我国高层建筑结构设计体系分析

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1、我国高层建筑结构设计体系分析摘要：随着我国经济建设的不断加快和综合国力的增强，我国高层建筑得到了迅猛的发展，这对高层建筑结构设计提出了新的要求，本文就我国高层建筑结构设计体系进行了分析和研究，并提出了相应的观点。　　关键词：高层建筑结构设计分析研究　　　　高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化，促使了近代高层建筑的出现和发展。随着高层建筑的建筑高度以及复杂程度的增加，给建筑的结构设计不断的提出新的问题，如何对高层建筑结构设计体系进行合理、科学的分析研究有着重要的意义。　　1高层建筑结

2、构设计体系种类　　高层建筑结构设计体系型式繁多，框架、剪力墙、框架—剪力墙结构体系是高层钢筋混凝土建筑结构中最为传统的、广为应用的结构体系，随着层数和建筑高度增加，利用结构空间作用，又发展了框架—筒体结构、筒中筒结构、多筒结构和巨型结构等多种结构体系。　　高层建筑结构的承载能力、侧移刚度、抗震性能、材料选用和造价高低，与其采用结构体系有着密切关系。不同结构体系，适用于不同层数、高度和功能的建筑。　　2高层建筑结构设计的影响因素　　2.1水平作用　　任何建筑结构都要抵抗竖向荷载和水平荷载，在低层和多层结构设计中，往往是以重力为代表的

3、竖向荷载起控制作用，结构内力(弯矩与轴力)和位移与建筑物高度的关系曲线如图1所示，对于一定高度的建筑物，作为其水平荷载的风荷载和地展作用将随结构动力特性的不同而有显著的变化。　　图一：结构内力、位移和高度的关系　　2.2侧移成为控制指标　　与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计的关建因素。如图1所示，随着建筑高度增加，水平荷载作用下结构侧向变形迅速增大，结构侧移与高度呈现四次方关系上升。在高层建筑结构设计中，不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗侧移刚度，以保证结构在水平荷载作用下所产生的侧移限制在一定范围内

4、。　　2.3抗震设计　　在高层建筑结构的抗震设防设计时，要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载，还必须使建筑结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。　　计算结构的延性是困难的，结构或构件的延件是通过一系列的构造措施实现的。在高层建筑设计中，为使结构具有良好的延性，构件要有足够大的截面尺寸，柱的轴压比、梁和剪力墙的剪压比、构件的配筋等都要适宜，应遵照规范、规程的要求。　　2.4轴向变形　　任何建筑结构在外力作用下产生的位移都包括弯曲、轴向变形和剪切变形三部分。而高层建筑出于层数多、轴力大，再加上沿高度积累的轴向变形显著

5、，轴向变形会对高层结构的内力产生很大影响。此外，高层结构中的剪力墙的截面也往往很大，因此，剪切变形的影响不可忽略。　　在高层建筑结构的力学计算中，根据所选计算手段，所涉及的构件变形因素是有区别的。对于简化的手算方法，一般只计算最基本的变形。采用计算机方法计算时，涉及的变形因素要多一些。当用完全的三维空间分析方法时，除考虑了截面全部变形外，还增加了粱、柱、剪力墙的扭转变形，以及剪力墙墙肢截面的翘曲变形。　　2.5概念设计　　概念设计是指一些难以做出精确力学分析或在规范中难以具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，做出判断，

6、以便采取相应措施。概念设计带有一定经验性。　　高层建筑结构的抗震设计计算是在一定假定条件下进行的。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计，从整体上提高建筑的抗震能力，消除结构中的抗震荡弱环节，再辅以必要的计算和结构措施，才能设计出具有良好抗震性能的高层建筑。　　3高层建筑结构设计的布置分析　　在高层建筑中，除了要根据结构设计选择合理的结构体系外，还要恰当地设计和选择建筑物的平面、剖面形状和总体型。因此，安全、合理而经济的结构设计必须注重概念设计方法。　　1.房屋适用高度。高层建筑结构应根据房屋高度和高宽比、抗震类别、抗震设防烈

7、度、场地类别、结构材料和施工条件等因素考虑适宜的结构体系，不同的结构体系刚度利承载力均不同，因此它们的适用高度也不一样。　　2.高宽比（H/B）。多、高层建筑结构中，控制位移常常成为结构设计的主要矛盾，而且随着高度增加，倾覆力矩将迅速增大，因此，建造宽度很小的建筑物是不适宜的，一般应将结构高宽比H／B控制在5—6。　　3.建筑平面形状。对抗风有利的平面形状是简单规则的凸平面，如圆形、正多边形、椭圆形、鼓形等平面，抗震设防的高层建筑，平面形状宜简单、对称、规则，以减少震害。　　4.平面长宽比的限制。除平面形状外，各部分尺寸都有一定的

8、要求，平面过于狭长的建筑物在地震时，平面的长度比不宜过大，L/B一般宜小于6，以避免两端相距太远，振动不同步，由于复杂的振动形态而使结构受到损害。　　5.结构竖向布置。结构竖向布置要做到刚度均匀而连续，避免刚度突变，避免薄弱层，在实际工程抗震设计时