高层建筑研究

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摘要：随着我国经济的快速发展,高层建筑也在飞速增加,从而产生了巨大的冲击力。建筑结构设计方面的变化也越来越多,很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。本文通过对高层建筑特点的阐述,指出高层建筑结构的设计原则。

关键词：高层建筑；结构； 特点； 设计原则；

鉴于我国高层建筑呈几何级快速增长，高层建筑的类型和功能也变得越来越复杂，而其结构体系也变得更为多样化，在此过程中出现任何遗漏或者错误，都极有可能导致整个设计变得更为复杂，或者造成设计的不安全。因此，高层建筑的结构设计问题是一个长期而复杂的过程，也是建筑师开展设计工作的重点与难点。

1.高层建筑结构设计方面的原则

1.1 选用适当的计算简图：结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

1.2 选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

1.3 合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。

1.4 正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

1.5 采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。

2. 一、高层建筑结构设计的基本特点

2.1高层建筑的水平荷载已成为决定性要素

由于楼房的自重与楼面使用荷载在竖构件当中所造成轴力与弯矩之数值，仅仅和楼房高度的一次方成正比关系，而水平荷载对于结构所形成的倾覆力矩及由此而在竖构件当中所引起之轴力，和楼房高度的二次方成正比关系。因此，对于某一座具有一定高度的建筑物来说，竖向荷载主要为定值，而水平荷载之风荷载的数值随着结构动力特点之不同而出现了较大变化。

2.2高层建筑的轴向变形不可忽视

高层建筑的竖向荷载值较大，可在柱中引发比较大的轴向之变形，将对连续梁弯矩造成直接影响，导致连续梁中间的支座处负弯矩值出现减小趋势，不仅跨中正弯矩之和端支座负弯矩值将会增大，而且还将对预制构件下料长度形成影响，因而要求依据轴向变形来计算，并对下料长度作出调整。

2.3侧移已经成为控制性指标

与较低建筑物有所不同的是，结构侧移成了高层建筑物结构设计当中的重要因素。因为楼房高度在不断增加，由于水平荷载下的结构侧移变形快速变大，所以水平荷载作用之下的结构侧移应当被控制于限度以内。

2.4结构延性成为重要的设计指标之一

相对一般楼房来说，高层建筑物的结构显得更柔，因而一旦出现地震，其变形也会更加大。为确保结构在塑性变形之后仍然能有较强的变形能力，从而避免出现倒塌，因而十分需要在结构上运用合理之措施以保证结构能够有一定的延性。

3 高层建筑的结构布置原则

3.1 结构平面布置。大量震害经验表明，建筑物平面不对称、刚度不均匀、高低错层、屋顶局部突出或沿高度方向刚度突变等，都容易造成震害。在考虑抗震设计时，结构的平面布置、体型及构造措施是否合理比计算是否精确更直接影响结构安全。在高层建筑的一个独立单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀、对称，要使结构的刚度中心和质量中心尽量重合，以减少水平荷载作用下扭转的影响。建筑平面长度不宜过长，否则可能因两端振动不一致使建筑物破坏。不应采用严重不规则的平面设计。

因城市规划、建筑艺术和使用功能的需要，对平面形状的要求，一般不会非常简单，所以《高层建筑混凝土结构设计技术规程》（JGJ3-2002）对抗震设计的A 级高度钢筋混凝土高层建筑的平面布置提出如下具体要求：①平面宜简单、规则、对称，减小偏心；②平面长度不宜过长，突出部分长度L 不宜过大；③不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。抗震设计的B 级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构的高层建筑其平面布置应简单、规则，减少偏心。

3.2 结构竖向布置。结构竖向设计应做到刚度均匀而连续，避免由于刚度突变而形成薄弱层。在地震区高层建筑的立面宜采用矩形、梯形、金字塔形等均匀变化的几何形状。高层建筑结构的竖向抗侧移刚度的分布宜从下而上逐渐减小，不宜突变。在实际工程中往往沿竖向分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级。截面尺寸的减小与混凝土强度等级的降低应在不同楼层，改变次数也不宜太多。《高层建筑混凝土结构设计技术规程》（JGJ3-2002）对需要抗震设防的高层建筑，要求沿竖向体型应规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向设计严重不规则的结构。

抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻的上部楼层侧向刚度的70％或其上相邻三层侧向刚度平均值的80％。结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。A 级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80％；B 级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的75％。注：《高层建筑混凝土结构技术规程》将钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比分为A 级和B 级。B 级高度高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可较A 级适当放宽，其结构抗震等级、

有关的计算和构造措施应相应加严。

设计高层建筑中充分地把握各种尺度，结合人的尺度，满足人的使用、观赏的要求，必定能创造出优美的高层建筑外部造型。对于高层建筑这就要求结构设计人员在工作中严格要求自己，不断学习新规范，力求掌握更为合理的结构计算方法。