高层建筑结构设计

高层建筑结构设计摘要：高层建筑已经逐渐地成为了一座城市的标志，其设计建造质量的好坏显示着我国城市化的发展水平，保证高层建筑结构设计的合理性，提高整体结构的稳定，对于我国城市化发展有着十分重要的作用，通过研究相关问题，并针对性地采取有关措施，具有十分重要的现实意义。前言高层建筑的结构设计工作是一项涉及诸多因素和问题的综合性技术工作，高层建筑对结构设计的要求非常高，建筑设计师一定要在准确分析计算的前提下，根据结构设计的原则性要求，结合实际的工程条件和地质条件，设计和采用合理的结构设计方案。1高层建筑结构选型要点分析1.1结构规则性新旧规范在建筑物结构规则方面的内容出现了很大变动，在这方面新规范增加了很多的限制条件。如：嵌固端上下层刚度比以及平面规则性信息等，这些都是新的限制条件。而且，新规范也明确表明了强制性的规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案”。所以，针对这些新规范，结构设计师必须严格遵循并加以注意，以免在后期的设计方面处于被动状态。1.2结构超高对于结构高度而言，在高规与抗震规范中有了很严格的限制，特别是在新规范中，对于超高问题除了对于原来的高度增设为A级高度外，还增设了B级的高度建筑。所以，必须严格控制结构的高度因素，如果确定了结构为B级高度建筑物，甚至超过了B级的高度，其处理措施和设计方法就会有很大的变化。对于结构类型的变更，在实际工程设计中曾经出现过对该问题忽略的情况，致使施工图在审查阶段就未予通过，在这种情况下，应该对其进行重新设计或者进行专家讨论、评定。但是这些对于整个工程的规划、造价和工期而言具有很大的负面影响。1.3嵌固端设置嵌固端对于高层建筑而言，其一般设置于地下室的顶板处，因为高层建筑通常下会带有人防和地下室，那么嵌固端也有可能被设置于人防的顶板位置。而对于这个问题，结构设计师往往会忽略嵌固端的很多问题，如：上下层刚度比的限制、楼板的设计、上下层抗震等级一致性以及嵌固端位置与结构抗震缝设置的协调问题等，如果对其中一个方面造成忽视，那么就有可能为后期工程作业埋下很大的安全隐患。2高层建筑结构设计相关问题分析2.1高层建筑的基础设计相关问题高层建筑的基础比较深，基础设计要考虑多种因素。高层建筑的基础设计必须参考详细的地质勘探报告，然后结合地区的地质条件进行基础的合理设计。同时，采用哪种高层建筑的结构类型也影响着基础的设计工作，不同的建筑类型的荷载不同，高层建筑的基础设计必须与结构类型和荷载分布相一致。综合考虑各种因素来确定基础的设计工作的目的是使地基的稳定性能和承载能力发挥到最大。建筑结构的设计方案一般要满足两方面的要求：一是受力特性和建筑的力学性质的合理性，对于整个高层建筑的结构体系的受力和荷载要明确，力的分析与计算必须简单。二是要满足经济成本合理性的基本要求，建筑结构的设计方案直接决定了后续的施工方案的选取工作和施工设计，这个过程必须考虑整体建筑施工成本合理的要求。另外，高层建筑的结构设计方案也必须考虑当地的地质条件、地理地形条件、工程施工的要求、施工方案和建筑设备安装等具体的因素，在各种因素相互协调的情况下，确定结构设计的最优方案。2.2高层建筑结构设计中的剪力墙设置问题高层建筑中的剪力墙的数量要求和位置的设置问题也是高层建筑结构设计的重要因素之一。第一，在现行的建筑规范中，具体描述了短肢剪力墙的定义问题，短肢剪力墙是指截面的高度和厚度的比在5～8的墙体，即截面厚度不大于300mm，各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。在具体的建筑应用中，短肢剪力墙的使用受到诸多限制，结构设计中应尽量少使用这种墙体结构，避免后续的设计上的诸多问题。第二，剪力墙的位置设置除了在建筑的两端以外，在建筑的纵向中轴线还应该增加剪力墙结构，并调整剪力墙中心的位置，合理设置厚度以及截面，使建筑的结果位移保持在合理的范围之内。2.3高层建筑结构设计中的扭转问题建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。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。为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。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，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，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。2.4轴压比与短柱问题在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。另外，许多高层建筑底部几层柱的长细比虽然小于4，但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2的柱才是短柱。有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值，柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。3高层建筑抗震、抗风、防火问题的分析3.1高层建筑抗震问题在高层建筑结构设计中的地位是不可小觑的。高层建筑本身的高度，使得其建筑要求较高，要优化设计建筑结构的构件位置，使得结构压力均匀分给每个构件，不会出现承压不均而导致地震时的严重破坏。对于非结构构件也要考虑其材料的安全性能。高层建筑的地震结构设计，最重要的是对地基的选择与设计，地基是建筑的根本，一旦发生破坏，上部结构将无所依靠。因此在进行结构设计时，必须重视地基的设计，优化其抗震能力，设计出既节省材料又安全可靠的地基。以确保建筑物有足够的强度和刚度抵抗地震的危害。在确保地基的强度后，还要考虑剪应力的问题，采取强柱弱梁、加强梁柱节点抗震构造措施、设置抗震墙等措施来抵抗水平剪力。建筑物在此基础上还要考虑对称性和稳定性，尽量减少地震灾难的影响。3.2抗风问题优化抗风结构，抗风结构设计要综合考虑多种因素，确保建筑物的抗风能力。抗风结构中对其结构进行基础的设计时要保证在风荷载作用下的稳定性。确保地基稳固的重要性不仅在抗震中有所体现，对抗风载也起到重要作用。减振体系在高层建筑中的应用受到广泛欢迎，减震系统可以减少风荷载对建筑物的影响，减振系统的选材将起到巨大作用，因为有些阻尼材料的应用将大大提高高层建筑的抗风能力。要严格按照规范设计抗风结构，采取措施减小风力在建筑物上的叠加和增强，优化结构设计，以减小普遍且危害颇多的风压破坏，为建筑物的安全性能提供安全保证。3.3消防设计问题高层建筑的外部尺度的规划是十分重要的。一般来说，高层建筑消防相关的供水系统主要由消防水池和自动喷水装置构成。消防水池主要是用于存储一定量的水源以供火灾放生的紧急使用，具体的设置位置和设置数量应该依据实际的情况和相关规定执行。而在实际中，常常会发现水池设置位置不当或水池点设置过多或过少等问题，这些都会造成实际的安全隐患，或者对于水资源的浪费。因此，消防水池的布局与数量，必须依据实际的建筑情况，进行合理规划。而自动喷水装置只要是指各楼层设置的灭火器及烟雾探测喷水器。这样的消防系统应该加大设置力度，力求做到每一层都有足够的数量。同时，还需要格外注意在地下室，楼梯拐角等容易忽略的死角位置设置足够的探测喷水器以避免意外的发生。4结语高层建筑已经逐渐地成为了一座城市的标志，其设计建造质量的好坏显示着我国城市化的发展水平，保证高层建筑结构设计的合