建筑設計職稱論文高層建筑結構設計的特點

　　摘要：本文探討高層建筑結構的設計首先必須以其不同結構體系產生的影響為依據(jù)，選擇最為合理的方案。

　　關鍵詞：高層建筑,結構設計,原則,特點,體系

　　1高層建筑結構設計的原則

　　適用、安全、經濟、美觀、便于施工是進行高層建筑結構設計的原則。一個優(yōu)秀的建筑結構設計往往是這五個方面的最佳結合。完美的建筑結構設計就是在努力追求這五個方面的最佳結合的過程中產生的,適用、安全、經濟、美觀、便于施工是結構設計人員最終努力的目標,是結構設計的最佳體現(xiàn)。

　　結構設計一般在建筑設計之后,“受制”于建筑設計,但又“反制”于建筑設計。結構設計不能破壞建筑設計,應滿足、實現(xiàn)各種建筑要求;高層建筑設計不能超出結構設計的能力范圍,不能超出安全、經濟、合理的結構設計原則。結構設計決定高層建筑設計能否實現(xiàn),從這個意義上講,結構設計顯得更為重要,雖然一棟標志性建筑物建成后,人們只知道建筑師的名字,但一個適用、安全、經濟、美觀、便于施工的結構設計也是工程師們的驕傲和成就。

　　2高層建筑結構設計的特點

　　高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。

　　2.1 水平力是設計主要因素

　　在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比(N=WH);而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比(水平均布荷載：M=1/2qH2，水平倒三角形荷載：M=1/3qH2)，如圖一示。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。

　　2.2 側移成為設計的控制指標與低層或多層建筑不同，結構側移成為高層結構設計中的關鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結構的側向變形迅速增大，與建筑高度H 的4 次方成正比：

　　此外，高層建筑隨著高度的增加、輕質高強材料的應用、新的建筑形式和結構體系的出現(xiàn)、側向位移的迅速增大，在設計中不僅要求結構具有足夠的強度，還要求具有足夠的抗側剛度，使結構在水平荷載下產生的側移被控制在某一限度之內，否則會產生以下情況：①因側移產生較大的附加內力，尤其是豎向構件，當側向位移增大時，偏心加劇，因P- △效應而使結構產生的附加內力，甚至破壞;②使居住人員產生不安全感;③使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞，主體結構出現(xiàn)裂縫或損壞，影響正常使用。

　　2.3 抗震設計要求更高，延性成為結構設計的重要指標有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、中震可修、大震不倒。結構的抗震性能決于其“能量吸收與耗散”能力的大小，即決于結構延性的大小。延性是表示構件和結構屈服后，具有承載能力不降低、具有足夠塑性變形能力的一種性能，通長采用延性系數(shù)μ來衡量延性的大小，μ=△u/△y。

　　3.3概念設計與理論計算同等重要

　　概念設計是指一些難以做出精確力學分析或在規(guī)范中難以具體規(guī)定的問題，必須由工程師運用“概念”進行分析，做出判斷，以便采取相應措施。概念設計帶有一定經驗性。高層建筑結構的抗震設計計算是在一定假定條件下進行的。盡管分析的手段不斷提高，分析的原理不斷完善，但是由于地震作用的復雜性和不確定性，地基土影響的復雜性和結構體系本身的復雜性，可能導致理論分析計算和實際情況相差數(shù)倍之多。尤其是當結構進入彈塑性階段之后，會出現(xiàn)構件的局部開裂，甚至破壞，這時結構就很難用常規(guī)的計算原理去進行內力分析。實踐表明，在設計中把握好高層建筑的概念設計，從整體上提高建筑的抗震能力，消除結構中的抗震薄弱環(huán)節(jié)，再輔以必要的計算和結構措施，才能設計出具有良好抗震性能的高層建筑。將注重概念設計作為高層建筑結構的最高原則提出其主要內容為：應特別重視建筑結構的規(guī)則性(包括平面規(guī)則性和豎向規(guī)則性);合理選擇建筑結構體系包括：a.明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑;b.避免因部分結構構件的破壞而導致整個結構喪失承受重力、風載和地震作用的能力;c.結構體系應具備必要的承載能力和良好的變形能力，從而形成良好的耗能能力;采取必要的抗震措施提高結構構件的延性。

　　3高層建筑的結構體系

　　3.1框架結構體系

　　由梁、柱、基礎構成平面框架，它是主要承重結構，各平面框架再由梁聯(lián)系起來，形成空間結構體系。框架結構的優(yōu)點是建筑平面布置靈活，可以做成有較大空間的會議室、餐廳、車間、營業(yè)廳、教室等。需要時，可用隔斷分割成小房間，或拆除隔斷改成大房間，因而使用靈活。外墻采用非承重構件，可使立面設計靈活多變。但是框架結構本身剛度不大，抗側力能力差，水平荷載作用下會產生較大的位移，地震荷載作用下較易破壞。不高于15層宜采用框架結構，可以達到比較好的經濟平衡點。

　　3.2剪力墻結構體系

　　剪力墻結構體系是利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結構體系。墻體同時作為維護及房間分隔構件。剪力墻間距一般為3～8m，現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結構整體性好，剛度大，在水平荷載作用下側向變形小，承載力要求容易滿足，適于建造較高的高層建筑。而且其抗震性能良好，在歷次的地震中，都表現(xiàn)了很好的抗震性能，震害較少發(fā)生，程度也很輕微。但是剪力墻結構間距不能太大，平面布置不靈活，而且不宜開過大的洞口，自重往往也較大，不是很能滿足公共建筑的使用要求，而且其成本也較大。

　　3.3框架-剪力墻結構體系

　　框架-剪力墻結構體系由框架和剪力墻組成。剪力墻作為主要的水平荷載承受的構件，框架和剪力墻協(xié)同工作的體系。在框架-剪力墻結構中，由于剪力墻剛度大，剪力墻承擔大部分水平力(有時可以達到80%~90%)，是抗側力的主體，整個結構的側向剛度大大提高?？蚣軇t承受豎向荷載，提供較大的使用空間，同時承擔少部分水平力。由于有了剪力墻，其體系比框架結構體系的剛度和承載力都大大提高了，在地震作用下層間變形減小，因而也就減小了非結構構件(隔墻和外墻)的損壞。這樣無論在非地震區(qū)還是地震區(qū)，都可以用來建造較高的高層建筑。還可以把中間部分的剪力墻形成筒體結構，布置在內部，外部柱子的布置就可以十分靈活;內筒采用滑模施工，外圍的框架柱斷面小、開間大、跨度大，很適合現(xiàn)在的建筑設計要求。

　　除了上述的幾種結構體系外，還有其他一些結構體系，如薄殼、膜結構、網(wǎng)架等。隨著時代的進步，會涌現(xiàn)出越來越多更好的結構體系。這就需要不斷學習，從各方面考慮運用經濟合理的手段到達目標。

　　4結語

　　總之，高層建筑的高度和數(shù)量，從一個側面反映一個國家科學技術水平和經濟發(fā)展程度但對于高層建筑亦應適當控制，即要與原有建筑相協(xié)調，還要與城市歷史特點相協(xié)調。

　　參考文獻：

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　　[2]何輝，吳祖躍。淺談高層建筑結構的設計與分析[J]?？萍紕?chuàng)新導報，2009(13)

《建筑設計職稱論文高層建筑結構設計的特點》

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