高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之我見

1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之我見</p><p>　　摘要：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和人民生活的迅速提高。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給工程設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，建筑高度的不斷增加, 風(fēng)格的變化多樣， 給高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的課題和挑戰(zhàn)。 本文對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；概念；技術(shù)分析 </p><p>　　

2、中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　前言： </b></p><p>　　近年來(lái)，高層建筑發(fā)展十分迅速，建筑造型新穎獨(dú)特，建筑物的高度與規(guī)模不斷增加。隨著高層建筑進(jìn)一步的發(fā)展，滿足高層建筑的形式、材料、力學(xué)分析模型都將日趨復(fù)雜且多元化。實(shí)踐表明在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中，設(shè)計(jì)、技術(shù)人員只有概念清晰，措施得當(dāng)，才能不斷地完

3、善和發(fā)展高層建筑。 </p><p>　　1．高層建筑結(jié)構(gòu)受力概念 </p><p>　　對(duì)于一個(gè)建筑物的最初的方案設(shè)計(jì)，建筑師考慮更多的是它的空問(wèn)組成特點(diǎn)，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　建筑物底面對(duì)建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總

4、是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對(duì)主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。 </p><p>　　對(duì)于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加。豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計(jì)的控制因素，其原因有兩個(gè)：其一，較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒；其二，側(cè)

5、向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。 </p><p>　　與豎向荷載相比，側(cè)向荷載對(duì)建筑物的效應(yīng)不是線性增加的，而隨建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有條件相同時(shí)，在風(fēng)荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側(cè)向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應(yīng)更加明顯。在高層建筑中，問(wèn)題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見，高層建筑的結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異。

6、 </p><p>　　不同抗震等級(jí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力增大系數(shù)和構(gòu)造要求是不同的，對(duì)結(jié)構(gòu)中某一構(gòu)件，隨著抗震等級(jí)的提高，其內(nèi)力增大系數(shù)隨之也增大，構(gòu)造要求也更為嚴(yán)格，因此，實(shí)際上也提高了結(jié)構(gòu)的安全度。 </p><p>　　超限高層抗震性能目標(biāo)，增大結(jié)構(gòu)地震作用，實(shí)際上加大其構(gòu)件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值，對(duì)構(gòu)件的截面和配筋相應(yīng)也加大，結(jié)構(gòu)安全度也相應(yīng)的提高。 </p><p>　

7、　因此，不管采用提高結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的手段還是設(shè)定抗震性能目標(biāo)的方法，均可提高結(jié)構(gòu)的安全度，這是它們的相同點(diǎn)，不同的地方在于出發(fā)點(diǎn)不同，手段不同，結(jié)果也有差異。 </p><p>　　超限高層建筑抗震性能目標(biāo)與提高抗震等級(jí)之間的差異，首先，設(shè)定抗震性能目標(biāo)，增大結(jié)構(gòu)地震作用，加大其構(gòu)件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值；而提高抗震等級(jí)通過(guò)放大構(gòu)件內(nèi)力的手段，從而達(dá)到加大構(gòu)件截面和配筋。 </p><p>　　其次，

8、設(shè)定抗震性能目標(biāo)，可以通過(guò)結(jié)構(gòu)的剛度關(guān)系，有目的地加大重要構(gòu)件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值，而提高抗震等級(jí)，是普遍地提高其構(gòu)件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值，目的性不是很明確。 </p><p>　　2．高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 </p><p>　　2.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性 </p><p>　　2.1.1不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。高

9、層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)符合下列要求： </p><p>　?。?） 應(yīng)具有必要的承載能力、剛度和變形能力； </p><p>　?。?） 應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力； </p><p>　?。?）對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取有效措施予以加強(qiáng)。 </p><p>　　2.1

10、.2高層建筑的結(jié)構(gòu)體系尚宜符合下列要求： </p><p>　　（1）結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位； </p><p>　?。?）宜具有多道抗震防線。 </p><p>　　2.1.3規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要特征。建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，并應(yīng)具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛

11、度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。 </p><p>　　規(guī)則結(jié)構(gòu)一般指：體型（平面和立面）規(guī)則，結(jié)構(gòu)平面布置均勻、對(duì)稱并具有較好的抗扭剛度；結(jié)構(gòu)豎向布置均勻，結(jié)構(gòu)的剛度、承載力和質(zhì)量分布均勻，無(wú)突變。 </p><p>　　2.1.4規(guī)則平面布置需滿足的要求。結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳

12、力直接，力爭(zhēng)均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下，建筑平面要力求簡(jiǎn)單規(guī)則，風(fēng)力作用下則可適當(dāng)放寬。抗震設(shè)防的高層建筑，平面形狀宜簡(jiǎn)單、對(duì)稱、規(guī)則，以減少震害。 </p><p>　　在高層建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置?？拐鹪O(shè)計(jì)的B級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑，其平面布置應(yīng)簡(jiǎn)單、規(guī)則。 </p><p&g

13、t;　　3．高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析 </p><p>　　3.1水平荷載相對(duì)于豎向荷載顯得更為重要 </p><p>　　結(jié)構(gòu)需同時(shí)承受豎向和水平荷載，低層結(jié)構(gòu)以抵抗重力為代表的豎向荷載為主，而水平荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力、側(cè)向位移很小。對(duì)高層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，隨著建筑高度的增加，水平荷載隨建筑高度的增高迅速增大。如把建筑物視作一簡(jiǎn)單的豎向懸臂構(gòu)件，構(gòu)件中由豎向荷載產(chǎn)生的軸力與高度（H）成正比；水平

14、作用產(chǎn)生的彎矩與高度（H）的平方成正比；水平作用產(chǎn)生的側(cè)向位移則與高度（H）的四次方成正比。對(duì)某一高度確定的建筑，結(jié)構(gòu)豎向荷載的大小基本穩(wěn)定，而水平方向上風(fēng)載和地震作用的數(shù)值大小往往會(huì)隨高層建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性不同而存在較大幅度的變化。可見，水平荷載對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的影響大，側(cè)向位移成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制目標(biāo)之一。 </p><p>　　3.2控制結(jié)構(gòu)側(cè)移是關(guān)鍵因素 </p><p>　　與低

15、層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不同，高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵決定性因素。隨著建筑高度的不斷增加，水平側(cè)向荷載下的結(jié)構(gòu)側(cè)移變形會(huì)快速增大。側(cè)向位移過(guò)大將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，特別是對(duì)豎向構(gòu)件，附加偏心力超過(guò)一定限值時(shí)，將會(huì)引起整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌破壞；同時(shí)，在風(fēng)荷載作用下，如果側(cè)向位移過(guò)大，將會(huì)引起居住者工作者的不適，在地震作用下，如果側(cè)向位移過(guò)大，更會(huì)讓人感到不安和驚慌。 </p><p>　　3.3結(jié)構(gòu)軸向變形的影

16、響顯著 </p><p>　　對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)，由于層數(shù)多、高度高，軸力很大，從而沿高度逐漸積累的軸向變形很顯著高層建筑結(jié)構(gòu)中，一般豎向荷載的數(shù)值較大，在柱中會(huì)引起較大范圍的軸向壓縮變形，對(duì)結(jié)構(gòu)體系中的連續(xù)梁彎矩大小產(chǎn)生顯著影響。高層建筑的軸向變形的差異會(huì)達(dá)到一個(gè)比較大的數(shù)值，從而引起跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大，連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小。 </p><p>　　3.4結(jié)構(gòu)延性的

17、重要性 </p><p>　　高層建筑相對(duì)于低層或是多層建筑來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)更柔一些，受到地震的影響后，結(jié)構(gòu)變化更大一些。所以采取恰當(dāng)?shù)拇胧┍ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，使結(jié)構(gòu)在塑性變形階段仍然具有較強(qiáng)的變形能力。 </p><p><b>　　4.結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　近些年來(lái)，我國(guó)的高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速。但從設(shè)計(jì)質(zhì)量方面來(lái)看，并不理想。在高

18、層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體實(shí)際情況，應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析掌握的知識(shí)處理實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中遇到了各種問(wèn)題。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]都鳳強(qiáng)。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐探討[J]?？萍紕?chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，（21）. </