浅论某高层建筑结构设计及问题.pdf

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1、2012年2月幢埘目裳持规划与设计浅论某高层建筑结构设计及问题王亮1康石磊：(1．煤炭工业郑州设计研究院有限公司2河南省郑州市450000)摘要：笔者结合自身的工作经验，对某高层建筑结构设计的各个方面及其在设计中常见的问题进行了，分析，以供结构工程师在处理高层建筑方面的问题上进行参考。关键词：高层建筑：结构设计；特点；问题l前言对高层建筑来说，各个国家的标准是不一样的，一个国家的标准在不同的时期也是不相同的。一般都是将高层建筑定位在lO层或30层左右，因为当火灾发生的时候10层以下的可以利用消防车进行逃生，而10层以上的就很难借助消防车

2、逃生，就需要自救的措施。从受力方面而言，10层以下的建筑，由竖直产生的荷载占主导地位，水平产生的荷载则比较小。而建筑结构设计是一项集结构数据分析，数学优化方法以及计算机技术于一体的综合性技术工作，是一项对国家建设有重大意义的工作，同时，亦是一门实用性很强的工作。2高层建筑结构设计的特点2．1主要因素——水平力设计在低层或多层房屋建筑中，控制着结构设计的常常是以重力为代表的竖向荷载。但在高层建筑中，竖向荷载虽然仍对结构设计产生重大影响。但是起决定性作用的却是水平荷载。因为建筑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数值，仅与建筑

3、高度的次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖向构件中所引起的轴力．是与建筑高度的两次方成正比。对有一定高度的建筑来讲，其竖向荷载基本上是定值，而水平荷载的风荷载和地震作用。其数值足随着结构动力性的不同而产生很人的变化。2．2关键因素——结构侧移和低层或多层建筑的不同，结构侧移已经成为高层建筑结构设计中的关键因素。高层建筑随着高度的不断增加、轻质高强材料的应用、侧向付移的迅速增大、新的建筑形式和结构体系的出现，在结构设计中不仅要求要具有足够的强度，还要具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在一定限度之内。’

4、2．3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，要做到小震不坏、大震不倒。2．4减轻高层建筑自重比多层建筑更有意义减轻高层建筑自重是提高结构抗震能力的有效办法。因为地震效应与建筑的重量成正比。高层建筑的重量大了，作用于结构上的地震剪力也就大，另外重心高地震作用倾覆力矩大，会对竖向构件产生很大的附加轴力，造成附加弯矩更大的影响。2．5概念设计与理论计算同样重要抗震设计分为计算设计和概念设计。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下来进行的，尽管分析的手段不断

5、得到提高，原则不断的完善，但由于地震作用、地基上影响、结构体系本身的复杂性，会导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，特别是当结构进入弹塑性阶段之后，构件局部的开裂甚至破坏，高层建筑的结构己很难用常规的计算原理来进行分析。实践说明，在结构设计中把握好高层建筑的概念设计也是尤为重要的。3高层建筑设计的基本原则(1)要以承载力、刚度、延性为主导目标，实行多道防线，刚柔结合的设计结构形式，也就是高层建筑必须要有一定的承载力和必须的刚度来抵御风的荷载和小型的地震。随着第一道防线的被破坏，结构变柔后应仍然有足够大的弹塑性变形能力和延性耗能能力，来

6、抵御未来可能会发生的大震。(2)对高层建筑结构进行计算机的分析计算时，应用最简单、最直接、最清楚的计算方法，将结构的受力与传力的设计一目了然，既简单、明确又直接。(3)尽量使结构半面布置的正交抗侧力刚度中心和建筑物表面力作用中心或质量重心靠近或重合，以避免或减小在风荷载或地震作用下产生的扭转现象。(4)高层建筑物竖向布置的抗侧力刚度构件也必须要设计成均匀、连续，以避免出现薄弱层与上下层之间的剪切刚度和弯曲刚度的突变，保证高层建筑物的安全。(5)要重视上部分结构与支撑结构共同作用的力量，也就是传力与受力结构之间的共同作用的力量。例如，高层

7、建筑的筏基和箱基的底板设计，计算软件是无法进行上部结构一地下室一地基基础之间的相瓦作用分析，计算出来的底板内力也要远远大于底扳实际受到的内力。4以某工程案例进行分析4．1工程概况该工程位于市中心，建筑总面积65182m：，地面以上84m，共25层，其巾1。6层为商业用房，层高4．2～5．5m，7层为住宅会所，8～25层为住宅，层高2．9m。塔楼平面为u形。地面以下足两层地下室，主要用于设备用房和小汽车车库，其中地下一层为五级人防地下室。该工程各土层从上至下划分为：①人工堆积层：以素填土为主，平均厚度为2．57m；②耕土层：以粘质粘土或粉

8、土为主，平均厚度为1．6m；③冲积层：以粉土为主，另有粉砂和中砂，平均厚度为1．79m：④残积土：以粉土为主，平均厚度为4．34m，项板埋深为4．0。6．1m；⑤全风化岩：岩石己风化成粉土或粉质粘土，平均厚