室和人防，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，在这个问题上， 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 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 问题，而忽略其中任何一个方面都有可 能导致后期设计工作的大量修改或埋下 安全隐患。 5 施工模拟问题 高层建筑的竖向荷载绝大部分是 结构自重，而结构的自重是在施工过程 中分层施加的，因而柱和剪力墙已在施 工过程中逐渐完成了轴向变形，这就有 了模拟施工的计算方法。但是，建筑物 开始使用后，竖向荷载全部加上，长期 作用。由于柱子轴压比大，变形明显大 于剪力墙，所以内力又重新调整，情况 又趋向一次加载的计算结果。所以，在 设计时对顶部楼层配筋异常的梁要用两 种计算结果进行调整，即加大与柱相连 的梁端负钢筋，减小与剪力墙相