浅谈高层建筑结构设计梁定范

浅谈高层建筑结构设计梁定范

梁定范

身份证号码：45092419841018xxxx广西南宁

摘要：随着我国经济的不断发展，城市建设也不断扩张，城市里的土地资源日益稀缺，高层建筑不断涌现，他给我们带来了更多的工作、生活使用空间，带来了更多的绿地，使得城市越来越美，但是由于其体量大对周围的环境影响也较大，高层建筑的设计安全也日益引起人们的关注。

关键词：高层建筑；结构设计

引言：随着社会与经济的蓬勃发展，特别是城市建设的发展，高层建筑在城市中应运而生。城市中的高层建筑成为反映城市经济繁荣和社会进步的重要标志。随着对高层建筑使用功能要求的日益严格，高层建筑的高度不断增加，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。

1.高层结构设计坚持的具体原则

1.1重大轻小

建筑结构设计中常常涉及到了很多关键的理念，如：“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等，这些都是设计师门需要重视的问题。尽管对于结构体系而言，其是由不同的构件协调构建起了，而由于不同的构件都发挥着不同的作用，其在整个建筑中也有轻重之分。

1.2层层设置

安全的结构体系在设计过程中必须要层层设置，尤其是当灾难发生时将会在抵抗外在破坏中发挥有效作用。若仅仅将抗风险的希望都集中寄托在建筑的某一个结构上，这是很不稳定的。多肢墙好于单片墙，框架剪力墙好于纯框架好等等，这些都是层层防线的设计思路的重要表现。

1.3优劣互补

科学的建筑结构体系需要坚持优劣互补的原则。结构太刚其变形能力差，若建筑受到巨大的破坏力时，则应具备的承受的力更大，经常会发生局部受损以至于全部毁坏，而太柔的结构尽管能够限制外力，但经常因为变形过大而难以正常运用。

2.选择合理的结构类型

高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构。竖向荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看，竖向荷载方向不变，随建筑物的增高仅引起量的增加；而水平荷载可来自任何方向。当为均布荷载时，弯矩与建筑物高度呈二次方变化。从侧移特性看，竖向荷载引起的侧移很小，而水平荷载当为均布荷载时，侧移与高度成四次方变化。由此可以看出，在高层结构中，水平荷载的影响要远远大于竖向荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素。结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。

高层建筑有上述的受力特点，因此设计中在满足建筑功能要求和抗震性能的前提下，选择切实可行的结构类型，使之具有良好的结构性能、经济效果和建筑速度是非常必要的。高层建筑上常用的结构类型主要有钢结构和钢筋砼结构。钢结构具有整体自重轻，强度高、抗震性能好、施工工期短。并且钢结构构件截面相对较小，具有很好的延性等优点。但造价相对较高。与钢结构相比，现浇钢筋砼结构具有结构刚度大，空间整体性好，造价低等优点，可以组成多种结构体系，以适应各类建筑的要求，在高层建筑中得到广泛应用。其突出缺点是结构自重大，抵抗塑性变形能力差。因此，高层建筑采用何种结构形式，应取决于其结构体系和材料特性。

3.高层建筑的细部结构设计

3.1建筑基础的设计与布置

高层建筑的上层结构载荷很大，基础底面压力也很大，应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。根据上部结构类型、层数、载荷及地基承载力，可以用筏型基础或箱型基础；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可以采用桩基或复合地基。

筏型基础一般有两种做法：倒肋形楼盖式和倒无梁楼盖式。倒肋形楼盖的筏基，板的折算厚度较小，用料较省，刚度较好，但施工比较麻烦，模板较费。如果采用板底架梁的方案有利于地下室空间的利用，但地基开凿施工麻烦，而且破坏了地基的连续性，扰动了地基土，会降低地基承载力；采用倒无梁楼盖式的筏基，板厚较大，用料较多，刚度也较差，但施工较为方便，且有利于地下空间的利用。当地基极软且沉降不均匀十分严重时，采用筏形基础，其刚度会显得不足，在这种情况下采用箱型基础就较为合理。箱型基础刚度大、整体性好、传力均匀；能适应局部不均匀沉降较大的地基，有效地调整基地反力。

在浅层地基承载力比较软弱，而坚实土层距离地面又较深的时候，采用其他类型的基础就不能满足承载力或变形控制的要求。这时应当考虑采用桩基础。桩承台的作用是将上部荷载传给桩，并使桩群连成整体，而桩又将荷载传至较深的土层中区。桩距应尽可能的大，在充分发挥单桩承载力的同时，还能发挥承台土的反力作用，以取得最佳效果。

3.2结构平面的设计与布置

平面形状简单、规则、对称尽量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭转效应大，会加大端部构件的位移，导致应力集中。平面突出部分不宜过长。扭转是否过大，可用概念设计方法近似计算钢心、质心及偏心距后进行判断，还可以比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形，其比值超过1.1者，可以认为扭转太大而结构不规则。高层建筑不应采用严重不规则的结构布置，当由于使用功能与建筑的要求，结构平面布置严重不规则时，应将其分割成若干比较简单、规则的独立结构单元。对于地震区的抗震建筑，简单、规则、对称的原则尤为重要。

3.3结构立体的设计与布置

结构竖向布置最基本的原则是规则、均匀。规则，主要是指体型规则，若有变化，亦应是有规则的渐变。体型沿竖向的剧变，将使地震时某些变形特别集中，常常在该楼层因过大的变形而引起倒塌。均匀是指上下体型、刚度、承载力及质量分布均匀，以及它们的变化均匀。结构宜设计成刚度下大上小，自下而上逐渐减小。下层刚度小，将使变形集中在下部，形成薄弱层，严重的会引起建筑的全面倒塌。如果体型尺寸有变化，也应下大上小逐渐变化，不应发生过大的突变。上下楼层收进使得体型较小的情况经常发生，对于收进的尺寸应当限制。

4.高层建筑的抗震设计

4.1抗震设计的四项基本原则

4.1.1建筑物的基本周期应避开地震引发的场地卓越周期。一个地区地震引发的地面运动总存在一个破坏性最强的主振周期，把由若干次地震地面运动记录整理和归纳出的反应谱主振周期称地震（场地）卓越周期。为避免共振发生，应尽量准确地确定地震卓越周期，同时用调整结构层数、结构类型、结构体系等办法使结构的自振周期和地震卓越周期拉大差距。

4.1.2建筑结构平面尽量规整简单。

4.1.3建筑立面要求体形、刚度匀称，不宜上下层的平面刚度变化太大。

4.1.4严格控制建筑总高度。一般而言，建筑越高所受地震力及倾覆力矩越大，破坏可能性也越大。

4.2结构地震反应计算的基本原理

建筑结构由地震作用引起的地震反应包括水平振动和竖向振动，前者比后者远为强烈。工程设计中求解地震反应的一般方法大致分为两类，一类是反应谱分析法，既考虑地震时的地面加速度反应，也考虑建筑结构的动力特性，把最大的地面加速度值（乘以质量）这一惯性力，以等效静力荷载代替，进行结构内力和变形分析；另一类是直接动力分析法。对一般的高层结构大多可采用反应谱法。

4.3建筑结构地震作用的计算步骤

①确定结构受两向总地震作用，并假定地震作用只沿结构两个主轴方向发生；

②计算出总地震作用在结构各个片平面单元之间的分配，和沿结构高度的各层之间的分布；

③进行结构的抗震变形验算，以控制结构整体上能保证实现“大震不倒，中震可修，小震不坏”的抗震目标；

④进行结构内力分析，计算出各构件的截面内力

⑤通过进行内力组合，按最不利内力进行截面设计；

⑥确定抗震构造措施。

5.结语：

高层建筑有越来越多的趋势，是城市的主要建筑大厦，有些甚至是地标性建筑，在结构设计上要注意对城市和周围环境的影响。作为一名设计者要最大限度的保证结构设计的安全性，同时还要注意其美观性。

参考文献：

[1]余振林.建筑结构设计中应注意的问题浅析[j].黑龙江科学技术出版社，2012（12）.

[2]江敏.试析建筑结构设计的要点[j].价值工程，2012（27）.

[3]凌涛.建筑结构设计探析[j].中国科技博览，2013（26）.