49谭越4高层建筑结构设计及结构选型探讨.docx

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1、高层建筑结构设计及结构选型探讨摘要：在我国的城市建设中，高层建筑所占的比重越来越大，同时，在建筑结构的设计上，也出现了更多的变化，许多新型的结构设计方案，正以惊人的速度出现在我国的城市建设中。在这种情况下，应将超高层建筑的结构设计作为首要任务来进行研究。在高层建筑中，结构的选择是工程技术人员面临的首要问题。在选择高层建筑的时候，除了要综合考虑建筑的适应性、经济和抗震等因素外，还要综合考虑建筑的建造和安装等因素。关键词：高层；建筑；设计；探讨1高层建筑结构设计的特点1. 1水平力是设计主要因素在高层建筑的设计中，垂直荷载是最重要的因素。对于高层建筑，垂直荷载仍然是影响结构设计的主要因素，而水平荷

2、载则是决定因素。由于在垂直杆件中，结构自重及使用楼层荷载所产生的轴力及弯矩值，只与楼层高度的单次方成比例;同时，水平荷载给结构带来的倾覆力矩，以及由此而来的垂直杆件所承受的轴力，也与建筑物高度的平方成比例。同时，在某一高度的建筑物中，垂直荷载基本上是一个固定的值，但在水平荷载下，由于建筑物的动态性能，其值会发生很大的变化。1.2轴向变形不容忽视在框架-剪力墙组合结构的高层建筑中，一般都会出现框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力。中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。在结构高度较高的情况下，这两个方向上的位移差将非常大，其结果等同于连续梁中间支座的沉降，使得中间支座上的负弯矩减少，而跨中

3、正弯矩增加，端支座上的负弯矩增加。2高层建筑结构选型设计2.1高层建筑结构分类（1）框架结构该结构由梁、柱、楼板等构件构成，具有经济适用性强，自重轻，布置灵活，施工方便，可为建筑物内留出较大的室内空间，方便使用者使用；但是，框架结构也存在一些较为明显的缺点，比如抗侧移刚度小、应力集中现象较明显等等。抗震分析结果显示，如果在高层建筑中采用框架结构，则随着楼层高度的逐步提高,底部支柱所承受的弯矩和侧移会显著增加,在这种情况下,在高强度地震中，房屋很容易造成非结构性破坏，因此，在10层以下的建筑中，设计者更建议采用这种结构。（2）剪力墙结构这种结构可以利用墙壁，提高房屋的垂直承载能力和抗侧性能，帮助

4、提高房屋的刚度和稳定性，使用这种结构设计的房屋，横向变形不会太大；但这种结构也有一个很大的缺陷，那就是重量太大，限制了建筑的布局，限制了建筑的内部空间。（3）框剪体系结合其优势。在整个结构体系中，剪力墙起到的是承担建筑物的水平荷载,而框架起到的是承担建筑物的竖向荷载，所以，在设计阶段，设计者应该对建筑物的具体情况进行详细的分析，尽量将框架体系和剪力墙体系结合起来，让这两种体系都能够起到双管齐下的效果。一般来说，如果建筑物的层高不大于35层，则采用框架剪力墙结构，如果设计的比较合理，还可以增加楼层，通常，设计者会将剪力墙安装在建筑物的电梯室内，利用核心筒，以提高建筑物的水平承载能力。与单层框架结

5、构相比，框架剪力墙结构在水平承载力和侧向刚度上都有显著的提高，并且其布置方式也更加灵活。然而，由于受平面布局的影响，其质心和钢心很难完全一致，如果设计人员不能很好地解决这一问题，将会带来极大的安全隐患。在确定剪力墙数目时，建议设计者参照房屋的变形限值，在满足限值的前提下，至少要设置3个或更多的剪力墙。（4）圆筒结构这是一种由一根或几根圆筒组成的垂直承载结构，设计者可以在电梯间及大厦的外围，以圆筒的形式，布置剪力墙，以达到大厦的结构设计，并提高大厦的刚性和稳定性。最近几年，随着高层建筑的抗震设防要求越来越高，如果用平面框架剪力墙结构来设计，就很难达到建筑的抗震设防要求，因此，设计者可以把剪力墙设

6、计成一个空间薄壁筒，用悬臂箱型梁来表现，同时对柱进行加密，直到建筑达到抗震设防要求为止，从而提高建筑的实用性。2. 2影响高层建筑结构形式选择的因素高层建筑结构的选择是一件很复杂的工作，其影响因素也很多，设计者在设计过程中需要进行大量的数据调研和数据分析，并根据建筑设计的需要，科学地选择建筑结构。下面对高层建筑结构选择的影响因素进行了简单分析。(1)环境要素，主要是指建筑所处地区的环境特性，例如风压特性、施工场地特性等。(2)使用功能，对建筑物的使用功能要求，通常可以将高层建筑物，按使用功能划分为：住宅建筑、办公建筑、酒店建筑、综合楼等。在进行结构选择的时候，设计者应该对建筑物的特定功能进行研

7、究，并与其功能相结合，选择最适合的建筑结构。比如，在住宅建筑中，设计人员一般都会设置比较多的墙壁，并且各个楼层的内部设计也存在着很大的相似之处，所以使用框架剪力墙结构来设计这一种建筑物是比较合适的。(4)施工方面，由于高层建筑的施工工作量很大，所以在选择设计时，设计者还应该考虑到各个建筑构造的施工方便程度，从而保证整个项目的施工能够顺利而有效地进行。3高层建筑结构选型与建筑设计对于低层、多层高层建筑设计的基本原理基本相同。但随著高度的增大，垂直结构系统将会受到两方面的影响：一是垂直荷载越大，柱、墙及井眼越大；此外，由于侧向力引起的翻转力矩及剪力变化较大，因此需要对翻转力矩及剪力进行合理设计。高

8、层建筑的垂直结构是自上而下地传递累积的荷载，需要有更大的柱子或墙体截面。此外，垂直结构系统还需要将水平荷载如风、地震等的荷载传递到地基上。但相对于垂直荷载,水平荷载的作用并非线性,且随着高度的增加，其作用会迅速增加。比如，当其他条件相等时，当受风时，房屋底部的倾覆弯矩约为房屋高度的平方，房屋顶部的水平位移约为房屋高度的四次方。而地震的影响则更为明显。对于低层或多层建筑物按恒载及活荷载设计时，则一般以柱子、墙体、楼梯或升降机等为基础，其所需之水平力，则其所需之抗剪力为主要之问题。在“矮”房屋的构架中，如果采用部分板件或全部板件的方法，就很容易达到合适的附加支承作用，而无需增加原有的竖向荷载所需的

9、柱、梁等。而高楼则不是这样。这是由于高层结构所面临的首要问题并非只是抗剪力，而是抗弯力和抗剪力。为保证高层建筑能承受较大的水平荷载及侧移,通常需要采用较大的柱、梁、墙、板等截面。4高层建筑结构分析与设计要点分析4.1结构侧移成为控制性因素与低层的建筑物相比，高层建筑的侧向位移是其设计时的主要控制指标，且随着楼层的升高，其侧向变形将迅速增大。为此，在高层建筑的设计中，既要保证每个构件都有足够的强度来抵抗风、地震等外力，又要保证整个结构有足够的抗侧移刚度，使其在水平载荷下产生的水平位移能够被控制在规范允许的范围之内。因此，在高层建筑中，抗侧移的强弱对结构的安全性、功能的充分发挥起着至关重要的作用。

10、4.2结构延性成为重要考虑因素相对于低层、大跨度的房屋,高耸房屋的柔度较大,且在同等的地震荷载下，其变形更大。为了防止结构整体坍塌等严重后果，在结构设计中必须保证其在进入塑性受力状态后仍然具备较大的变形耗能。为了使整个结构既有较好的延性又有较好的耗能性能，设计者往往需要对其相应部分进行适当的加固。5结束语现代高层建筑结构设计是一种综合的技术工作，它涉及到了数学分析、结构设计和计算机优化设计，它是一种具有很强创新性的实践活动。因此，寻求新型的结构型式，建立更为合理的受力模型，是我国土木工程设计人员努力的方向。参考文献：1吕杨.高层建筑结构设计及结构选型探讨J.城市建设，2012(34).2何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨J.价值工程，2010,29(6):214-214.3白伟宁.高层建筑结构设计及结构选型探讨J.建材与装饰，2015(31):47-47.