1、高层建筑结构设计探讨摘 要：本文作者分析了高层建筑结构设计的特点，同时分别阐述了几种结构体系，供大家参考借鉴。关键词：高层建筑；结构设计；分析Abstract: In this paper, the author analyzes the high-rise building structural design features, and simultaneously and respectively expounds several structural systems, for your reference.Key words: high-rise building; structure 2、design; analysis中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）高层建筑结构设计中应根据实际情况做好结构分析，多做方案比较。否则任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。本文就高层建筑结构设计的特点作简要的分析、探讨，同时分别对几种结构体系作简要阐述。1 高层建筑结构设计的特点1.1 结构设计的主要因素在高层建筑工程项目中，建筑结构的设计主要取决于结构自重所产生的水平荷载。究其原因，主要是由于建筑的自重对竖向构件施加荷载所产生的弯矩数值、轴力数值，将随着建筑层高的增加而呈小倍数同步增长；而建筑自重所产生的3、水平荷载，对竖向构件施加作用力所引起的轴力、对结构体系施加的倾覆力矩，将随着建筑层高的增加而呈多倍数同步增长。此外，一般情况下，高层建筑的竖向荷载通常是不变的，而当建筑结构的动力特性发生改变时，作为水平荷载的地震作用、风荷载的具体数值将不同程度的发生变化。1.2 主要控制指标相较于普通建筑、多层建筑，高层建筑结构设计的控制，其关键在于建筑结构的位移，而随着现代高层建筑的层数的不断加大、水平荷载的持续增加，其主体结构的侧向位移、变形幅度也将同步加大。在实际进行高层建筑的设计时，不仅需要考虑到建筑结构的强度要求，同时还要保证其具有足够的抗推刚度，从而在水平荷载下，将结构的位移控制在安全范围之内。14、.3 轴向变形问题由于现代高层建筑的层数不断增加，其竖向荷载所施加的作用力也将同步提高，从而往往会造成柱体内部出现大幅度的轴向变形，以至于影响到连续梁弯矩，最终势必会降低连续梁中部支座区域的负弯矩数值，而端支座的负弯矩数值、梁跨中正弯矩数值将有所增加。此外，轴向变形还会影响到建筑预制构件的下料长度。在实际进行构件的预制时，应根据轴向变形的具体情况进行全面、系统的计算，将其结果作为主要依据，及时调整下料长度。1.4 关键设计指标在由地震所产生的作用力之下，相较于普通房屋、多层建筑，高层建筑结构延展度、允许变形幅度较大。究其原因，主要是由于高层建筑的高度过大，在外在作用力之下，为避免发生倒塌，需要5、在建筑的构造上采取特殊处理，以此保证建筑的主体结构在进入塑性变形期后，仍具备一定的变形能力，提高其延展性，保证变形范围的最大化。2 高层建筑结构设计方案的对比以某在建12层的高综合写字间为例，该建筑的长、高、宽分别为48m、36m、18m，两侧共设有9根纵向间距设定在6m、横向间距设定为18m的柱体。此外，建筑的内部设有612m的管道井筒、电梯。结构设计方案1：该方案是利用建筑的框架结构来承担所有水平力，在方向不变的风载作用下，框架两侧的柱体各自处于受压、受拉状态，按照有关公式经过计算得出67.23618/18=2418.2KN，即总压力、拉力。在此基础上，通过计算公式 2419.2/9=266、8.8KN/柱 7 3 910=1890KN可得9根柱体的平均受力小于恒载，建筑的基础相对稳定、安全。结构设计方案2：经过详细计算636（6+12）2，可得出建筑井筒墙的重量为7776KN，而井筒所承受的风力荷载为1.468=67.2KN/m，建筑结构的竖向荷载约15120KN左右，抵抗倾覆弯矩的竖向荷载为22896KN。最后，通过计算合力偏心距，e=M/G=67.2 3618/22896=1.9m，确认其超出安全范围、不符合稳定标准，必须采取基础加固措施。综合考虑多种形式的水平荷载，对两种方案进行对比、分析，不难发现，方案1的稳定性、安全性优于方案2。由此可见，高层建筑结构设计有着多种体系，7、在设计前应综合考虑项目的实际需要与情况，进行严格的筛选，从中选取最佳方案才能确保建筑的质量安全。3 高层建筑的结构设计体系3.1 剪力墙结构体系高层建筑的剪力墙体系，其主要是指全部采用了平面剪力墙构件的主体受力结构。在此种高层建筑结构设计体系中，所有的水平作用力、垂直荷载均施加在单片剪力墙之上，该结构设计体系主要采用的是刚性结构，从而有着较高的刚度、强度，其位移曲线呈弯曲形态。高层建筑采用剪力墙体系的优点在于，延展性较强，传力均匀且性能较强，有着良好的整体性，适用高度超出框架、框架剪力墙体系，是一种性能良好、状态稳定的结构体系。3.2 框架结构体系高层建筑结构的设计，倘若采用框架结构体系，其主8、要是利用柱体、梁架、基础共同组成一个平面框架，同时将其作为建筑的主要承重结构，最后通过梁的连结，使各个平面框架组合形成一个整体的空间结构体系。此种结构体系的优点在于：可灵活布置建筑的内部平面，可从中设置空间容积较大的餐厅、会议室、教室等；必要时，可通过隔断的安设与拆除，将建筑的平面布局为大空间或分割成小居室，灵活调整以满足使用需求；建筑的外墙通常会选择使用非承重构件，从而能够自由调整建筑的立面设计。值得注意的是，此种结构的刚度较小、抗测力能力较差，在地震所产生的荷载与水平荷载的作用力下，将发生大幅度位移、破损，对于超出十五层高度的建筑不宜采纳，相反则可实现建筑结构经济性、安全性的平衡。3.3 9、框架剪力墙体系对于选择框架结构体系的高层建筑，倘若其刚度、强度无法满足安全标准及有关要求时，通常需要利用质量较大的剪力墙，来替换建筑平面部分位置的框架结构，使剪力墙与框架形成一个整体，即框架剪力墙结构体系。在水平荷载的作用下，充分利用了刚度较强的连梁、楼板，使剪力墙结构体系部分与原有框架结构体系形成一个整体，协同承受水平力。高层建筑采用框架剪力墙结构体系，水平剪力主要由剪力墙部分结构来承受，而垂直荷载则由原有框架结构承担，其位移曲线呈弯剪形态。此种结构体系的优点在于：通过剪力墙的增设，提高了建筑结构体系的侧向刚度，大幅缩减了建筑的位移数值，同时也有效降低了原有框架结构所负担的水平剪力并竖向均匀10、地分散了内力。由此可以看出，此种结构体系的总体性能优于框架体系。3.4 筒体结构体系筒体结构体系，其主要是指将筒体作为主要抗侧力构件的建筑结构。高层建筑所采用的筒体受力构件，可大致将其分为空腹筒、实腹筒两种。其中，空腹筒受力构件，主要是由开孔钢筋混凝土外墙、密排柱、窗裙梁以几种组合方式构成的构件；实腹筒受力构件，主要是由曲面墙、平面墙共同围组而成的立体竖向结构单体。此种体系的优点在于：强度、刚度较大；各个构件的受力均匀、合理；有着良好的抗震性能、抗风能力。对于空间、跨度较大的超高层建筑，采用此种结构体系较为适宜。4 结束语现阶段我国多数高层建筑工程的结构设计均采用了钢筋混凝土剪力墙体系、剪力墙筒体结构体系，此外较为常用的还有框架结构体系、筒体体系等。无论采用哪种结构体系，在高层建筑项目的设计前期，都需要结合、运用建筑结构概念设计理论，综合考虑业主的要求与项目的需要，对比、筛选设计体系与方案。文章转自中国月期刊