浅谈多高层建筑结构概念设计探析

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1、浅谈多高层建筑结构概念设计探析摘要：在多高层建筑结构设计中，概念设计起着关键的作用。结构工程师，要善于运用概念设计的基本原理及注重整体设计的构思等设计出概念优秀的作品。关键词：高层建筑概念设计意义探讨—概念设计意义多高层结构概念设计的基本原则有结构简单、规则及具有足够的水平刚度和抗震能力；注重结构的整体性。概念设计的范围较大，即有大的方案选择，又有小的细节构造，应该贯穿在设计的各阶段和步骤中。概念设计是结构工程师通过自身的力学知识和工程经验，运用经无数事故分析，震害分析，模拟实验的定量定性分析及长期的困内外设计与使用经验分析、归纳、总结

2、出来的具有基础性、整体性、全局性和关键性的设计基本原则、规定和方法。通过概念设计能够从宏观上确定结构设计的基本问题，在初步设计时把握建筑的概念性整体方案，明确结构总体系与各分体系之间的传力关系，加强结构整体性，保证结构成为高延性的抗震耗能结构。二概念设计的应用分析(1)平立面形式是保证结构简单的重要基本条件。结构平面的布置必须考虑有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，做到受力明确，传力集中，尽可能减少扭转影响。许多震害表明，平面不规则不对称的建筑，无论是砌体结构还是混凝土结构都会因扭转产生而破坏。因此，简单、规则、对称、长宽比不大，平面外伸长度

3、小的平面形式是理想的选择。这样做可使结构的刚度、质量和承载力分布均匀，质量中心和刚度中心宜重合，实现扭转效应的减小。建筑的立面形式以连续、简洁为宜，较大程度的内收、外挑或中间层部分构件不连续会造成结构的刚度和质量沿竖向分布不均匀，竖向抗剪承载力不连续，竖向刚度出现突变和不规则，对建筑结构的抗震不利。面对当前建筑方案中出现平立面不规则的情况，作为结构工程师应该运用概念设计的原则尽可能地与建筑工程师沟通，通过调整结构布置和加强构造措施等设计手段使结构趋于合理。对于平面规则的结构，如果刚度中心偏心，仍会有扭转现象产生。这时可调整抗侧力构件，使

4、其均匀布置，尤其是考虑具有较大刚度的楼梯间布置。另外，注意控制结构的周期比、位移比。周期比是结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期的比值，表明了侧向刚度和扭转刚度的相对关系；位移比是楼层竖向构件最大位移与平均位移的比值，是各楼层相对刚度大小的体现。控制它们可使结构的抗侧力构件平面布置更合理、更有效，使结构不岀现过大的扭转效应。周期比超限时，当位移比满足要求时，可减小抗侧力构件的刚度，加大平动自振周期，对框剪和剪力墙结构,连接楼层端部横纵剪力墙，形成“T”型和型，加大结构的抗扭刚度。位移比超限时，可提高结构的抗扭刚度和承载力,

5、对于平面特别复杂和刚度相差悬殊的结构可设置防震缝。⑵多高层建筑的结构体系应该具有足够的抵抗水平荷载和竖向荷载的能力，同时，还应具有良好的抗震承载力和变形能力，出色的耗能性能。笔者认为应注意以下几个方面。a.形成明确的传力路径。多高层建筑结构体系应具备明确合理的传力途径，使作用在其上部的竖向及水平荷载能够直接传往基础，避免传力的迂回。其次尽可能形成简单正确的计算简图，减小计算模型与实际情况的差异。所以在具有转换层、错层、大底盘多塔等复杂结构体系中，概念设计更为突出。b.保证多道防线措施的运用。《抗震规范》要求结构体系应具有多道防线，通过合

6、理处理结构刚度、承载力分布和构件的强弱关系，利用前道防线的破坏，消耗地震能量。改变结构的动力特性，减小地震作用，保证"大震不倒”的设防目标。实践表明：在纯框架结构中，增加钢或钢筋混凝土柱间支撑，利用支撑的屈曲耗能，能够成为第一道防线很好地保护框架柱子。在框一剪结构和剪力墙结构中，连梁的开裂和屈曲可消耗能量保护墙体，但前提必须加强连梁的抗剪性能，保证强剪弱弯，或者设置双连粱也能够起到良好的效果。多层砌体结构中设置罔梁和构造柱，在汶川大地震中再次验证了能够增大砌体延性，加强结构稳定性的抗震作用，成为砌体结构的第二道防线。多道防线作为概念设计

7、对于防止结构倒塌具有重要意义，在设计中应予以足够的重视。c・真正实现强柱弱梁。强柱弱梁是保证结构延性的措施之一，即使塑性较出现在梁端，形成梁较机制，使得柱子不发生断裂,保证结构的稳定性。这一措施在《抗震规范》和《高规》体表现为梁端弯矩设计值M。小于柱端弯矩设计值M,根据不同的抗震等级，满足M>M,为抗震调整系数。但在具体设计中，由于考虑现浇楼板参与梁的受力，将粱的抗弯刚度增大1・5〜2倍，同时梁的支座配筋率高甚至出现超筋，加上板的实际配筋，使梁的实际刚度增大，实际梁端承载力大于梁端弯矩。尽管通过柱端弯矩调整系数放大弯矩，但柱子的实际配筋

8、往往以构造配筋居多。因此实际结构体系却成为强梁弱柱的柱较机制，反而降低了结构稳定性。所以对于柱子可加大配筋，适当减小梁的截面尺寸和限制钢筋用量，将利用软件计算的梁端配筋调整系数取1.0,不再放大梁端的实配钢