浅谈高层建筑结构设计问题与分析

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1、浅谈高层建筑结构设计问题与分析浅谈高层建筑结构设计问题与分析　　摘要：随着高层建筑在我国的迅速发展，复杂的不规则高层建筑越来越多，如何正确进行结构设计和结构计算，以满足新规范的要求，也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。本文通过分析高层建筑的现状，总结了高层建筑结构的设计特点，并简要论述了现有的各种结构体系及其优缺点，最后探讨了高层建筑的分析方法，从而进一步完善高层建筑结构设计，促进高层建筑的发展。　　　　1）因为在高层建筑中结构处于竖向荷载和水平荷载的共同作用下工作。而楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的值，仅与楼房高度的一次方成正比而水平

2、荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；随着建筑物高度的增加，高宽比的加大，尽管竖向荷载对结构设计仍产生重要影响，但水平荷载对结构产生的内力愈来愈大，将成为结构设计时的主要控制因素，起着决定性的作用，成为确定结构体系的关键性因素。因此，结构的设计是由水平荷载控制的。另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。在水平荷载中，地震作用是动力作用，而风力作用则包含静力作用和动力作用。高层建筑对风的动力作用比较敏感，风振作用成为结构分析中不容忽视的

3、因素。在地震区，高层建筑往往受地震作用控制，所以计算地震对结构的动力反应是高层建筑分析的重要内容。　　2)轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和湍支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整：另外对构件剪力和侧移产生影响，会得出偏于不安全的结果。　　3)位移成为控制指标。高层建筑尤其是超高层建筑,顶点位移限值决定的不仅是其数值大小而且还有其振动频率;防止结构由于变形过大而可能遭受损坏或破坏的控制因素是层间相对位移

4、,而其限值在现行规范中似偏严,可予放松。　　4)结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高层建筑结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。因此,设计时结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小,变化均匀,连续,不要变。当出现了竖向不规则结构时,我们应考虑多种因素的精确分析方法,最好进行弹塑性时程分析,合理确定软弱楼层的塑性集中变形,采取增大楼层结构延性等措施,提高其变形能力。同时,高层建筑的抗水平力构件应沿房屋周边布置,以便能提供足够大的扭转力矩构件沿周边布置形成空间结构后,也可提供较大的抗倾覆力矩来保证结构具有足够的延性。　　1)框架一剪力墙体系。从结构体系上看由于它平面布置

5、灵活，空间大，能适应较多功能的需要，当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替因此成为高层建筑的主要结构形式。但是，框架结构的侧向刚度较小，在一般节点连接情况下，当承受侧向的风力或地震作用时，将会有较大的变形。因此，限制了这种结构形式的建造高度和层数但是在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。。　　2)剪力墙结构体系。为了满足更高层数的要求，出现了较高层数的剪力墙结构。剪力墙结构具有良好的侧向刚度和规整的平面布置，按照功能要求，设置自下而上的现浇钢筋混凝土剪力墙，对抵抗侧向风力和地震作用是十分

6、有利的，剪力墙体系属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系因此它允许建造的高度远远高于框架结构。剪力墙结构的不足之处在于，平面布置的灵活性较差，使用上也受到一定限制。目前全国各地的大量高层住宅建筑，绝大多数均采用剪力墙结构。　　3)简体体系。筒体结构是近年来发展起来的新体系，凡采用简体为抗侧力构件的结构体系统称为简体体系，它的出现满足了高层建筑更高层数的要求，包括单简体、简体一框架、筒中筒、多束筒等多种形式。简体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是

7、由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体结构具有很好的整体性和抗侧力性能，在平面布置和满足功能要求方面也有明显的优势，为众多高层和超高层建筑结构所采用。。　　3．1结构选型。对于高层建筑结构而言，在工程设计的结构选型阶段应注意以下几点：　　1)结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件。而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设