高层建筑中的结构设计问题探讨

1、高层建筑中的结构设计问题探讨摘要:随着社会的发展，高层建筑在建筑中所占的比例逐年增加，相应，高层建筑中的结构设计问题也不断地出现，本文探讨了高层建筑中的结构设计问题，首先了解了高层建筑结构设计原则，又高层建筑结构设计的主要特点进行了简单介绍，最后阐述了高层建筑中的结构设计常出现的问题及控制措施。 关键词：高层建筑；结构设计；问题；控制 中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号： 一、高层建筑结构设计原则 1.高层建筑在承受竖向荷载的同时还要承受风荷载或地震作用，随着高度的增加，侧力产生的内力和位移会大幅度的增加，因此侧力在高层结构设计中往往起着控制作用。 2.高层结构除应有足够的承载能力

2、之外，还要求结构具有足够的刚度，以便控制结构的总体侧向变形和层间侧向变形。结构体系要求受力明确，传力合理，力的传递路线不应间断，从上部结构到基础，力的传递途经越短，越具有经济性和合理性。 3.高层结构设计的准则是：建筑物遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危机生命的严重破坏。这就是抗震设防三个水准的要求。 4.采用二阶段设计实现三个水准的设防要求，并依据建筑物所在地区的设防烈度、建筑物的重要程度、不同的

3、结构体系、建筑物的高度、抗震等级要求进行设计，结构设计就会更经济合理。 总之，高层结构抗震设计至关重要的就是使结构承载力、刚度、能量耗散和延性等多种性能得到最佳组合。 二、高层建筑结构设计的主要特点 由于高层建筑结构建筑面积大，高度较高还具有地下室等特点，导致其结构设计时必须考虑水平荷载、轴向和侧向变形以及结构延性等问题。 1.水平荷载为主导性因素 一般来说在水平荷载作用下，结构产生的倾覆力矩和轴力，都是与建筑结构高度的两次方成正比。因此对于高层建筑结构来说，当受到水平荷载，如风荷载和地震作用时，其倾覆力矩和轴力等数值会发生较大幅度的变化，继而导致结构的失效破坏。 2.轴向与侧向变形大 由于高

4、层建筑的自重和楼面使用荷载较大，因此高层建筑的柱子要承受很大的竖向荷载，在柱中产生较大的轴向变形，继而影响结构体系中连续梁弯矩值、构件剪力和侧移、预制构件的下料长度等值的大小，比如连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大。高层建筑的高度较大，在较小的水平荷载作用下结构都会产生较大的侧向变形，因此高层建筑的侧向变形也不容忽视。 3.高层建筑结构的延性要求 由于高层建筑结构相对于较低的建筑结构具有较大的轴向和侧向变形，因此为了避免结构在较小的荷载作用下就发生破坏，在进行结构设计时要考虑到高层建筑结构的延性要求，使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免结构整体发生

5、倒塌。 三、高层建筑结构设计常见问题 建筑的设计过程，就是工程设计师充分发挥主观能动性的过程。由于每个设计师的知识储备和个人经验的差异，设计出的建筑空间尺度、结构体系都是不一样的。结构体系、结构材料等的不同，致使建筑的承载力、抗震性能和刚度的功能上也存在差异。如今，对于高层建筑的结构设计，设计师们仍存在着部分问题： 1.结构选型问题 高层建筑中的结构型问题一般包括它的规则性、嵌固端设置和超高性问题等等。首先规则性问题，必须严格按照规定，不能采用严重不规则设计方案；其次是嵌固端设置问题，设计师有时候会忽视嵌固端与结构抗震缝设置、上下层刚度比限制以及结构整体计算之间的一致性而产生安全隐患。第三是超

6、高问题，高层增加而使原本的设计产生质变，如荷载的取值、延性的要求以及材料性能等等，所以需要设计师在设计过程中严格控制各因素，以避免不安全的后果产生。 2.分析与计算问题 建筑结构的整体计算有其软件的选择：例如ETABS、TASA、SAP等等，选择不同的计算软件，对于计算出来的结果都会有所差异。因此，设计者在设计前就应选择好适合的软件，避免因为计算的差异而产生不必要的安全隐患。振型数目在设计中也不可忽视，振型参数有其限值，与楼层的层数有关联，所以在设计时必须对该参数结果进行严格判断，调整振型数目取值。此外，非结构构件的计算与设计也应该纳入设计考虑的范畴。结构分开计算还是整体计算是工程师在进行高层

7、建筑计算分析时必须考虑的问题这关系到振型参与系数、地震力的计算等等，有些建筑为了满足外观的美感而采用了不合理的非结构构件，并没经过计算处理而进行设计，最终导致整个建筑的失败。 结构选型与结构设计分析与计算问题是高层建筑中常见的两大问题，此外，高层建筑往往还在连梁超筋与轴压比的问题上出现纰漏，建筑无小事，设计的每一步，都需要建筑者的高度投入。 四、对高层建筑结构设计问题的控制 高层建筑的结构设计是建筑设计师在设计工作中的难点，针对本文提及的结构型与算问题的分析，以下细化讨论对如今结构设计问题的控制方法： 1.结构不规则问题 建筑结构设计的不规则性需要注意以下问题：第一，刚性楼板的假定规定了结构构

8、件最大位移比；第二，周期比和位移比超规时，说明结构扭转效应大，而抗扭刚度小，这是与抗侧刚度相对应的。建筑结构的抗侧刚度大了，对楼层的中部结构应做减法，减短剪力墙，减小连梁的高度。第三，建筑的设计由于功能的不同，常见到像多功能商住一体楼层设计一般，前几层为大空间，上面的部分用于办公或者住宿，设计复杂，隔墙也较多，上下之间刚度差别大，因而应设计为下部为薄弱层，进行内力的放大调整处理。 2.基础埋深相关问题 对高层建筑的设计而言，基础埋深的确定较为容易，但如今的高层设计常以地下车库为起始，基础埋深从地坪开始算起，此时的地下室与车库的顶板就必须按嵌固层的要求设计。首先需要提高地基承载力。当高层建筑在设

9、计时采用天然的地基时，地基的承载力就要进行修止。基础埋深的深度增加后，地基的承载力随着埋深增加而增大，从而才能满足高层建筑要求。其次，高层建筑结构设计实施上，地下室的外墙需要选择钢筋硷墙，同时外墙地下室周边土也要提供较大的约束和侧向刚度。 3.抗弯结构体系问题 建筑中，设计师很有必要考虑建筑的抗弯结构体系。适度增加建筑的抗弯结构体系的宽度，旨在调整设计结构的抗侧刚度。增加抗弯结构宽度可以很好的减小建筑的抗倾覆力。从建筑学基本知识构架可知，同样抗倾覆力且同设计结构宽度的关系着不同的形状，可获得完全不同的几何特征。当然，设计师必须充分考虑“剪力滞后”造成的不利影响，结构体系中竖向构件的水平连接应具

10、有足够的刚性，才能真正达到设计师预期设想的效果。 4.框架结构梁柱问题 建筑无小事，每一个设计建筑细节都需要严格控制。框架结构梁柱常会出现偏心较大的情况，这会导致节点核心减小、梁端弯矩出现扭矩。所以应该对框架结构梁柱出现偏心较大的情况采取相应措施。设计师可采取加大梁宽的办法，也可以采取添设梁水平腋。梁水平腋可在支点上形成较强刚域，这样就会使梁塑性铰外移。 高层建筑结构设计上的控制，每一个构件都需要设计师与专业人士的严格勘量。像房屋高宽比、剪力墙的开洞问题、悬挑梁的梁高问题等等，都是设计师们在设计时应该精确把握的，旨在延长建筑寿命，保证建筑安全。 结束语 高层建筑的结构设计与其它的低层、多层建筑有所不同，结构设计的专业更具重要的地位。结构体系的建筑选择，关乎着建筑布置原则、楼层高度、施工技术要求以及投资造价等等。高层结构的设计对整个建筑构造起着至关重要的作用。设计中存在的诸多问题，都需要诸多设计师与建筑工作人员的积极参与解决。建筑结构设计是一个长期、复杂的过程，如今城市人口的迅猛增长，建筑用地的