高层建筑结构设计特性

【摘 要】建筑高度的增长,经济、安全性问题也更加受到人们重视,特别是今年来自然灾害不断,更加引起社会对高层建筑安全性的关注,这就要求结构师深刻把握高层建筑特性,设计出好的建筑结构.

【关键字】高层建筑,结构,结构体系,抗震,经济

1高层建筑结构选型

结构选型对结构至关重要,他从总体上决定了一个结构的适用性,经济性,抗震性能等.

结构选型不单纯是结构问题,而且一个综合性的科学问题,其整个过程相对较为复杂,它所涉及的学科多、综合性强,其选型受着很多因素的影响与制约,需要通过相关专业的工程师与专家进行不断的沟通协调与密切配合来完成.在结构选型中,要考虑以下因素：（1）所选结构类型应对建筑的功能有较大的适应性；（2）工程造价和投资能力；（3）施工条件、技术条件和施工工期的要求；（4）建筑材料和能源的供应；（5）建筑的美学要求,包括建筑群及其与环境的配合；（6）建设场地的地形、地貌和自然灾害的特点.

高层建筑结构体系按结构受力特点分有框架结构,异形柱结构,框架-剪力墙结构,筒体结构,混合结构以及钢结构和混合结构.高层建筑按照结构材料不同也可以分为钢筋混凝土结构,钢结构,钢-混凝土混合结构.不同结构体系适用于不同的建筑功能的要求.

一般来说钢筋混凝土结构体系造价较低,取材丰富,耐久性和耐火性较好,维护费用低,可模性好,结构造型灵活,整体性能好；但是其自重大,构件占据面积大,抗裂性能差,延性较差,修复和补强比较困难,施工速度慢.而钢结构体系具有强度高、构件截面小、抗震性能好；工厂化程度高,施工方便,建设周期短.钢结构的缺点是结构材料较昂贵,造价较高,钢材易于锈蚀,防火性能较差,设计施工技术也较复杂.钢一混凝土混合结构将钢构件和钢筋混凝土构件两者并用,互相取长补短,充分利用钢构件具有的材料强度高、截面尺寸小、能提供较大跨度空间的优点,同时利用钢筋混凝土墙体或筒体具有的较大的抗侧刚度和较高的抗震承载力.然而型钢与混凝土连接问题一直是不容忽视的大问题.

总之,合理选择结构方案：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.

2高层建筑结构设计要点与措施

2.1选用适当的计算简图

结构计算是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设计师对结构安全的错误判断,最终酿成工程事故,所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件.

2.2合理分析计算结果

目前结构设计中普遍采用计算机辅助结构设计软件进行结构构件设计,但是由于目前软件种类繁多,各个软件适用检测定条件和范围不同,因而计算结果也会有差别,因此设计师应对程序的适用条件要求等进行全面深入了解.在计算机辅助设计时,由于程序的检测定结构实际情况不相符合,或人工输人有误,或软件本身有缺陷均会导致计算结果错误,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.

2.3.选择合理的控制参数

在高层建筑结构设计中,有几个需要特别注意控制参数,这几个参数直接影响建筑结构的安全性,合理的调整控制参数,可以提高建筑结构的整体控制效率,增加建筑结构的合理性.特别注意以下几个参数的控制：

（1）轴压比：轴压比的限制可以保证建筑结构的延性要求,通过增大墙、柱的截面,或者提高墙、柱混凝土强度等力法进行调整.

（2）层间位移角：合理结构的层间位移角,可以保证高层建筑结构的稳定性,避免因出现过大位移影响使用,层间位移角的改善一般是通过加强竖向构件刚度的方法进行调整.

（3）周期比：建筑结构的抗扭刚度不能太弱,周期比可以通过改变结构布置进行调整.

（4）剪重比：限制各楼层的最小水平地震剪力,确保建筑结构的安全剪,重比可以通过加强竖向构件刚度的方法进行调整.

（5）刚度比：刚度比的规范主要是为了是建筑结构布置更有规则性,避免建筑结构沿竖向突变,形成薄弱层.加强下层墙、柱和梁的刚度,或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度可以调整刚度比.

2.4应特别注意的构造措施

结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点原则”,注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度；考虑温度应力的影响力.

2.5针对结构的复杂性的技术措施

对结构的结构,常见的技术措施有：1）选用相适应的结构抗侧力体系；2）选择合适的楼面结构以及转换结构；3）加强端部构件,提高抗扭刚度,减少结构扭转效应；4）进行抗震性能化设计,明确关键部位抗震设计性能化目标,必要时验证其中震及大震下的抗震性能；5）加强技术分析和研究工作；6）采用高强混凝土材料、组合楼板、空心楼盖等措施降低楼面自重；7）对关键楼层（如加强层、嵌固端）以及大洞口周围进行必要的楼板加厚或配筋加强以提高整体性；8）采用钢结构、钢管混凝土结构、型钢混凝土结构提高结构抗震性能及变形能力；9）合理的节点构造保证受力和施工的可实施性；10）抗震等级适当提高.

3高层建筑结构设计经济性

3.1结构经济性

（1）在高层建筑中,结构造价占超高层建筑投资比例较大.因此,在结构设计中应从概念设计出发,从体型、体系、材料和施工等多方而综合考虑提高结构的经济性.

（2）安全、适用、经济是结构设计的三要素.影响结构造价的各因素相互影响、相互制约甚至需要相互妥协.结构工程师与建筑师应密切合作才能得到优化的建筑体型、结构体系以及性价比最好的结构总体方案.

（3）高层项目都是个性化的创造,有其地域性和特殊性,其结构造价指标没有统一标准,也不应有统一标准.但创新、精心、优化的结构设计是降低超高层建筑结构造价的必然途径.

3.2综合经济性

判别结构所用材料的经济性,不能单独地将钢结构与混凝土结构的造价相比较,而必须考虑所有影响造价的因素.在超高层建筑的结构总造价中,结构材料直接费约占50%左右,另外50%为现场安装所需人工费和设备费用.因此,在结构材料选用时,除了节省结构材料用量外,还应考虑结构材料的施工特点,（如钢筋、钢材的）波动以及是否适合当地具体条件、材料供应情况、劳动力成本、技术与管理状况.

结束语

结构体系选择是建筑结构设计初始必须重视阶段,需要与方案人员协商并对各种结构体系反复对比,从而选取合理的结构体系.结构设计中各个措施是保证结构安全的重要手段,也是结构设计师必须要严格运用的方法.高层建筑结构设计是个系统的,全面的工作,需要扎实的理论知识功底,灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度.设计人员要从一个个基本的构件算起,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其它专业来进行设计,在工作中应事无巨细,善于总结对比和反思工作中的经验和教训.

【参考文献】

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