高层建筑结构设计的几点认识范文

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1合理的概念设计

高层建筑的平面布置应当规则、简单，尽量避免凹进、突出等比较复杂的平面。必须注意的是结构平面布置的过程中应该尽量使刚度均匀，即结构的质心与刚心尽量接近，减少地震发生时的扭转，扭转对结构的危害非常之大。减少结构的扭转：①加强结构抵抗扭转的能力；②降低地震作用引起的扭转。平面刚度布置是否均匀关系到能否减少地震作用过程中的扭转作用。而影响平面刚度分布的主要因素是剪力墙的布置。不能把剪力墙集中布置在结构平面的一侧或一端。大刚度抗侧力单元偏置的结构在地震过程中会产生较大的扭转，而对称布置井筒、剪力墙有利于降低扭转量。在周边布置刚度很大的框筒，或在周边布置剪力墙等，都有利于抵抗扭转，能增加结构抗扭刚度。为了降低地震过程中的扭转量，必须考虑平面上质量的分布，质量集中在周边会加大扭转，质量偏心会引起扭转。

2高层建筑结构的设计特点

结构的延性是重要的结构设计标准，与较低矮的楼房相比，高层结构的柔度大一些，当发生地震时会发生较大的变形，为了使结构在塑性阶段具有更强的变形能力，不会倒塌，必须要在结构上采取相应的措施，使结构具有较高的延性。侧移已经成为控制的指标，与较低矮的楼房相对比，结构的侧移已经成为影响高层结构设计的关键因素。由于高度的变化，水平荷载使结构的水平侧移迅速增加，所以结构的侧移必须在控制在一定的范围之内。能忽略轴向变形，在高层建筑设计中，竖向荷载非常之大，能够使受压柱发生较大的轴向变形，从而使连续梁的弯矩发生不同的变化，使连续梁中部支座处的受拉弯矩变小，梁端支座处的和跨中的受拉弯矩增大，还会影响预制构件的下料长度，需要对下料长度进行调整，还会对构件的侧移和剪力产生影响，会产生不安全的结果。最为重要的因素是水平荷载，楼房因为自重和楼面使用荷载在竖向构件产生的轴向应力和弯矩与高度成正比。水平荷载对结构产生的倾覆力矩和轴向应力与高度的二次方成正比。竖向荷载基本上数值的大小不会变化，而水平荷载的数值则变化范围很大。

3高层建筑结构设计应注意的问题

3.1结构选型

（1）嵌固端的设置问题。因为高层建筑往往都带有二层或二层以上的人防和地下室，嵌固端往往设置在人防顶板等位置，也有可能设置在地下室顶板之上，所以在这个问题上，结构设计工程师经常忽略了由嵌固端的设置引起的一系列值得注意的地方，如：在结构整体计算时嵌固端的设置、嵌固端上下层抗震等级的一致性、嵌固端楼板的设计、结构抗震缝设置、嵌固端上下层刚度比的限制与嵌固端位置的协调等相关问题，而忽略任何方面都有导致埋下安全隐患或后期设计工作的大量修改的可能。

（2）结构的超高问题。在高规与抗规中，关于结构的总高都做了严格的限定，特别在新规范中对于传统的超高问题，除了将旧规范的限制高度设置为A级的建筑之外外，还加入了B级的建筑，所以应该严格注意对结构的该项控制因素，如果建筑为B级建筑或超过了B级，其处理措施和设计方法都会有很大的变化。在实际设计过程中，曾经出现过因为结构类型的变化而导致该问题被忽略，导致施工图在审查过程中不能通过，需要开专家会议进行论证或必须重新进行设计等工作的情况，对工程造价、工期等的影响非常巨大。

（3）结构的规则性问题。新规范对这里的内容做出了较大的变动，新规范在这里增加了非常多的限定条件，譬如：嵌固端上下层刚度比信息、平面规则性信息等，另外新规范使用强制性条文，明确指出“建筑不适合采用非常不规则的设计方案。”所以结构工程师在查阅新规范的限定条件时必须密切关注，以使后期施工图设计阶段工作的不会被动。

3.2地基与基础设计

在进行地基基础设计时必须认识到地方性规范的重要。因为我国国土非常广大，地质条件也相当相对较为复杂，作为国家标准，一本《地基基础设计规范》是没有办法适用于全国各地的地基基础，所以作为建立在部门规章之下的地方性规章。地方性的“地基基础设计规范”能够把不同地区的地基基础设计处理方法等一些成功的经验规定和描述得更加准确和详细，因此，在地基基础设计的工程中，必须深入地学习地方规范，以免对后期设计工作或整个结构设计造成较大的影响。结构工程师一直是比较重视地基与基础设计，不只是因为此阶段设计的好坏会直接影响后期工作，与此同时也是由于地基基础也是所有工程造价的关键性因素，所以，在这一阶段出现的问题，可能会是非常严重的甚至会造成无法估计的损失。

3．3结构计算与分析

在结构分析与计算过程中，如何高效、准确地对工程按照规范要求进行设计和处理并内力，关系到工程设计质量的好坏。因为新规范对结构整体分析和计算的部分内容做出了相当多的改进和调整，所以，对这一阶段中的比较常见的问题必须有清晰的了解。（1）振型数目是不是充足。新规范增添了一个振型参与系数，而且明确指出了这个参数的限值。因为在旧设计规范里面，并没有提到振型参与系数的，或就算有这个概念，这个参数的限值也不一定与新规范的要求符合，所以，在这个阶段必须分析计算结果中该参数的结果，并且决定是不是要调整振型数目的取值。（2）地震力是否需要放大，分析建筑隔墙对自振周期的作用。实际上这部分内容在新老规范中都提到过，不过，新规范中根据大量实测周期明确指出了不同结构体系下高层建筑结构自振周期折减系数的取值。（3）选择结构整体的计算软件。当前比较常用的计算软件的种类有很多，但是，由于各软件采用的计算模型有很大的差异，所以导致了各种软件的计算结果都有或小或大的差异。因此，在对工程整体结构分析和计算时一定要根据计算软件模型的特点和结构类型选择适合的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是意义不大的、哪个是可以作为参考的、哪个是合理的，这是在设计工作中结构工程师首要的工作。不然，如果选择了不合适的计算软件，不但有可能使结构有不安全的隐患存在，而且会浪费大量的时间和精力。

4结束语

高层建筑的结构设计是个复杂的课题。掌握结构的受力原理和材料的性能，是进行高层建筑结构设计的前提条件。了解规范条文的宗旨，在设计中不断学习，就可在设计中不断进步。

本文作者：潘伟军单位：浙江美源建筑设计有限公司