導(dǎo)語：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)論述一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：建筑物除了承受建筑物本身的恒荷及正常使用時產(chǎn)生的活荷等豎向荷載外，它還需要承擔(dān)外界風(fēng)力產(chǎn)生的水平風(fēng)荷載、地震產(chǎn)生的水平及豎向地震作用。高層建筑一般的多層建筑不同，很多時候是水平荷載對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計起決定性作用。如果對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn)理解不足，會對高層建筑的安全造成不利影響。本文對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題與設(shè)計方法進(jìn)行初步研究，旨在更好的促進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展。在本文中我們首先對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則以及設(shè)計的特點(diǎn)進(jìn)行了簡單的分析，其次對結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題進(jìn)行了總結(jié)，然后對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行了簡單的介紹，最后詳細(xì)敘述了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)。

關(guān)鍵字：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；要點(diǎn)分析

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

1.1結(jié)構(gòu)方案合理化原則。高層建筑結(jié)構(gòu)方案的合理化是指高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案必須與結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)形式的要求保持一致，同時應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性的要求，其中結(jié)構(gòu)體系的具體要求為傳力簡單化、受力明確化。針對某些結(jié)構(gòu)單元相同的高層建筑物，其結(jié)構(gòu)體系應(yīng)相同。1.2計算簡圖合理化原則。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)是計算簡圖，計算簡圖的合理性直接關(guān)乎高層建筑結(jié)構(gòu)的安全，由此可見高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須堅持簡圖合理的原則。高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)的簡化可以有多種選擇，但必須把計算結(jié)果的誤差控制在合理的范圍內(nèi)，以免對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面的影響，從而影響建筑結(jié)構(gòu)的安全。1.3結(jié)果分析精準(zhǔn)化原則。伴隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，當(dāng)前很多領(lǐng)域都開始應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，并且發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而在建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計中，通過應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)更加科學(xué)的分析，不僅能夠有效的降低人工計算存在的失誤，而且還能確保建筑結(jié)構(gòu)方案的準(zhǔn)確與合理。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)

2.1水平荷載。建筑同時承受豎向荷載和地震及風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，在多層建筑中，因水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移相對較小，對建筑建構(gòu)設(shè)計的影響不大，主要是以重力為代表的豎向荷載著建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計起控制作用。而在高層建筑中，很多時候是水平荷載對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計起決定性作用，盡管豎向荷載對結(jié)構(gòu)設(shè)計會產(chǎn)生重要的影響，但相對于水平荷載來說，影響相對較小。2.2軸向變形。對于多層建筑軸力項相對于彎矩項來說，對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生的影響不是很大，結(jié)構(gòu)設(shè)計時可只考慮彎矩項而忽略軸力的影響。但是對高樓層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析所要考慮的因素就不太一樣了，需充分考慮到高層建筑的層數(shù)、高度對豎向構(gòu)件軸力值的影響。隨著高度的不斷增加，豎向構(gòu)件的軸力變形也會變得特別明顯，當(dāng)豎向構(gòu)件軸向變形達(dá)到一定的程度，會使高層建筑的結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值和分布產(chǎn)生變化。2.3建筑側(cè)向位移。隨著建筑樓層及高度的增加，在水平荷載的作用下產(chǎn)生的側(cè)向位移也會不斷的增大。高層建筑設(shè)計時，需要保證足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在應(yīng)對風(fēng)荷載及地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力作用時，才能有足夠大的力量去抵御。為了能夠?qū)L(fēng)荷載及地震作用下產(chǎn)生的側(cè)移距離控制在一定的限度之內(nèi)，就必須擁有足夠的抗側(cè)剛度能力，才能較好的保障結(jié)構(gòu)安全及正常使用的舒適度。

3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題分析

3.1建筑短肢剪力墻設(shè)置存在問題。隨著人們對住宅平面與空間的要求越來越高，高層住宅建筑中短肢剪力墻的運(yùn)用越來越多。在一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)的短肢剪力墻是指墻肢的高度、厚度比例為5-8的墻體。短肢剪力墻與普通剪力墻相比承擔(dān)較大軸力與剪力，抗震性能較差，從受力特性及構(gòu)件的安全儲備有別普通剪力墻，為安全起見，在高層住宅結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻布置不宜過多，不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)，在某些情況下還要限制建筑高度。3.2抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中很重要的內(nèi)容是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。受高層建筑高度過高、荷載過大的影響，一旦出現(xiàn)了地震，就會誘發(fā)出各種不可估計的問題?，F(xiàn)階段我國建筑工程建設(shè)要求高層建筑最低要保證五十年的設(shè)計基準(zhǔn)期，并對高層建筑的抗震設(shè)計進(jìn)行了明確的規(guī)定。但是在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計中，存在設(shè)計人員對規(guī)范理解不透、概念設(shè)計模糊等問題。如果高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員沒有充分認(rèn)識到上述問題，就會給高層建筑留下安全隱患。3.3扭轉(zhuǎn)問題。質(zhì)量中心、剛度中心和幾何中心是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的“三心”，“三心合一”也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要盡量達(dá)到的目標(biāo)。但是在實(shí)際設(shè)計中存在“三心”偏離較大的問題。在三心偏離較大的情況下，受較大水平力的影響就會出現(xiàn)高層建筑扭轉(zhuǎn)震動的問題，影響高層建筑的安全。

4高層建筑設(shè)計相關(guān)假定

4.1彈性假定。當(dāng)建筑處于一般風(fēng)力的、正常使用豎向荷載及低于設(shè)防烈度的地震的作用時，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般處于彈性的工作階段，這一假定與實(shí)際的工作情況存在的差異不大。但當(dāng)遭遇強(qiáng)震作用或者強(qiáng)烈的臺風(fēng)天氣時，建筑產(chǎn)生的位移會比較大，結(jié)構(gòu)構(gòu)件會轉(zhuǎn)入彈塑性的工作階段。在這個時候就應(yīng)當(dāng)按照彈塑性動力分析方法進(jìn)行分析，而不能只按照彈性假定的方法計算，否則就不能將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的真實(shí)工作狀態(tài)反映出來，留下安全隱患。4.2小變形假定。小變形假定方法是除了彈性假定之外另一種比較常用的方法，但也有學(xué)者對幾何非線性問題進(jìn)行研究。除了彈性假定，小變形假定方法也常被采用。但有不少學(xué)者對幾何非線性問題（P-Δ效應(yīng)）做了一些研究。一般情況下，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，P-Δ效應(yīng)的影響就不能被忽視了。4.3剛性樓板假定。目前在我國對很多高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時，都是將樓板的平面內(nèi)剛度設(shè)定為無限大，而將樓板平面外的剛度予以忽略。在這種假定下，建筑結(jié)構(gòu)體系的自由度在一定程度上減少，對計算方法進(jìn)行了簡化。此外通過這種假定，使得在使用薄壁桿件的理論在對筒體體系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算時非常方便，但是一般情況下，因?yàn)槭艿接嬎惴绞揭约捌渌蛩氐挠绊?，使得這種假定通常比較適合對建筑的框架以及剪力墻體系的計算。4.4計算圖形的假定。在高層建筑架構(gòu)體系中，整體分析將采用的計算圖形分為一維、二維協(xié)同分析和三維空間分析三種。其中，三維空間分析的普通桿單元，每一節(jié)點(diǎn)含有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點(diǎn)還應(yīng)該考慮截面翹曲，截面翹曲有7個自由度。

5高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

5.1建筑的載荷設(shè)計。在高層建筑的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑的安全性以及穩(wěn)定性是設(shè)計的重中之重，而建筑的荷載直接影響著建筑的安全以及穩(wěn)定，因此在進(jìn)行建設(shè)設(shè)計時一定要做好荷載的計算。相對于一般的建筑，高層建筑的荷載及其組合要復(fù)雜的多，相關(guān)的設(shè)計人員在進(jìn)行建筑的荷載計算時需要考慮的內(nèi)容也多得多。在進(jìn)行高層建筑的荷載計算時，最主要的內(nèi)容是以下兩個方面：建筑的地震荷載以及風(fēng)荷載。在實(shí)際的設(shè)計中，復(fù)雜的超限高層建筑還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的風(fēng)洞試驗(yàn)及振動臺試驗(yàn)，以確保建筑的安全。5.2建筑抗震性能的設(shè)計。因?yàn)楦邔咏ㄖ母叨纫绕胀ńㄖ叱龊芏?，多以其對?yīng)力的承受能力也不一樣，因此當(dāng)?shù)卣饡r其產(chǎn)生的反應(yīng)程度也不是一樣的，因此對于高層建筑，在進(jìn)行設(shè)計的時候必須要充分考慮抗震設(shè)計。而且抗震設(shè)計時，必須要對建筑所處的地形地質(zhì)條件都進(jìn)行充分的考慮，通常土地比較堅硬的其抗震強(qiáng)度會比較大，所以要盡量選擇硬度比較大的土層，而避開那些土質(zhì)疏松的地層，而對土層的變化進(jìn)行有效的把握成為抗震設(shè)計中的一個困難點(diǎn)。5.3高層建筑結(jié)構(gòu)的包絡(luò)設(shè)計。包絡(luò)設(shè)計是近年來比較常見的設(shè)計方式，可以有效解決工程項目結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的各種問題。當(dāng)前工程設(shè)計問題變化比較多，有許多因素都會影響到結(jié)構(gòu)效應(yīng)，各種問題盤根錯節(jié)，使用目前已經(jīng)掌握的只是或者軟件很難對其進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。學(xué)術(shù)科學(xué)和工程的不同點(diǎn)在于后者難以長時間等待。因此要通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的形式，利用最少的經(jīng)濟(jì)投入來獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，并解決工程項目存在的問題。不同的工程條件可以用不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計原則來處理，在對待轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層或者連體結(jié)構(gòu)時，也可以用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，對構(gòu)件進(jìn)行分析驗(yàn)算，取不利值包絡(luò)設(shè)計。

總之，高層建筑的復(fù)雜性不僅要求其設(shè)計人員必須具有較高的綜合素質(zhì)，而且還有掌握足夠的理論知識以及相關(guān)的法律知識，而且在對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時也要對對建筑周圍的環(huán)境進(jìn)行綜合的考慮，由此來提高設(shè)計的質(zhì)量，同時降低建造的成本，促進(jìn)高層建筑的健康發(fā)展。

作者:崔惠林 單位:保定市城鄉(xiāng)建筑設(shè)計研究院

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