高層建筑結(jié)構(gòu)設計的幾點認識范文

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1合理的概念設計

高層建筑的平面布置應當規(guī)則、簡單，盡量避免凹進、突出等比較復雜的平面。必須注意的是結(jié)構(gòu)平面布置的過程中應該盡量使剛度均勻，即結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與剛心盡量接近，減少地震發(fā)生時的扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)的危害非常之大。減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)：①加強結(jié)構(gòu)抵抗扭轉(zhuǎn)的能力；②降低地震作用引起的扭轉(zhuǎn)。平面剛度布置是否均勻關系到能否減少地震作用過程中的扭轉(zhuǎn)作用。而影響平面剛度分布的主要因素是剪力墻的布置。不能把剪力墻集中布置在結(jié)構(gòu)平面的一側(cè)或一端。大剛度抗側(cè)力單元偏置的結(jié)構(gòu)在地震過程中會產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)，而對稱布置井筒、剪力墻有利于降低扭轉(zhuǎn)量。在周邊布置剛度很大的框筒，或在周邊布置剪力墻等，都有利于抵抗扭轉(zhuǎn)，能增加結(jié)構(gòu)抗扭剛度。為了降低地震過程中的扭轉(zhuǎn)量，必須考慮平面上質(zhì)量的分布，質(zhì)量集中在周邊會加大扭轉(zhuǎn)，質(zhì)量偏心會引起扭轉(zhuǎn)。

2高層建筑結(jié)構(gòu)的設計特點

結(jié)構(gòu)的延性是重要的結(jié)構(gòu)設計標準，與較低矮的樓房相比，高層結(jié)構(gòu)的柔度大一些，當發(fā)生地震時會發(fā)生較大的變形，為了使結(jié)構(gòu)在塑性階段具有更強的變形能力，不會倒塌，必須要在結(jié)構(gòu)上采取相應的措施，使結(jié)構(gòu)具有較高的延性。側(cè)移已經(jīng)成為控制的指標，與較低矮的樓房相對比，結(jié)構(gòu)的側(cè)移已經(jīng)成為影響高層結(jié)構(gòu)設計的關鍵因素。由于高度的變化，水平荷載使結(jié)構(gòu)的水平側(cè)移迅速增加，所以結(jié)構(gòu)的側(cè)移必須在控制在一定的范圍之內(nèi)。能忽略軸向變形，在高層建筑設計中，豎向荷載非常之大，能夠使受壓柱發(fā)生較大的軸向變形，從而使連續(xù)梁的彎矩發(fā)生不同的變化，使連續(xù)梁中部支座處的受拉彎矩變小，梁端支座處的和跨中的受拉彎矩增大，還會影響預制構(gòu)件的下料長度，需要對下料長度進行調(diào)整，還會對構(gòu)件的側(cè)移和剪力產(chǎn)生影響，會產(chǎn)生不安全的結(jié)果。最為重要的因素是水平荷載，樓房因為自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件產(chǎn)生的軸向應力和彎矩與高度成正比。水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩和軸向應力與高度的二次方成正比。豎向荷載基本上數(shù)值的大小不會變化，而水平荷載的數(shù)值則變化范圍很大。

3高層建筑結(jié)構(gòu)設計應注意的問題

3.1結(jié)構(gòu)選型

（1）嵌固端的設置問題。因為高層建筑往往都帶有二層或二層以上的人防和地下室，嵌固端往往設置在人防頂板等位置，也有可能設置在地下室頂板之上，所以在這個問題上，結(jié)構(gòu)設計工程師經(jīng)常忽略了由嵌固端的設置引起的一系列值得注意的地方，如：在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設置、嵌固端上下層抗震等級的一致性、嵌固端樓板的設計、結(jié)構(gòu)抗震縫設置、嵌固端上下層剛度比的限制與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等相關問題，而忽略任何方面都有導致埋下安全隱患或后期設計工作的大量修改的可能。

（2）結(jié)構(gòu)的超高問題。在高規(guī)與抗規(guī)中，關于結(jié)構(gòu)的總高都做了嚴格的限定，特別在新規(guī)范中對于傳統(tǒng)的超高問題，除了將舊規(guī)范的限制高度設置為A級的建筑之外外，還加入了B級的建筑，所以應該嚴格注意對結(jié)構(gòu)的該項控制因素，如果建筑為B級建筑或超過了B級，其處理措施和設計方法都會有很大的變化。在實際設計過程中，曾經(jīng)出現(xiàn)過因為結(jié)構(gòu)類型的變化而導致該問題被忽略，導致施工圖在審查過程中不能通過，需要開專家會議進行論證或必須重新進行設計等工作的情況，對工程造價、工期等的影響非常巨大。

（3）結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。新規(guī)范對這里的內(nèi)容做出了較大的變動，新規(guī)范在這里增加了非常多的限定條件，譬如：嵌固端上下層剛度比信息、平面規(guī)則性信息等，另外新規(guī)范使用強制性條文，明確指出“建筑不適合采用非常不規(guī)則的設計方案。”所以結(jié)構(gòu)工程師在查閱新規(guī)范的限定條件時必須密切關注，以使后期施工圖設計階段工作的不會被動。

3.2地基與基礎設計

在進行地基基礎設計時必須認識到地方性規(guī)范的重要。因為我國國土非常廣大，地質(zhì)條件也相當相對較為復雜，作為國家標準，一本《地基基礎設計規(guī)范》是沒有辦法適用于全國各地的地基基礎，所以作為建立在部門規(guī)章之下的地方性規(guī)章。地方性的“地基基礎設計規(guī)范”能夠把不同地區(qū)的地基基礎設計處理方法等一些成功的經(jīng)驗規(guī)定和描述得更加準確和詳細，因此，在地基基礎設計的工程中，必須深入地學習地方規(guī)范，以免對后期設計工作或整個結(jié)構(gòu)設計造成較大的影響。結(jié)構(gòu)工程師一直是比較重視地基與基礎設計，不只是因為此階段設計的好壞會直接影響后期工作，與此同時也是由于地基基礎也是所有工程造價的關鍵性因素，所以，在這一階段出現(xiàn)的問題，可能會是非常嚴重的甚至會造成無法估計的損失。

3．3結(jié)構(gòu)計算與分析

在結(jié)構(gòu)分析與計算過程中，如何高效、準確地對工程按照規(guī)范要求進行設計和處理并內(nèi)力，關系到工程設計質(zhì)量的好壞。因為新規(guī)范對結(jié)構(gòu)整體分析和計算的部分內(nèi)容做出了相當多的改進和調(diào)整，所以，對這一階段中的比較常見的問題必須有清晰的了解。（1）振型數(shù)目是不是充足。新規(guī)范增添了一個振型參與系數(shù)，而且明確指出了這個參數(shù)的限值。因為在舊設計規(guī)范里面，并沒有提到振型參與系數(shù)的，或就算有這個概念，這個參數(shù)的限值也不一定與新規(guī)范的要求符合，所以，在這個階段必須分析計算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果，并且決定是不是要調(diào)整振型數(shù)目的取值。（2）地震力是否需要放大，分析建筑隔墻對自振周期的作用。實際上這部分內(nèi)容在新老規(guī)范中都提到過，不過，新規(guī)范中根據(jù)大量實測周期明確指出了不同結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期折減系數(shù)的取值。（3）選擇結(jié)構(gòu)整體的計算軟件。當前比較常用的計算軟件的種類有很多，但是，由于各軟件采用的計算模型有很大的差異，所以導致了各種軟件的計算結(jié)果都有或小或大的差異。因此，在對工程整體結(jié)構(gòu)分析和計算時一定要根據(jù)計算軟件模型的特點和結(jié)構(gòu)類型選擇適合的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結(jié)果中，判斷哪個是意義不大的、哪個是可以作為參考的、哪個是合理的，這是在設計工作中結(jié)構(gòu)工程師首要的工作。不然，如果選擇了不合適的計算軟件，不但有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在，而且會浪費大量的時間和精力。

4結(jié)束語

高層建筑的結(jié)構(gòu)設計是個復雜的課題。掌握結(jié)構(gòu)的受力原理和材料的性能，是進行高層建筑結(jié)構(gòu)設計的前提條件。了解規(guī)范條文的宗旨，在設計中不斷學習，就可在設計中不斷進步。

本文作者：潘偉軍單位：浙江美源建筑設計有限公司