時(shí)間：2023-09-21 16:34:50
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；原則；體系；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和建筑功能的多樣化,城市人口的不斷增多及建設(shè)用地日趨緊張和城市規(guī)劃的需要,促使高層住宅建筑得以快速發(fā)展。文章結(jié)合筆者多年的設(shè)計(jì)實(shí)踐和體會,就高層住宅建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題加以探討。
一、高層建筑結(jié)構(gòu)的特征
高層建筑結(jié)構(gòu)不但承受著由于外界的風(fēng)產(chǎn)生的水平方向的荷載，同時(shí)也承受著在垂直方向的荷載，并且對于地震的抵抗能力也有要求。一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)受到低層建筑結(jié)構(gòu)水平方向上的影響比較弱，然而在高層建筑中，外界地震的影響和外界風(fēng)產(chǎn)生的水平方向的荷載的影響是主要的影響因素。隨著建筑物高度的增加，高層建筑的位移增加較快，但是高層建筑過大的側(cè)移不但影響人的舒適度，同時(shí)使得建筑物的使用受到影響，并且容易損壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件?；诖耍谠O(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，首先控制側(cè)移在規(guī)定的范圍之內(nèi)，所以，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心是抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
2.1選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖在計(jì)算簡圖基礎(chǔ)上進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算，如果選擇不合理的計(jì)算簡圖，那么就比較容易造成由于結(jié)構(gòu)安發(fā)生的事故，基于此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全保證的前提是合理的計(jì)算簡圖的選擇。同時(shí)，計(jì)算簡圖應(yīng)該采用相應(yīng)的構(gòu)造方法保證安全。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)中，其結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)不單是鋼節(jié)點(diǎn)或者餃節(jié)點(diǎn)，保證和計(jì)算簡圖的誤差在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。
2.2選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)按照高層建筑地質(zhì)條件進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的選擇。綜合分析高層建筑上部的結(jié)構(gòu)類型與荷載分布情況，考慮施工條件，相鄰的建筑物的影響等各個(gè)因素，在此基礎(chǔ)上選擇科學(xué)合理的基礎(chǔ)方案?；A(chǔ)方案的選擇應(yīng)該使得地基的潛力得到最大程度的發(fā)揮，必要的時(shí)候要求進(jìn)行地基變形的檢驗(yàn)。高層建筑設(shè)計(jì)要有詳細(xì)的地質(zhì)勘查報(bào)告，如果缺失，那么應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場勘查并參考相鄰建筑物的有關(guān)資料。一般情況下，相同結(jié)構(gòu)單元應(yīng)該采用相同的類型。
2.3選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)方案合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案必須滿足經(jīng)濟(jì)性的要求，并且要滿足結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系的要求。結(jié)構(gòu)體系的要求是受力明確，傳力簡單。在相同的結(jié)構(gòu)單元當(dāng)中，應(yīng)該選擇相同結(jié)構(gòu)體系，如果高層建筑處于地震區(qū)，那么應(yīng)力需要平面和豎向的規(guī)則。在進(jìn)行了地理?xiàng)l件，工程設(shè)計(jì)需求，施工條件，材料等的綜合分析的基礎(chǔ)上，并和建筑包括水，暖，電等各個(gè)專業(yè)的相協(xié)調(diào)的情況下，選擇合理的結(jié)構(gòu)，從而確定結(jié)構(gòu)的方案。
2.4對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行；隹確的分析隨著科技的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中。當(dāng)前市場上存在著形形的計(jì)算軟件，采用不同的軟件得到的結(jié)果可能不同，所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下，選擇合適的軟件進(jìn)行計(jì)算。由于建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和計(jì)算機(jī)程序并不一定完全相符，所以進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的時(shí)候，出現(xiàn)人工輸入誤差或者因?yàn)檐浖旧泶嬖谥毕菔沟糜?jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，基于此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師在得到了通過計(jì)算機(jī)軟件得到的結(jié)果以后，應(yīng)該進(jìn)行校核，進(jìn)行合理判斷，得出準(zhǔn)確結(jié)果。
2.5高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要采用相應(yīng)構(gòu)造措施高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則是強(qiáng)剪切力弱彎變，強(qiáng)壓力弱拉力，強(qiáng)柱弱梁。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中把握上述原則，加強(qiáng)薄弱部位，對鋼筋的執(zhí)行段錨固長度給予重視，并且要重點(diǎn)考慮構(gòu)件延性的性能和溫度應(yīng)力對構(gòu)件的影響。
三、高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選型
根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的材料將高層建筑的結(jié)構(gòu)體系分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)體系，鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)體系以及鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)體系。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系被廣泛的應(yīng)用在各類的工程結(jié)構(gòu)中，具有混凝土和鋼筋兩種材料的協(xié)同受力性能特征，造價(jià)低廉，耐久耐火，成本低，整體性能優(yōu)良，但存在著自重大，延性差，施工慢等缺點(diǎn)；鋼結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)度高，抗震性能比較好，施工方便，跨度大，用途多，但是存在著費(fèi)用高，防火性能差，施工復(fù)雜等不足，鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋混凝土構(gòu)件和鋼構(gòu)件的長處，不但增加了鋼構(gòu)件的材料強(qiáng)度，同時(shí)具有較高的抗震性能，成本低廉，然而這兩種材料構(gòu)件的連接技術(shù)還存在著不足；鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)具有承載能力高，抗震性能強(qiáng)，比鋼結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)良的耐火性，施工速度快，但是存在著節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造比較復(fù)雜的缺點(diǎn)，一般被用于小屁偏心受壓構(gòu)件。
根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可以將高層建筑結(jié)構(gòu)分為框架結(jié)構(gòu)體系，剪力墻結(jié)構(gòu)體系，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系。利用柱，梁等結(jié)構(gòu)體系作為高層建筑豎向承重的結(jié)構(gòu)，并且承受水平荷載，這種結(jié)構(gòu)側(cè)向位移大，框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力大，適于50m高度以下的建筑 通過高層建筑的墻體當(dāng)做抵抗側(cè)力和豎向承重的結(jié)構(gòu)體系，就是剪力墻結(jié)構(gòu)體系。這種剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度大，整體性能好，不易受水平力作用發(fā)生變形，適應(yīng)于高層建筑，但是由于剪力墻的間距小，使得平面的布置不靈活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墻組合的而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)形式就是框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)形式不但具有實(shí)用性強(qiáng)，布局靈活的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)承受水平負(fù)載的能力更高，在高層建筑中被廣泛使用。在框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，需要注意考慮剪力墻的位置，設(shè)計(jì)合理的剪力墻的數(shù)量，以及滿足框架的設(shè)計(jì)要求。
四、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析及對策
4.1高層建筑結(jié)構(gòu)存在著超高的問題基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑規(guī)范對高層建筑的結(jié)構(gòu)的高度有嚴(yán)格的規(guī)定，針對高層建筑的超高問題，在新規(guī)范中不但把原來限制的高度規(guī)定為A級高度，并且增加了B級高度，使得高層建筑結(jié)構(gòu)處理設(shè)計(jì)方法和措施都有了改進(jìn)。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，對于建筑結(jié)構(gòu)類型的改變對高層超高問題的忽略，在施工審圖時(shí)將不予通過，應(yīng)該重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或者進(jìn)行專家會議的論證等。在這種情況下，整個(gè)建筑工程的造價(jià)和工期都會受到極大的影響。
4.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)短肢剪力墻設(shè)置我國建筑新規(guī)范中，短肢剪力墻是指墻肢的截面的高度和厚度比在5～8的墻，按照實(shí)際經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中增加了對短肢剪力墻的使用限制。所以，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。
4.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)嵌固端的設(shè)置一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設(shè)置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮嵌固端設(shè)置會可能帶來的問題?？紤]嵌固端的樓板的設(shè)計(jì)；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計(jì)算時(shí)充分考慮嵌固端的設(shè)置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結(jié)構(gòu)抗震縫隙設(shè)置的協(xié)調(diào)。
4.4高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性在關(guān)于高層建筑的新規(guī)范中，對于高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性做出了很多限制，比如規(guī)定了結(jié)構(gòu)嵌固端上層和下層的剛度比，平面規(guī)則性等等，并且硬性規(guī)定了“高層建筑不能采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案?！币虼?，為了避免后期施工設(shè)計(jì)階段的改動，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵循規(guī)范的限制條件。
關(guān)鍵詞：芻議；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
中圖分類號：TU984 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)工作，也是建筑過程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，任何在這過程中的遺漏或錯(cuò)誤都有可能使整個(gè)設(shè)計(jì)過程變得更加復(fù)雜或使設(shè)計(jì)結(jié)果存在不安全因素。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者對這兩個(gè)指標(biāo)切不可掉以輕心, 更不可認(rèn)為是無關(guān)緊要的。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
1.1水平荷載成為決定因素
樓房的自重和樓面的使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比。
1.2 軸向變形不容忽視
高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大。
1.3側(cè)移成為控制指標(biāo)
與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
1.4 結(jié)構(gòu)延性是重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)
相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
2.1 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖
在計(jì)算簡圖基礎(chǔ)上進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算，如果選擇不合理的計(jì)算簡圖，那么就比較容易造成由于結(jié)構(gòu)安發(fā)生的事故，基于此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全保證的前提是合理的計(jì)算簡圖的選擇。同時(shí)，計(jì)算簡圖應(yīng)該采用相應(yīng)的構(gòu)造方法保證安全。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)中，其結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)不單是鋼節(jié)點(diǎn)或者餃節(jié)點(diǎn)，保證和計(jì)算簡圖的誤差在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。
2.2 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選擇的時(shí)候，需要按照高層建筑的地質(zhì)條件進(jìn)行。并且，對高層建筑上部的結(jié)構(gòu)類型與荷載分布進(jìn)行綜合分析，同時(shí)對施工條件以及相鄰建筑物的影響進(jìn)行全面的考慮，在綜合分析和考慮的基礎(chǔ)上選擇科學(xué)合理的基礎(chǔ)方案。需要注意的是，基礎(chǔ)方案的選擇需要使地基的潛力能夠得到最大的發(fā)揮，如如果必要的話，可以對地基變形進(jìn)行檢測。
2.3 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)方案
合理的結(jié)構(gòu)方案必須滿足高層建筑設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系的要求，并盡量經(jīng)濟(jì)合理，以最少的花費(fèi)獲得最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。受力在明確、傳力簡單是結(jié)構(gòu)體系的基本要求，在相同的結(jié)構(gòu)單元中，應(yīng)該選擇相同的結(jié)構(gòu)體系。選擇合理的結(jié)構(gòu)方案的時(shí)候，需要分析地理?xiàng)l件、工程設(shè)計(jì)需求、施工條件、施工材料等等，在對這些指標(biāo)進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選擇，以確定最佳的結(jié)構(gòu)方案。
2.4 對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的分析
隨著科技的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中。當(dāng)前市場上存在著形形的計(jì)算軟件，采用不同的軟件得到的結(jié)果可能不同，所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下，選擇合適的軟件進(jìn)行計(jì)算。由于建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和計(jì)算機(jī)程序并不一定完全相符，所以進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的時(shí)候，出現(xiàn)人工輸入誤差或者因?yàn)檐浖旧泶嬖谥毕菔沟糜?jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，基于此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師在得到了通過計(jì)算機(jī)軟件得到的結(jié)果以后，應(yīng)該進(jìn)行校核，進(jìn)行合理判斷，得出準(zhǔn)確結(jié)果。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題及相應(yīng)的措施
3.1超高問題
基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑規(guī)范對高層建筑的結(jié)構(gòu)的高度有嚴(yán)格的規(guī)定，針對高層建筑的超高問題，在新規(guī)范中不但把原來限制的高度規(guī)定為A級高度，并且增加了B級高度，使得高層建筑結(jié)構(gòu)處理設(shè)計(jì)方法和措施都有了改進(jìn)。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，對于建筑結(jié)構(gòu)類型的改變對高層超高問題的忽略，在施工審圖時(shí)將不予通過，應(yīng)該重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或者進(jìn)行專家會議的論證等。在這種情況下，整個(gè)建筑工程的造價(jià)和工期都會受到極大的影響。
3.2高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題
在高層建筑的新的建筑規(guī)范中，對高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題作了很多的限制，例如：對結(jié)構(gòu)嵌固端上層和下層的剛度比進(jìn)行了規(guī)定，對平面規(guī)則性進(jìn)行了規(guī)定，等等。此外，在新規(guī)范中，還明確規(guī)定了高層建筑不能采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。所以，為了使工程建設(shè)按照設(shè)計(jì)依次進(jìn)行下去，避免在施工后期對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改動，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須嚴(yán)格按照規(guī)范的限制條件進(jìn)行。
3.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)嵌固端的設(shè)置
一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設(shè)置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮嵌固端設(shè)置會可能帶來的問題?？紤]嵌固端的樓板的設(shè)計(jì)；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計(jì)算時(shí)充分考慮嵌固端的設(shè)置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結(jié)構(gòu)抗震縫隙設(shè)置的協(xié)調(diào)。
3.4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則 L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí)，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
3.5 軸壓比與短柱問題
在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中，往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋。即使采用高強(qiáng)混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態(tài)，防止受拉鋼筋未達(dá)屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小，則結(jié)構(gòu)的延性就差，當(dāng)遭遇地震時(shí)， 耗散和吸收地震能量少，結(jié)構(gòu)容易被破壞。但是在結(jié)構(gòu)中若能保證強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)， 且梁具有良好延性，則柱子進(jìn)入屈服的可能性就大大減少，此時(shí)可放松軸壓比限值。另外，許多高層建筑底幾層柱的長細(xì)比雖然小于4，但并不一定是短柱。因?yàn)榇_定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2 的柱才是短柱。
有專家學(xué)者提出現(xiàn)行抗震規(guī)范應(yīng)采用較高軸壓比。但是即使能調(diào)整軸壓比限值， 柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。
4 結(jié)束語
隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)不斷的發(fā)生變化，高層建筑結(jié)構(gòu)形式越來越多，研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著非常重要的意義。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)
中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16723198（2014）03018901
信息越來越發(fā)達(dá)、人們生活節(jié)奏也越來越快，而變化的不僅僅是人們的生活方式，社會所有領(lǐng)域都發(fā)生著深刻的變化。我國正在進(jìn)行城鎮(zhèn)化進(jìn)程，漫步于城市之中，你往往會看到好多工地，而且這些現(xiàn)象在一線城市和正在興起的城市更為明顯。有一個(gè)現(xiàn)象或許我們已經(jīng)感覺到了，就是我們在一線城市核心區(qū)買新建住宅的時(shí)候，往往很難找到幾層樓高的房產(chǎn)了。究其原因，或許是和現(xiàn)在土地寸土寸金、開發(fā)商拿地成本很高有關(guān)。高層建筑大量的出現(xiàn)在建設(shè)規(guī)劃中，稍微有點(diǎn)專業(yè)知識的人都清楚，高層建筑考慮的問題很多，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該成為需要首要考慮的問題之一，因?yàn)楦邔咏ㄖ母叨仍陲@現(xiàn)了其較普通建筑更為強(qiáng)大的使用功能外，也對其結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。下面，結(jié)合筆者工作實(shí)際，談?wù)剰母邔咏ㄖ慕Y(jié)構(gòu)特性的角度應(yīng)該考慮的一些東西。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
1.1 設(shè)計(jì)富有技術(shù)性和專業(yè)性
我們都知道：高層建筑和多層建筑來說，在功能上和設(shè)計(jì)上會有很大的不同，這是因?yàn)閷τ诟邔咏ㄖ裕鼈兊慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到它的各種使用功能的實(shí)現(xiàn)情況，還關(guān)系著高層建筑作為一項(xiàng)土建工程所產(chǎn)生的造價(jià)和工期問題。
1.2 水平荷載成為決定因素
水平力在所有建筑結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計(jì)中都是最重要的因素，對于高層建筑來說更是如此，因?yàn)槠胀ńㄖ?，受其建筑高度限制，水平力對于建筑的結(jié)構(gòu)影響較小，但是隨著建筑高度的增加，水平力在建筑結(jié)構(gòu)中起到的作用也隨之增大。從專業(yè)角度講，一方面，建筑的自重和露面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，它與建筑高度的一次方成正比；從另一個(gè)角度來看，而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，樓房的高度從豎向荷載來說一般情況是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。
1.3 承載力設(shè)計(jì)需要基礎(chǔ)
在高層建筑結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計(jì)上，必須要保證它的承載力基礎(chǔ)，特別是要注重剛度的加強(qiáng)，以抵抗側(cè)向力。結(jié)構(gòu)側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，這是余較低樓房不同的地方。建筑物層數(shù)的增加，使得每多一層其側(cè)向力都會發(fā)生很大的變化，所以建筑物特別是高層建筑物需要控制水平荷載因素。
1.4 其他關(guān)鍵因素更需關(guān)注
第一是高層建筑的抗風(fēng)因素，需要要認(rèn)真的計(jì)算出風(fēng)荷載作用下的位移值，以有針對性的采用調(diào)整結(jié)構(gòu)和裝飾構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)高層建筑的抗風(fēng)。第二是高層建筑的抗震要求，應(yīng)該在建筑前認(rèn)真的選擇地基位置，并詳細(xì)的勘測該區(qū)域的地質(zhì)情況。第三個(gè)是高層建筑的地基情況，要保證其承載力和剛度滿足建筑上部結(jié)構(gòu)的要求。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要關(guān)注的問題
2.1 選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要首要考慮的問題，特別是幾個(gè)關(guān)鍵因素，比如：結(jié)構(gòu)類型、荷載分布情況、施工條件、地基潛力、相鄰建筑物影響等，都需要在設(shè)計(jì)上分別有針對性的加以考慮。同時(shí)，還應(yīng)考慮到相同的結(jié)構(gòu)單元當(dāng)中，應(yīng)該選擇相同結(jié)構(gòu)體系。在首要考慮問題的基礎(chǔ)上，還需要考慮地理?xiàng)l件、工程設(shè)計(jì)需求、施工條件、材料等因素綜合分析基礎(chǔ)上，加之包括水、暖、電等各個(gè)專業(yè)的相協(xié)調(diào)的情況下，選擇合理的結(jié)構(gòu)，從而確定結(jié)構(gòu)的方案。
2.2 充分考慮設(shè)計(jì)施工經(jīng)濟(jì)性
安全、適用、經(jīng)濟(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三要素。三個(gè)要素之間既有層次關(guān)系又相互平衡和制約。在滿足前兩個(gè)要素的前提下，就要考慮如何實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性問題。直接經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一般采用結(jié)構(gòu)造價(jià)百分比、單位面積結(jié)構(gòu)綜合造價(jià)或者單位面積材料用量（如鋼材、鋼筋和混凝土）。對于高層建筑而言，我們還需要考慮它的施工周期長、投資回收慢、豎向構(gòu)件面積大等特點(diǎn)，這些都需要用到間接指標(biāo)，比如：豎向構(gòu)件占樓層面積比、施工可建性、社會效應(yīng)、樓層凈高等。具體地講：首先，在超高層建筑中，風(fēng)荷載是主要水平控制荷載，因此，減小風(fēng)荷載是最有效的措施之一。其次，提高抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的效率是節(jié)約材料用量的有效途徑；不同材料的有機(jī)組合也可發(fā)揮材料各自的優(yōu)點(diǎn)，降低結(jié)構(gòu)綜合造價(jià)。最后，確定合理的設(shè)計(jì)性能指標(biāo)，既確保結(jié)構(gòu)安全，又能滿足經(jīng)濟(jì)要求。
高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算需要精細(xì)化，如果出現(xiàn)誤差那將會引起建筑物因結(jié)構(gòu)問題而發(fā)生的事故。所以，首先需要選擇合理的計(jì)算簡圖，特別是針對結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性，確保其計(jì)算誤差控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。另外，需要充分運(yùn)用各種計(jì)算機(jī)軟件，充分利用軟件進(jìn)行校對并進(jìn)行合理判斷，從而得出準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；初探
中圖分類號：TU755文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
在高層建筑的發(fā)展，充分顯示了科學(xué)技術(shù)的力量，使設(shè)計(jì)師從過去強(qiáng)調(diào)藝術(shù)效果轉(zhuǎn)向重視建筑特有功能與技術(shù)因素。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要明確自己的責(zé)任，從結(jié)構(gòu)方案的確定、結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)造要求等多方面考慮，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性等級、建筑使用功能或生產(chǎn)需要所確定的荷載、抗震要求、設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等，對結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件和整體進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證基本構(gòu)件的強(qiáng)度、變形、裂縫滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)體系的整體安全性、穩(wěn)定性、變形性能，保證在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，結(jié)構(gòu)保持一定的整體性，使人們的生命安全得以保證；保證合理用材，方便施工，同時(shí)盡可能降低建筑造價(jià)?？傊Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心是解決兩個(gè)問題：一是滿足建筑結(jié)構(gòu)功能要求；二是經(jīng)濟(jì)問題。
2 概念設(shè)計(jì)
概念設(shè)計(jì)是根據(jù)理論與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果及工程經(jīng)驗(yàn)等形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的總體布置，并正確確定細(xì)部構(gòu)造的過程，需要遵循相應(yīng)規(guī)范條文進(jìn)行合理的平面設(shè)計(jì)、豎向設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等。概念設(shè)計(jì)包括建筑概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。建筑概念設(shè)計(jì)是對滿足建筑使用功能、造型優(yōu)美、技術(shù)先進(jìn)的總建筑方案的確定；結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)旨在有意識地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，滿足結(jié)構(gòu)的功能要求和建筑功能的需要，以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)可能的設(shè)計(jì)原則，確定最優(yōu)的結(jié)構(gòu)體系，選擇適用的建筑材料和合理的關(guān)鍵部位構(gòu)造、結(jié)合適宜的施工及合理的效益達(dá)到房屋設(shè)計(jì)的統(tǒng)一。
3 高層建筑抗震概念設(shè)計(jì)若干原則
建筑抗震性能是概念設(shè)計(jì)的決定因素，概念設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一定的原則。
3.1 結(jié)構(gòu)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置宜規(guī)則、對稱，受力明確簡單、傳力合理不間斷，保證良好的整體性。
3.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性，構(gòu)件應(yīng)遵循“強(qiáng)柱、弱梁、更強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)剪、弱彎、強(qiáng)底層柱（墻）底”的原則。
3.3 結(jié)構(gòu)中應(yīng)盡可能設(shè)置多道抗震防線。結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)由多個(gè)延性較好的分體，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作，以便地震時(shí)結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，避免大震倒塌。
3.4 對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力，防止在局部上加強(qiáng)而忽視整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位的剛度、承載力協(xié)調(diào)?？紤]上部結(jié)構(gòu)嵌固于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或地下室結(jié)構(gòu)之上時(shí)，應(yīng)使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或地下室結(jié)構(gòu)保持彈性工作狀態(tài)，使塑性鉸出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)嵌固部位。
4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意問題
高層建筑設(shè)計(jì)從體系選擇、平面布置、豎向布置、抗震概念設(shè)計(jì)無一不體現(xiàn)設(shè)計(jì)師的水平，下面敘述幾個(gè)需注意的問題。
4.1 結(jié)構(gòu)體系選擇
結(jié)構(gòu)體系的選擇，應(yīng)從建筑、結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)條件、建材、經(jīng)濟(jì)等各專業(yè)綜合考慮。結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。規(guī)范在這方面有相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案?！币虼耍Y(jié)構(gòu)工程師在遵循規(guī)范規(guī)定上必須格外注意，避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動。結(jié)構(gòu)的超高問題。在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對結(jié)構(gòu)總高度都有嚴(yán)格限制，除將原來的限制高度設(shè)定為 A 級高度建筑外，還增加了 B 級高度建筑，因此，必須對結(jié)構(gòu)高度嚴(yán)格控制，一旦結(jié)構(gòu)為B 級高度建筑或超過了 B 級高度，其設(shè)計(jì)方法和處理措施將有較大的變化。
4.2“設(shè)縫”
溫度伸縮縫、沉降縫、防震縫是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較重要的構(gòu)造措施。對溫度伸縮縫，其影響因素很多，規(guī)范用規(guī)定結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距來控制，還規(guī)定了最大間距宜適當(dāng)減小和適當(dāng)放寬的情況，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程的具體情況執(zhí)行相關(guān)條文。如北京朝陽商業(yè)中心、廣東佛山醫(yī)院等工程地上結(jié)構(gòu)長度均超過 100 米，由于采取了可靠措施，也未設(shè)溫度伸縮縫而效果良好。沉降縫由于同一建筑物中各部分基礎(chǔ)顯著的沉降差產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)中，通常用“放”、“抗”、“調(diào)”等辦法解決，即設(shè)沉降縫、采用剛度大的基礎(chǔ)、調(diào)整各部分基礎(chǔ)形式或施工順序。目前，廣州、深圳等地多采用基巖端承樁，主樓、裙房間不設(shè)縫；北京的高層建筑則一般采用施工時(shí)留后澆帶的做法。設(shè)計(jì)師應(yīng)在實(shí)際中靈活掌握。防震縫在規(guī)范中有明確規(guī)定，但應(yīng)據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)放寬或縮小。
4.3 側(cè)向位移的限值
高層建筑結(jié)構(gòu)的水平位移隨著高度增長而迅速變大，為防止位移過大，規(guī)范對頂點(diǎn)位移和層間位移都作了限制?？刂祈旤c(diǎn)位移 u/h的主要目的是保證建筑內(nèi)人體有舒適感和防止房屋在罕遇地震時(shí)倒塌。但控制房屋在罕遇地震時(shí)倒塌與否的條件是結(jié)構(gòu)極限變形能力而不是 u/h 限值。另外，為使結(jié)構(gòu)具有較好的防倒塌能力，應(yīng)在結(jié)構(gòu)計(jì)算中考慮相關(guān)效應(yīng)?？刂茖娱g位移u/h 的主要目的是防止填充墻、裝飾物等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂和損壞。
4.4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L 形、T 形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí)，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
5 結(jié)語
從城市建設(shè)和管理的角度看，建筑物向高空延伸，可以縮小城市的平面規(guī)模，為人們提供更多的生活工作空間，縮短城市道路和各種公共管線長度，從而節(jié)省城市建設(shè)與管理的投資，高層建筑設(shè)計(jì)成為城市建筑的發(fā)展趨勢，隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，新的建筑形式層出不窮，給設(shè)計(jì)師提出了更高的要求。
高層設(shè)計(jì)中，建筑和結(jié)構(gòu)是關(guān)系最密切的專業(yè)。建筑師往往根據(jù)建筑的使用功能和美學(xué)要求處理建筑體型，包括平面和立面；而結(jié)構(gòu)師則根據(jù)受力的合理性進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系的選擇，結(jié)構(gòu)總體布置等對結(jié)構(gòu)的受力性能優(yōu)劣性起決定性作用。結(jié)構(gòu)的總體布置與結(jié)構(gòu)體型密切相關(guān)，簡單的體型易于得到規(guī)則和受力合理的結(jié)構(gòu)總體布置，可使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能；反之，過于復(fù)雜的建筑平面和立面體型，將增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困難，造成結(jié)構(gòu)布置的不規(guī)則性。因此優(yōu)秀的設(shè)計(jì)是建筑和結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合，需建筑師和結(jié)構(gòu)師密切合作。在方案設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)根據(jù)建筑物的高度、抗震設(shè)防烈度等具體條件合理選用結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。
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關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 程序
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的原則
1、選用適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖：結(jié)構(gòu)計(jì)算式在計(jì)算簡圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計(jì)算簡圖選用不當(dāng)則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計(jì)算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的鉸結(jié)點(diǎn)和剛結(jié)點(diǎn)，但與計(jì)算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。
2、選擇合適的基礎(chǔ)方案：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析，選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計(jì)時(shí)宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算?；A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報(bào)告，對一些缺少地質(zhì)報(bào)告的建筑應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。
3、合理選擇構(gòu)方案：一個(gè)合理的設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個(gè)切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則。總而言之，必須對工程的設(shè)計(jì)要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行多方案比較，擇優(yōu)選用。
4、正確分析計(jì)算結(jié)果：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。因此設(shè)計(jì)師應(yīng)對程序的適用范圍、條件等進(jìn)行全面了解。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)實(shí)際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。
5、采取相應(yīng)的構(gòu)造措施：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)始終要牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓若拉原則”，注意構(gòu)件的延性性能；加強(qiáng)薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度；考慮溫度應(yīng)力的影響力。
二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容
1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的程序
建筑物的設(shè)計(jì)包括建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)、暖氣通風(fēng)設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)等。每一部分的設(shè)計(jì)都應(yīng)圍繞設(shè)計(jì)的四個(gè)基本要求:即功能要求、美觀要求、經(jīng)濟(jì)要求和環(huán)保要求。
建筑結(jié)構(gòu)是一個(gè)建筑物發(fā)揮其使用功能的基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑物設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分,主要包括以下四個(gè)過程:方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析構(gòu)件設(shè)計(jì)繪施工圖。
2.建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求
為保證建筑結(jié)構(gòu)的可靠度達(dá)到設(shè)計(jì)要求,在設(shè)計(jì)中,必須遵循以下要求:(1)計(jì)算內(nèi)容:結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算和正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算,如直接承受動力荷載的構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算;(2)結(jié)構(gòu)上多種作用效應(yīng)同時(shí)發(fā)生時(shí),應(yīng)通過結(jié)構(gòu)分析分別求出每一種作用下的效應(yīng)后,考慮其可能的最不利組合;(3)抗震設(shè)計(jì):我國的抗震設(shè)防烈度為6至9度,建筑結(jié)構(gòu)根據(jù)所在地區(qū)的烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采用不同的抗震等級。對應(yīng)不同的抗震等級,有不同的計(jì)算和構(gòu)造要求。
三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題分析
1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí)，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的側(cè)移和振動周期
建筑結(jié)構(gòu)的振動周期問題包含兩方面：合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期；控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯(cuò)開場地的特征周期。
(1)結(jié)構(gòu)自振周期
高層建筑的自振周期(T 1)宜在下列范圍內(nèi)：
框架結(jié)構(gòu)：T1=(0.1―0.15)N
框一剪、框筒結(jié)構(gòu)：T1=(0.08-0.12)N
剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu)：TI=(0.04―0.10)N
N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。
結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：
第二周期：T2=(1／3―1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5―1／7)T1。
3、磚混結(jié)構(gòu)房屋中構(gòu)造柱兼作承重柱用
在磚混結(jié)構(gòu)中，構(gòu)造不但能夠提高墻體的坑剪能力，而且構(gòu)造柱與圄梁聯(lián)結(jié)在一起，形成對砌體的約束，這對于限制墻體裂縫的開展，維持豎向承載力，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重要的作用。
在當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，構(gòu)造柱經(jīng)常被作為承重柱使用，這種作法將引起以下幾個(gè)問題。
3.1 構(gòu)造柱作為承重柱使用后，使得構(gòu)造柱提前受力，這不但會降低構(gòu)造柱對徹底的拉結(jié)和約束作和，而且結(jié)構(gòu)一旦遭遇地震作用時(shí)，在構(gòu)造柱位置必然形成應(yīng)力集中，首先破壞。這樣構(gòu)造柱不但起不到其應(yīng)有的作用，反而成為房屋 結(jié)構(gòu)中的一個(gè)薄弱的部位。
3.2 構(gòu)造柱一般生根于地圈梁中，沒有另設(shè)基礎(chǔ)，構(gòu)造柱兼做承重柱使用后，柱底基礎(chǔ)的抗沖切、抗彎部及局部承壓強(qiáng)度必然不能滿足要求。柱底基礎(chǔ)一旦發(fā)生沖切或局部承壓被出現(xiàn)裂縫。本文建議承重大梁下的柱子應(yīng)按承重柱設(shè)計(jì)。若梁 上荷載和跨度都比較小時(shí)，構(gòu)造柱也可布置于梁下，但此時(shí)必須按不考慮構(gòu)造柱作用來驗(yàn)算下墻體的局部承壓和抗彎強(qiáng)度。經(jīng)驗(yàn)算滿足，方可在梁下布置構(gòu)造柱。
4、樓板設(shè)計(jì)常見問題
板是建筑工程中的主要承重構(gòu)件，是它將樓面，屋面的荷載傳給其周圍的墻或梁上，樓板的設(shè)計(jì)問題必將連帶梁、墻、柱等構(gòu)件安全。若對整個(gè)設(shè)計(jì)考慮不周，很容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量問題，有的還可能存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。樓板設(shè)計(jì)中常見如下幾個(gè)問題。
4.1 設(shè)計(jì)時(shí)為了計(jì)算方便或因?qū)Π宓氖芰顟B(tài)認(rèn)識不足，簡單地將雙向板作用單向板進(jìn)行計(jì)算。使計(jì)算假定與實(shí)際受力狀態(tài)不符，導(dǎo)致一個(gè)方向配筋過大，而另一方向僅按構(gòu)造配筋，造成配筋嚴(yán)重不足，致使板出現(xiàn)裂縫。
4.2 板承受線荷載時(shí)彎矩計(jì)算問題，在民用建筑中，常常在樓板上布置一些非承重隔墻故大樓板設(shè)計(jì)中常常將該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后，進(jìn)行板的配筋計(jì)算。但有些設(shè)計(jì)人員錯(cuò)誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。另外，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板，這樣會給上部的板增加了一個(gè)中間支承點(diǎn)，使其變?yōu)檫B續(xù)板，支承點(diǎn)上部出現(xiàn)了負(fù)彎矩，而在板的設(shè)計(jì)中又沒考慮該部分的影響，致使板頂出現(xiàn)裂縫。
4.3 雙向板有效高度取值偏大。雙向板在兩個(gè)方向均產(chǎn)生彎矩，由此雙向板跨中正彎矩鋼筋是縱橫疊放，短跨方向的跨中鋼筋應(yīng)放在下面，長跨方向的跨中鋼筋置于短跨鋼筋的上面，計(jì)算時(shí)應(yīng)用兩個(gè)方向的各自的有效高度。一般長向的有效高度比短向的有效高度小d（d為短向鋼筋的直徑）。有的設(shè)計(jì)得為圖省事或?qū)Π迨芰φJ(rèn)識不足，而取兩上方向的有效高度一致進(jìn)行配筋計(jì)算，致使長跨有效高度偏大，配筋降低，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在的質(zhì)量隱患，甚至出現(xiàn)開明縫的現(xiàn)象。
關(guān)鍵詞:高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；受力與變形；結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性； P-Δ效應(yīng)
1高層建筑結(jié)構(gòu)分析
高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件(框架、 剪力墻、 筒體等)通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是十分困難的。各種實(shí)用的分析方法都需要對計(jì)算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定。
小變形假定:小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性(P－Δ效應(yīng))進(jìn)行了一些研究。一般認(rèn)為,當(dāng)頂點(diǎn)水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時(shí),P－Δ效應(yīng)的影響就不能忽視。
彈性假定:目前工程上實(shí)用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計(jì)算方法。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下,結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段,這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況。 但當(dāng)收到遭受地震或強(qiáng)臺風(fēng)作用時(shí),高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移,出現(xiàn)裂縫。此時(shí)仍按彈性方法計(jì)算內(nèi)力和位移時(shí)不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀態(tài)的,應(yīng)按彈塑性動力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
剛性樓板假定:許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大,而平面外的剛度則忽略不計(jì)。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度,簡化了計(jì)算方法。 并為采用空間薄壁桿件計(jì)算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計(jì)算圖形有三種:一維協(xié)同分析。 按一維協(xié)同分析時(shí),只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個(gè)位移自由度方向上的變形協(xié)調(diào)。 在水平力作用下,將結(jié)構(gòu)體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件組成的平面結(jié)構(gòu)。 根據(jù)剛性樓板假定,同一樓面標(biāo)高處各榀抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)移相等,由此即可建立一維協(xié)同的基本方程。 在扭矩作用下,則根據(jù)同層樓板上各抗側(cè)力構(gòu)件轉(zhuǎn)角相等的條件建立基本方程。二維協(xié)同分析。 二維協(xié)同分析雖然仍將單榀抗側(cè)力構(gòu)件視為平面結(jié)構(gòu),但考慮了同層樓板上各榀抗側(cè)力構(gòu)件在樓面內(nèi)的變形協(xié)調(diào)。 縱橫兩方向的抗側(cè)力構(gòu)件共同工作,同時(shí)計(jì)算;扭矩與水平力同時(shí)計(jì)算。 在引入剛性樓板假定后,每層樓板有三個(gè)自由度u,v,θ(當(dāng)考慮樓板翹曲是有四個(gè)自由度),樓面內(nèi)各抗側(cè)力構(gòu)件的位移均由這三個(gè)自由度確定。三維空間分析, 三維空間分析的普通桿單元每一節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度, 按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點(diǎn)還應(yīng)考慮截面翹曲,有7個(gè)自由度。
2高層建筑結(jié)構(gòu)的受力與變形
2.1在高層建筑中,首先,在豎向荷載作用下,各樓層豎向荷載所產(chǎn)生的框架柱軸力為:邊柱N=wlH/2h,中柱N=wlH/h,即框架柱的軸力和建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)成正比;邊柱軸力比中柱小,基本上與其受荷面積成正比。 就是說,由各樓層豎向荷載所產(chǎn)生的累積效應(yīng)很大,建筑物層數(shù)越多,底層柱軸力越大;頂、底層柱軸力差異越大;中柱、邊柱軸力差異也越大。
其次,在水平荷載作用下,作為整體受力分析,如果將高層建筑結(jié)構(gòu)簡化為一根豎向懸臂梁,那么由其底部產(chǎn)生的傾復(fù)彎矩為:水平均布荷載Mmax=qH2/2,倒三角形水平荷載Mmax=Qh3/3,即結(jié)構(gòu)底部產(chǎn)生的傾復(fù)彎矩與樓層總高度的平方成正比。 就是說,建筑結(jié)構(gòu)的高度越大,由水平作用對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎矩就越大,較豎向荷載對結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的累積效應(yīng)增加越快,其產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力占總結(jié)構(gòu)內(nèi)力的比重越大,從而成為高層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要控制因素。
2.2在豎向荷載作用下,高層建筑結(jié)構(gòu)的變形主要是豎向構(gòu)件的壓縮變形。由于各豎向構(gòu)件的應(yīng)力大小不同,因而其壓縮變形大小也不同。 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,由于在施工過程中的找平,同時(shí)由于各豎向構(gòu)件的基底軸力大小不同,若不對基底應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整,也可能導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降。在水平荷載作用下,高層建筑結(jié)構(gòu)最大的頂點(diǎn)位移為:水平均布荷載max=qH4/8EI,倒三角形水平荷載max=11qH4/120EI,式中EI為結(jié)構(gòu),從以上可看出,結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移與其總高度的四次方成正比。水平荷載作用下所引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（一）軸向形變不容忽視
通常在低層建筑結(jié)構(gòu)分析中，只考慮彎矩項(xiàng)，因?yàn)檩S力項(xiàng)影響很小，而剪切項(xiàng)一般可不考慮。但對于高層建筑結(jié)構(gòu)，情況就不同了由于層數(shù)多，高度大，軸力值很大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會使高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力數(shù)值與分布產(chǎn)生顯著的改變軸向變形的影響在高層建筑結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)當(dāng)考慮，但是，結(jié)構(gòu)所受的豎向荷載并不是在結(jié)構(gòu)完成之后一次施加的 特別是，占豎向荷載絕大部分的結(jié)構(gòu)自重是在施工過程中逐層施加的，軸向壓縮變形已在施工過程中分階段完成，并在各樓層標(biāo)高處找平，實(shí)際上并不完全類似于以上分析的情況所以，在考慮軸向變形時(shí)，要考慮施工過程中分層施加豎向荷載這一因素，不能簡單的按一次加載考慮，否則會出現(xiàn)一些不合理的計(jì)算結(jié)果，如鄰近剪力墻和筒體的上層框架柱，在豎向荷載作用下出現(xiàn)拉力; 上層框架梁出現(xiàn)過大彎矩和剪力等 另外，隨著樓層的增加，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大
（二）側(cè)移成為控制指稱
與低層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移己成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素，隨著樓層的增加，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移與建筑高度H的四次方成正比。設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，能夠可靠地承受風(fēng)荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力; 還要求具有足夠的抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，保證良好的居住和工作條件，這是因?yàn)楦邩堑氖褂霉δ芎桶踩?，與結(jié)構(gòu)側(cè)移的大小密切相關(guān)：
1 使用人員的正常工作與生活 當(dāng)高樓在陣風(fēng)作用下發(fā)生振動的頻率f為一定值時(shí)，結(jié)構(gòu)振動加速度a與結(jié)構(gòu)側(cè)移幅值 A成正比： a=A（2π f ） 因而控制側(cè)移幅值的大小成為保證高樓良好的居住和工作條件的關(guān)鍵因素
2 過大的側(cè)向變形會使隔墻 圍護(hù)墻以及它們的高級飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞，此外，也會使電梯因軌道變形而不能正常運(yùn)行
3 高樓的重心位置較高，過大的側(cè)向變形將使結(jié)構(gòu)因P-Δ效應(yīng)而產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，甚至因側(cè)移與應(yīng)力的惡性循環(huán)導(dǎo)致建筑物倒塌
（三）結(jié)構(gòu)延性是高層建筑設(shè)計(jì)重要性質(zhì)
延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，在承載能力不降低或基本不降低的情況下，具有足夠塑性變形能力的一種性能，一般用延性比來表示 對于受彎構(gòu)件來說，隨著荷載增加，首先受拉區(qū)混
凝土出現(xiàn)裂縫，表現(xiàn)出非彈性變形 然后受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)高度減小，受壓區(qū)混凝土壓碎，構(gòu)件最終破壞 從受拉鋼筋屈服到壓區(qū)混凝土壓碎，是構(gòu)件的破壞過程 在這過程中，構(gòu)件的承載能力沒有多大變化，但其變形的大小卻決定了破壞的性質(zhì)是鋼筋砼受彎構(gòu)件的M －Δ（Φ ）曲線，Δy是屈服變形，Δu是極限變形 提高延性可以增加結(jié)構(gòu)抗震潛力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗倒塌能力 高層建筑相對低層結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更柔一些，如果遇到地震，震動作用下的建筑結(jié)構(gòu)變形更大一些 為了做好防震設(shè)計(jì)，避免倒塌，建筑在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，特別需要在構(gòu)造上采以適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，確保建筑設(shè)計(jì)具有很好的延性
4結(jié)語
我國的高層建筑在十余年里可謂突飛猛進(jìn)，其建設(shè)速度和建造數(shù)量在世界建筑史上都是少有的。而目前的工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)人員忙于應(yīng)付大量的具體工作，往往不夠重視結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性問題，造成不必要的浪費(fèi)。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好結(jié)構(gòu)分析,多做方案比較，從當(dāng)今經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢出發(fā)，建立一個(gè)宏觀的合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)
Abstract: at present, the high building more and more appear in all over town, as a sign of economic development level. In the structural design of high-rise building takes into account many factors, including the structure system type selection, economy, technology, specific design, consider all aspects.
Keywords: high building; Structure; design
中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
1高層建筑結(jié)構(gòu)體系的類型
1.1 框架-剪力墻體系
由于框架結(jié)構(gòu)體系強(qiáng)度和剛度的限制，不適合建造高度較高的建筑，但可以通過在建筑平面合適的位置設(shè)置大的剪力墻以代替一部分框架，形成框架-剪力墻體系，增強(qiáng)建筑的剛度和強(qiáng)度，這種結(jié)構(gòu)就是框架-剪力墻體系。在水平力承受方面，框架和剪力墻能夠通過剛度足夠高的連梁和樓板協(xié)同工作，形成混合結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)的框架體系負(fù)責(zé)主要承擔(dān)垂直載荷，而剪力墻主要負(fù)責(zé)承擔(dān)水平載荷，二者相互協(xié)同。由于框架-剪力墻體系具有彎剪型的位移曲線，這增大了這種結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，減小建筑物的水平位移，不僅減小了框架結(jié)構(gòu)承受的水平力，還使得內(nèi)力在豎向的分布更加均勻，因此這種結(jié)構(gòu)的建筑物高度要大于采用框架結(jié)構(gòu)的建筑物。
1. 2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系
所謂剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指建筑的受力主體全部由平面剪力墻構(gòu)件組成，在這種體系中，全部的豎直載荷和水平力由單片剪力墻來承受。剪力墻結(jié)構(gòu)體系是剛性結(jié)構(gòu)，位移曲線是彎曲型的，因此它的剛度和強(qiáng)度都非常高，并且具有延性，傳力直接切均勻，有較好的整體性，具有很強(qiáng)的抗倒塌能力，因此剪力墻結(jié)構(gòu)體系是一種比較好的結(jié)構(gòu)體系。
1.3 筒體結(jié)構(gòu)
筒體結(jié)構(gòu)是在全剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，將密柱框架和剪力墻集中在房屋和內(nèi)部，從而形成空間封閉式的筒體，這就是筒體結(jié)構(gòu)。由于筒體結(jié)構(gòu)是將若干片縱橫交接的框架或者剪刀強(qiáng)圍起來，形成類似童裝的封閉骨架，并且通過樓層面加強(qiáng)連接，不僅可以形成比較大的使用空間，還具有剛度好的優(yōu)點(diǎn)，能夠承受較大的水平載荷和豎向載荷，因此廣泛應(yīng)用在超高層建筑中。
2. 高層建筑結(jié)構(gòu)選型
2.1高層建筑結(jié)構(gòu)選型和施工的關(guān)系
不同的結(jié)構(gòu)體系建筑施工工藝會有所不同，這不僅影響建筑結(jié)構(gòu)的受力情況和抗震性能，還會影響材料的消耗、勞動力、造價(jià)及工期等方方面面。因此，在選擇高層建筑的結(jié)構(gòu)體系時(shí)要綜合權(quán)衡施工工藝及各備選結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇出最優(yōu)的方案。對于現(xiàn)澆鋼筋混凝土高層建筑來說，其結(jié)構(gòu)方面的造價(jià)主要有模板、施工和材料幾個(gè)部分。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，模板的費(fèi)用是造價(jià)中最主要的部分，占總造價(jià)的比例達(dá)到33-55%，因此，選擇合理的模板體系，會有效降低總體造價(jià)，還能對施工進(jìn)度和勞動力消耗帶來有利影響。
2.抗震體系選定的原則
抗震是高層建筑必須考慮的總要因素，在考慮抗震性時(shí)，可以結(jié)合以下因素：(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要有明確的計(jì)算簡圖以及合理的地震力傳遞路線；(2)建筑結(jié)構(gòu)要有良好的言行和足夠的承載力，要具有足夠的好能潛力，保證在遭遇地震時(shí)有充足的防御倒塌的能力；(3)要具有躲到抗震防練，當(dāng)部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件因損壞而失效時(shí)，不會影響整體的載荷能力和抗側(cè)力；(4)強(qiáng)度和剛度在豎向和水平方向的分布要均勻，并根據(jù)設(shè)計(jì)需要合理布局，防止局部突變或消弱情況引起薄弱環(huán)節(jié)的出現(xiàn)，有效防止地震時(shí)應(yīng)力的過大集中或塑形變形集中等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。
當(dāng)然，在選擇并確定高層建筑結(jié)構(gòu)方案時(shí)，還應(yīng)綜合考慮建筑安全的重要性、建筑高度、設(shè)防烈度、場地類別、地基條件、施工條件和材料供應(yīng)多方面的因素，結(jié)合相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性分析，以選擇最恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)體系。
3高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法
3.1高層建筑結(jié)構(gòu)分析中常用的基本假定
高層建筑結(jié)構(gòu)主要是由框架、剪力墻和筒體等豎向抗側(cè)力構(gòu)件通過水平樓板作為連接中介，并構(gòu)成大型空間的結(jié)構(gòu)體系。因?yàn)橥耆_的通過三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析存在著諸多困難，因此實(shí)踐中的各種分析方法都對計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行了一定程度的簡化，并做出一些基本的假定。
(1)彈性假定。這是在高層建筑工程實(shí)踐中運(yùn)用較多的假定方法，由于風(fēng)力或垂直載荷的作用，結(jié)構(gòu)常常處于彈性工作階段，因此通常情況下，這種假定比較符合實(shí)際情況。然而，如果遇到強(qiáng)臺風(fēng)作用或者遭遇罕見地震時(shí)，高層建筑未出現(xiàn)較大的位移，并可能出現(xiàn)裂縫，此時(shí)結(jié)構(gòu)就進(jìn)入彈塑性工作階段，如果仍然按照彈性假定來分析的話，在計(jì)算內(nèi)力和位移時(shí)就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，無法真實(shí)反映結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，需要改用彈塑性動力分析方法。
(2)小變形假定。這也是實(shí)踐中采用較多的一種基本假定方法。在這種假定下進(jìn)行分析設(shè)計(jì)時(shí)，有可能受到幾何非線性問題(P-效應(yīng))的影響，研究發(fā)現(xiàn)，如果建筑物頂點(diǎn)水平位移和建筑物高度H之間的比值/H>1/500時(shí)，就要注意P-效應(yīng)的影響。
(3)剛性樓板假定。許多高層建筑在結(jié)構(gòu)分析時(shí)通常都假定樓板在自身平面內(nèi)具有無限大的剛度，并忽略平面外的剛度，這樣不僅在很大程度上減少了結(jié)構(gòu)方面的自由度，使得計(jì)算更為簡便，也為空間薄壁杠桿理論的采用提供了便利。通常說來，這種假定在框架結(jié)構(gòu)體系和剪力墻結(jié)構(gòu)體系時(shí)非常適用的，但是對豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)來說，由于樓板剛度比較小，并且主要抗側(cè)力構(gòu)件存在層數(shù)偏少或間距過大的情況，這樣樓板就有較大的變形，在結(jié)構(gòu)頂部和底部的各層內(nèi)力和位移上的影響也尤為明顯，此時(shí)就需要對這些樓層的剪力作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以避免不利影響的發(fā)生。
(4)計(jì)算圖形的假定。由于二位協(xié)同分析方法忽略了抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，并且對公共節(jié)點(diǎn)在樓面以外的唯一協(xié)調(diào)(主要是豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào))也缺乏考慮，因此具有缺陷性，尤其是用在空間工作性能明顯的筒體結(jié)構(gòu)中。為了解決這一問題，高層建筑結(jié)構(gòu)主要使用三維空間分析作為整體分析的計(jì)算機(jī)圖形，因?yàn)槿S空間分析的普通桿單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有6個(gè)自由度，按符拉索夫薄壁桿理論進(jìn)行分析的桿端節(jié)點(diǎn)還需要考慮截面翹曲,具有7個(gè)自由度，這就使得分析更加準(zhǔn)確。
3. 2高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法
(1)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)在內(nèi)力和位移計(jì)算時(shí)有很多方法可以選擇，實(shí)踐中應(yīng)用較多的是連梁連續(xù)化假定方法。通過以剪力墻和框架水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)為條件，提取參數(shù)并建立位移和外荷載之間的微分方程，并帶入相關(guān)數(shù)據(jù)來求解，因?yàn)榭紤]因素和采用未知量的不同，不同的方法也有不同的解答形式。這種結(jié)構(gòu)在計(jì)算中，一般將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成等效壁式框架，建立桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法來求解。
(2)剪力墻結(jié)構(gòu)。由于剪力墻的受力特性和變形狀態(tài)主要由剪力墻的開洞情況決定，根據(jù)受力特性的不同，可以將單片剪力墻分為聯(lián)肢墻、單肢墻、特殊開洞墻、框架墻和小開口整體墻等類型。不同類型的剪力墻截面應(yīng)力分布不盡相同，因此，要結(jié)合具體類型來計(jì)算內(nèi)力和位移。在機(jī)算中，可以通過平面有限單元法，這種方法具有計(jì)算精確和適用性廣的優(yōu)點(diǎn)，但是由于算法復(fù)雜，自由度多，耗時(shí)較長，因此目前主要用于應(yīng)力分不復(fù)雜的剪力墻結(jié)構(gòu)中，比如特殊開洞墻和框架墻過渡層。
(3)筒體結(jié)構(gòu)。按照對計(jì)算機(jī)模型處理方法的不同，筒體結(jié)構(gòu)有三種分析方法：等效離散化方法、等效連續(xù)化方法和三維空間分析等效離散化方法是把連續(xù)的墻體離散成等效的杠桿，以方便適用合適的桿系結(jié)構(gòu)方法進(jìn)行分析。所謂等效連續(xù)化方法是指將結(jié)構(gòu)中離散鋼桿件進(jìn)行等效連續(xù)化處理，具體方法有有限條法、能量法、擬殼法、框筒近似解法和微分方程解法等。三維空間分析法是比以上兩者更加精確的計(jì)算機(jī)模型方法，主要通過空間桿－薄壁桿系矩陣位移法來實(shí)現(xiàn)，目前這種方法多應(yīng)用在筒體結(jié)構(gòu)體系的分析上，也是工程中廣泛使用的模型方法。
參考文獻(xiàn)：
[1] 肖峻. 高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[J]. 中華建設(shè),2008(12).
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關(guān)鍵詞: 高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1. 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：
高層建筑結(jié)構(gòu)常使用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系和筒體結(jié)構(gòu)體系。
多、高層建筑結(jié)構(gòu)都要承受豎直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，還要抵抗地震的作用效應(yīng)。多層結(jié)構(gòu)的水平荷載對結(jié)構(gòu)影響通常較小，但在高層建筑中，水平荷載和地震作用將成為控制因素。隨著高度的增加，位移增加很快。但是過大的側(cè)移會使人感覺不舒服，從而影響建筑的使用，會造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞。所以控制結(jié)構(gòu)的側(cè)移成為高層建筑結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)。
1.1 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)體系。高層建筑結(jié)構(gòu)中框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度往往不能滿足規(guī)范要求，這時(shí)候就需要在建筑平面的適當(dāng)位置（如四周和轉(zhuǎn)角）設(shè)置剪力墻來代替部分框架，以增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)度和剛度，這樣便形成了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)體系中框架結(jié)構(gòu)主要承受垂直荷載，剪力墻結(jié)構(gòu)主要承受水平剪力?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時(shí)框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻。
1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)
鋼筋混凝土剪力墻能夠較好地抵抗水平荷載，在剪力墻結(jié)構(gòu)中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻結(jié)構(gòu)屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系。
1.3 筒體結(jié)構(gòu)
筒體結(jié)構(gòu)的種類很多，有筒中筒結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、框筒-框架結(jié)構(gòu)、多重筒、成束筒等等新式。筒體結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)，具有很大的強(qiáng)度和剛度，各構(gòu)件受力比較合理。其抵抗水平作用的能力很強(qiáng)，因而特別適合在超高層結(jié)構(gòu)中采用。
1.4 其他結(jié)構(gòu)
較為新穎的豎向承重結(jié)構(gòu)有懸掛結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型桁架結(jié)構(gòu)、高層鋼結(jié)構(gòu)中的剛性桁架等多種形式。這些結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)在實(shí)際工程中得到應(yīng)用，如香港匯豐銀行大樓采用的是懸掛結(jié)構(gòu)，深圳香格里拉酒店采用的是巨型框架結(jié)構(gòu)，香港中國銀行采用的是巨型桁架結(jié)構(gòu)。
2. 高層建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)方法：
2.1 結(jié)構(gòu)分析中常用的基本假定
① 彈性假定。
目前工程上實(shí)用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計(jì)算方法。彈性理論的計(jì)算方法是基于結(jié)構(gòu)構(gòu)件在應(yīng)力和應(yīng)變成正比的變化關(guān)系。在垂直荷載或一般風(fēng)力作用下．結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況。當(dāng)遭受地震或強(qiáng)臺風(fēng)作用時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移，出現(xiàn)裂縫．進(jìn)入到彈塑性工作階段。此時(shí)仍按彈性方法計(jì)算內(nèi)力和位移時(shí)不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀態(tài)的，應(yīng)按彈塑性動力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
② 小變形假定。
小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題(P-效應(yīng))進(jìn)行了二階研究。一般認(rèn)為，當(dāng)頂點(diǎn)水平位移與建筑物高度H的比值，H>1／500時(shí)。P-效應(yīng)的影響就不能忽視了。
③ 剛性樓板假定
許多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大．而平面外的剛度則忽略不計(jì)。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計(jì)算方法。并為采用空間薄壁桿件理論計(jì)算簡體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度較小，主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯?？蓪⑦@些樓層的剪力作適當(dāng)調(diào)整來考慮這種影響。
④ 計(jì)算圖形的假定
高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計(jì)算圖形有三種：
(1)一維協(xié)同分析。按一維協(xié)同分析時(shí)，只考慮各抗側(cè)力構(gòu)件在一個(gè)位移自由度方向上的變形協(xié)調(diào)。在水平力作用下，將結(jié)構(gòu)體系簡化為由平行水平力方向上的各榀抗側(cè)力構(gòu)件組成的平面結(jié)構(gòu)。根據(jù)剛性樓板假定，同一樓面標(biāo)高處各榀抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)向位移相等，由此即可建立一維協(xié)同的基本方程。在扭矩作用下，根據(jù)同層樓板上各抗側(cè)力構(gòu)件轉(zhuǎn)角相等的條件建立基本方程。一維協(xié)同分析是各種手算方法采用最多的計(jì)算圖形。
（2)二維協(xié)同分析。 二維協(xié)同分析雖然扔將單榀抗側(cè)力構(gòu)件視為平面結(jié)構(gòu)，但考慮了同層樓板上各榀抗側(cè)力構(gòu)件在樓面內(nèi)的變形協(xié)調(diào)。縱橫兩方向的抗側(cè)力構(gòu)件共同工作，扭矩與水平力同時(shí)計(jì)算。在引入剛性樓板假定后，每層樓板有3個(gè)自由度，樓面內(nèi)各抗側(cè)力構(gòu)件的位移均由3個(gè)自由度確定。二維協(xié)同分析主要為中小微型計(jì)算機(jī)上的桿系結(jié)構(gòu)分析程序采用。
(3)三維空間分析。二維協(xié)同分析并沒有考慮抗側(cè)力構(gòu)件的公共節(jié)點(diǎn)在樓面外的位移協(xié)調(diào)(豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào))，而且，忽略抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度對具有明顯空間工作性能的簡體結(jié)構(gòu)也是不妥當(dāng)?shù)摹ＨS空間分析的普通桿單元每一節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度。接符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點(diǎn)還應(yīng)考慮截面翹曲，有7個(gè)自由度。
3各類結(jié)構(gòu)體系采用的分析方法
① 框架―剪力墻體系
框剪結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，可以假定各豎向承重結(jié)構(gòu)之間為簡支聯(lián)系，將豎向荷載按簡支梁板簡單地分配給框架和墻，再將各框架和各剪力墻按平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算?？蚣芤患袅Φ挠?jì)算機(jī)算，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。
② 剪力墻體系
剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻．小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，計(jì)算內(nèi)力與位移時(shí)需采用相應(yīng)的計(jì)算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的機(jī)算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機(jī)時(shí)耗費(fèi)較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復(fù)雜的情況。
③ 筒體體系
筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計(jì)算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法i等效離散化方法和三維空間分析。等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。一種是只作幾何分布上的連續(xù)化，以便用連續(xù)函數(shù)描述內(nèi)力；另一種是作幾何和物理上的連續(xù)處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應(yīng)用分析彈性薄板的各種有效方法。
具體應(yīng)用有連續(xù)化微分方程解法、框筒近似解法、擬殼法、能量法、有限單元法、有限條法等。等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結(jié)構(gòu)法等。具體應(yīng)用包括等代角柱法、展開平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子結(jié)構(gòu)法。比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計(jì)算模型是完全按三維空間結(jié)構(gòu)來分析筒體結(jié)構(gòu)體系，其中應(yīng)用最廣的是空間薄壁桿系矩陣位移法。這種方法將高層結(jié)構(gòu)體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結(jié)構(gòu)。
