浅议高层建筑中的结构设计问题.doc

浅议高层建筑中的结构设计问题摘要：改革开放以来，随着经济水平的不断提高，高层建筑数量也迅速增多，尤其是大中城市中更为明显，所以关于高层建筑的结构设计也成为了结构设计人员的重要工作内容。鉴于建筑结构形式的多样化和复杂化的特点，要想更好地对高层建筑结构进行设计，就必须要对高层建筑建筑有更多的了解，掌握建筑结构的设计原则。本文就针对高层建筑的结构设计去进行简单的分析。关键词：高层建筑 结构设计 前言：近年来，社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，以及城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以迅速发展。现代建筑越来越向多功能、综合用途发展，在同一竖直线上，顶部楼层与下部楼层用途不同，不同的楼层需要大小不同的空间尺寸，采用不同的结构形式。从建筑的功能来讲，不同的部分具有不同的作用和要求，所以只有充分了解高层建筑的有关问题，再加以分析研究，才能更好地提高高层建筑的结构设计水平。1、 高层建筑结构设计具有的特点 高层建筑结构设计与低层建筑结构相比较，结构设计在个建筑结构设计中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等各个方面的问题。其主要特点有:（1） 水平力是设计重要因素 在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载力控制着整个建筑的结构设计。而在高层建筑中，虽然竖向荷载仍对结构设计有很重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑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，只与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构所产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，却是与建筑高度的两次方成正比。显然，竖向荷载就没有水平荷载的影响大。此外，对有一定高度建筑来说,竖向荷载一般都是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性变化而会产生较大的变化。所以，水平力是设计的重要因素。（2）结构延性成为了关键因素 与低层或多层建筑不同，结构延性已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大,与建筑高度的4次方成正比。此外，目前高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现，侧向位移也迅速增大。所以，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求其具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移可以被控制在某一限度之内。（3） 对抗震设计的要求更高 现在的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须的就是要使结构具有良好的抗震性能，能够做到小震不坏、大震不倒。（4）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要 从地基的承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重就意昧着不增加基础造价和其他处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。所以，高层建筑减轻自重比多层建筑有更重要的意义。2、 常见的高层建筑结构设计体系 目前常见的高层建筑的结构体系主要有三种: 框架剪力墙体系、剪力墙结构体系、筒体体系。（1） 框架剪力墙体系 当正常的框架体系的强度和刚度不能满足工程要求时，这时就需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替原有设计中的部分框架，这就形成了所谓的“框架-剪力墙体系”。在承受水平力时,框架和剪力墙能够通过有足够刚度的楼板和连梁组成新的的结构体系。在体系中的框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙则主要承受水平剪力。框架剪力墙体系的位移呈弯剪型曲线。剪力墙的设置，大大的增强了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移变小，同时框架承受的水平剪力也显著降低，而且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架剪力墙体系的能建高度要远远大于单一的框架体系。（2） 剪力墙结构体系。 如果受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成，就是形成了剪力墙体系。在剪力墙体系中，单片的剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属于刚性结构，其位移呈弯曲型曲线。剪力墙体系的强度和刚度的要求都比较高，能有有一定的延性，传力也比较均匀，整体性较好，且抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系。它的能建高度大于框架体系和框架剪力墙体系。（3） 筒体体系 凡是采用筒体为抗侧力构件的结构体系统都称为筒体体系，该体系包括单筒体、筒体框架、筒中筒、多束筒等多种组合型式。其中筒体指的是一种空间受力构件，可分为实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面和曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒则是由一系列密排柱和窗裙梁或者是开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有比较大的刚度和强，各构件之间的受力也比较合理，又很强的抗风和抗震能力，所以，这种体系往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑中。3、 高层建筑结构设计中应注意的问题3.1结构的选择 对于高层建筑结构而言，在工程设计的结构选型阶段，必须要注意以下几方面的内容:第一，结构的规则性问题。新旧设计规范中关于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，比如平面规则性信息和嵌固端上下层刚度比信息等。因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上就必须更加注意，以避免在后期的施工图设计阶段工作出现问题。第二，结构超高的问题。在抗震规范与高度新规范中，对结构的总高度有着非常严格的限制，尤其是针对以前的超高问题做了细致的规定，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，还增加了B级高度的建筑。所以，必须对结构的该项控制因素严格注意，如果出现了结构为B级高度的建筑或是超过了B级的高度，其设计方法和处理措施必须进行重新规划。第三，嵌固端的设置问题。因为高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室或人防，其嵌固端有可能设置在地下室顶板，或者设置在人防顶板的位置，所以，在这个问题上，结构设计工程师在设计时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，而且忽略其中任何一个方面可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。所以，在结构选择时必须考虑嵌固端的设置问题。3.2地基与基础的设计 地基与基础设计一直是所有结构工程师比较重视问题，该阶段设计过程的好坏不仅仅能够直接影响后期设计工作的进行，而且它也是整个工程造价的决定性因素，因此，在地基与基础的设计的这一阶段，所出现的问题也会更加严重甚至造成无法估量的损失，一定要高度重视。3.3关于结构的计算分析 在结构计算与分析阶段，如何能够准确而且高效地对工程进行内力分析并按照规范的要求去设计和处理，是决定整个工程设计质量好坏的关键所在。由于新规范的推出对结构整体计算和分析这部分的许多内容也进行了一系列的调整和改进，所以，对这一阶段比较常见的问题也要有一个清晰的认识。结语： 随着城市经济水平的发展和不断提高，以及人们对物质文化生活需求的提升，导致了越来越多的人开始涌入城市生活，造成了城市的人口数量急剧增加，再加上人口的不断增长，所以缓解城市居民的空间紧张问题成了社会关注的焦点。而高层建筑因为其可以放置更多的货物和居住更多的人的特点，社会对其的需求就越来越大。但是，高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都