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1、高层建筑结构设计综述:当前，随着城市化发展以及建筑用地的紧张,高层建筑将日益增多，本文就高层建筑结构设计的特点和高层建筑结构体系等方面进行了探析。 关键词:高层建筑;结构设计 1高层建筑结构设计的意义及依据 1.1概念设计的意义 高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。 1.2概念设计的依据 高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积
2、累的实践经验。 2高层建筑结构设计特点 2.1水平荷载成为决定因素 楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩,与楼房高度的1次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力,与楼房高度的2次方成正比。对于一定高度的楼房来讲,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,则随着结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。 2.2轴向变形不容忽视 高层建筑的竖向荷载很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,会对连续梁弯矩产生影响,导致连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩值和端
3、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。 2.3侧移成为控制指标 与较低的楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加,水平荷载下的结构侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。 2.4抗震设计要求更高 有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。 2.5结构延性是重要的设计指标 相对于较低的楼房而言,高楼结构更柔一些
4、,在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,尤其需要在构造上采取恰当的措施,以保证结构具有足够的延性。 3高层建筑的结构体系 3.1框架-剪力墙体系 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部分框架,即采用框架-剪力墙体系。剪力墙增大了结构的侧向刚度,使建筑物的水平位移减小;同时框架承受的水平剪力显著降低,且内力沿竖向的分布趋于均匀。所以,框架-剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。 3.2剪力墙体系 当受力主体结
5、构全部由平面剪力墙构件组成时,即形成剪力墙体系。剪力墙体系的强度和刚度均比较高,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,能建高度大于框架或框架-剪力墙体系。 3.3筒体体系 凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系称为筒体体系,包括单筒体、筒体-框架、筒中筒、多束筒等多种形式。筒体是一种空间受力构件,分为实腹筒和空腹筒两种类型。筒体体系具有很高的刚度和强度,各构件受力比较合理,抗风、抗震能力很强,往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。 4高层建筑结构分析 4.1高层建筑结构分析的基
6、本假定 高层建筑结构是由竖向抗侧力构件(框架、剪力墙、筒体等)通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系,要想完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。以下是常见的一些基本假定: (1)弹性假定。目前,工程上使用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。但是,在遭受地震或强台风作用时,高层建筑结构往往会产生较大的位移而出现裂缝,进入到弹塑性工作阶段。如果此时仍按弹性方法计算内力和位移,则不能反映结构的真实工作状态,而应按弹塑性动力分析方法进行设计。 (2
7、)小变形假定。小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。有不少研究人员对几何非线性问题(P-Δ效应)进行了研究。一般认为,当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>1/500时,则P-Δ效应的影响就不能忽视。 (3)刚性楼板假定。许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大,而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度,简化了计算方法,并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。但是,对于竖向刚度有突变的结构,如楼板刚度较小、主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况,则楼板变形
8、的影响较大,特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可对这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。 (4)计算图形的假定。高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形主要是三维空间分析。二维协同分析并未考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调(竖向位移和转角的协调),而且忽略了抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度,对于具有明显空间工作性能的
