高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨(dú)特的藝術(shù)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，期待它們能激發(fā)您的靈感。

篇1

關(guān)鍵詞：高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)原理；原理應(yīng)用

改革開來以來，我國城鎮(zhèn)化建設(shè)腳步一直在不停加快，城市人口也在快速增長，使得城市土地變得寸土寸金。于是，為了有效利用有限的城市土地資源，提高城市土地利用率，近幾年來，在城市建筑中，建筑結(jié)構(gòu)逐漸向高層建筑發(fā)展。并且，這種趨勢現(xiàn)在已經(jīng)變得越來越明顯，城市高層建筑高度越來越高，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，同時(shí)，高層建筑的使用功能也逐漸呈現(xiàn)出功能多樣化的發(fā)展趨勢。比如，在同一棟高層建筑內(nèi)，將建筑分成上中下三個(gè)不同的組成部分，上層為住宅功能區(qū)，中層為辦公功能區(qū)，下層為購物、餐飲功能區(qū)，徹底改變了以往一棟建筑只提供一種使用功能的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。而由于在同一棟建筑內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多種不同使用功能，每一種使用功能對建筑物建筑結(jié)構(gòu)和建筑空間的要求都不一樣，因此，為了能夠更好的實(shí)現(xiàn)不同功能的轉(zhuǎn)換，需要在建筑物施工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)置轉(zhuǎn)換層。目前，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的就是設(shè)計(jì)、計(jì)算以及施工都比較簡單的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。

1 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在國內(nèi)發(fā)展歷程

我國最早是在上世紀(jì)七十年代開始在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，最開始的時(shí)候，我國在高層建筑中應(yīng)用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)建筑物底層大開間的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并沒有從根本上實(shí)現(xiàn)對建筑功能的轉(zhuǎn)換。不過，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在我國發(fā)展的極為迅速，到了上世紀(jì)九十年代，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就已經(jīng)列入了我國建筑結(jié)構(gòu)體系和設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定中，并且政府部門對該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也比較重視，一直在通過不斷的摸索和總結(jié)來完善梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和流程[1]。

我國最先應(yīng)用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的建筑是在上世紀(jì)七十年代末落成于上海，這座最早的應(yīng)用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的建筑高度為十三層，為底層大空間結(jié)構(gòu)建筑，但是，當(dāng)時(shí)這座建筑的功能依舊比較單一；接著，在1983年，在大連建成了另一座高度為十五層的應(yīng)用了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)多功能的高層建筑，這座建筑，下三層為大空間結(jié)構(gòu)，提供購物、餐飲功能，上十二層為提供住宅功能的住宅區(qū)。自此之后，我國應(yīng)用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的多功能高層建筑開始逐漸興起，并迅速成為我國建筑群組成的一部分。

進(jìn)而二十一世紀(jì)，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的推動(dòng)下，我國城鎮(zhèn)化建設(shè)腳步也在不斷加快，我國多功能高層建筑也開始快速發(fā)展，其中，絕大多數(shù)建筑在實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換的過程中應(yīng)用的都是梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。

2 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在高層建筑中應(yīng)用的設(shè)計(jì)原則

2.1 減少高層建筑的豎向構(gòu)件

在高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要最大限度的減少建筑物的豎向構(gòu)件。因?yàn)樵诮ㄖY(jié)構(gòu)中，應(yīng)用的豎向構(gòu)件越多，所需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功能結(jié)構(gòu)就越少，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剛性就會(huì)越小，最終就會(huì)影響整個(gè)建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，造成安全隱患[2]。

2.2 對稱布置轉(zhuǎn)換柱和剪力墻

在對轉(zhuǎn)換柱和剪力墻的位置進(jìn)行布置的過程中，盡可能保證剪力墻和轉(zhuǎn)換柱的對稱性，轉(zhuǎn)換梁上面的轉(zhuǎn)換柱最好甚至在轉(zhuǎn)換梁的正中位置，這樣當(dāng)轉(zhuǎn)換梁發(fā)生變形的時(shí)候，轉(zhuǎn)換柱的柱腳就不會(huì)受到太大的影響，轉(zhuǎn)換柱也不會(huì)發(fā)生太大的形變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換柱發(fā)生剪切和彎曲變形，影響梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的安全性。

2.3 保證梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度

轉(zhuǎn)換層的剛度達(dá)不到要求會(huì)影響建筑物的抗震效果，因此，在梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要保證梁式轉(zhuǎn)換層的剛度。在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，通常要求梁的高度要比跨度大至少12%，并且施工所使用的混凝土要是性能最高的混凝土，這樣才能夠保證轉(zhuǎn)換層的剛度，在滿足建筑物安全性要求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)建筑物功能的轉(zhuǎn)換[3]。另外，在對剪力墻和轉(zhuǎn)換柱進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，也要充分考慮兩者的受力情況，對兩者性能進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，只有這樣，才能夠起到良好的轉(zhuǎn)換作用。

2.4 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)位置不能過高

在對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，一定要注意控制轉(zhuǎn)換層位置的高度，保證其在合理的范圍內(nèi)，否則，一旦轉(zhuǎn)換層高度超過建筑物的標(biāo)準(zhǔn)要求，就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層的剛度降低、轉(zhuǎn)換柱和轉(zhuǎn)換梁的受力增大，容易發(fā)生變形和超筋現(xiàn)象，影響建筑物的抗震效果。如果因?yàn)榻ㄖ锕δ苻D(zhuǎn)換需求，就要將轉(zhuǎn)換層的高度升高，則需要根據(jù)具體要求適當(dāng)增加轉(zhuǎn)換層的剛度以及轉(zhuǎn)換柱和轉(zhuǎn)換梁的性能，同時(shí)，嚴(yán)格限制落地剪力墻的間距。

2.5 對梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較重要的一個(gè)部分，對整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性和實(shí)用性有著比較重要的影響。因此，在對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，為了保證梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和準(zhǔn)確性，一定要對在相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算。在根據(jù)建筑物的實(shí)際受力變形狀態(tài)構(gòu)建計(jì)算模型的時(shí)候，應(yīng)該通過三維空間的整體結(jié)構(gòu)對模型進(jìn)行整體分析，應(yīng)用有限元的方法來對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)實(shí)施局部的補(bǔ)充和計(jì)算，務(wù)必確保設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

3 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)形式

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)也被稱為是梁式框支剪力墻結(jié)構(gòu)，它是利用下部的轉(zhuǎn)換大梁，將上部剪力墻落在框支梁上，再由框支柱支撐框支梁，形成一種獨(dú)特的支撐體系，達(dá)到轉(zhuǎn)換建筑功能結(jié)構(gòu)的目的。梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是以剪力墻到轉(zhuǎn)換梁，再到轉(zhuǎn)換柱為力量傳導(dǎo)途徑，由于這種傳力途徑的表現(xiàn)形式直接、明確，計(jì)算、分析和設(shè)計(jì)都比較方便，而且施工也比較簡單，所以在高層建筑功能轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。但是，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)在于，如果建筑物的上下軸線的位置布置錯(cuò)位，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中就需要增加轉(zhuǎn)換梁的數(shù)量，導(dǎo)致建筑物的空間受力情況變得更加復(fù)雜，不利于建筑施工[4]。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)根據(jù)建筑物轉(zhuǎn)換功能的具體要求，將轉(zhuǎn)換層分為如圖1所示的幾種不同結(jié)構(gòu)形式。

3.2 受力機(jī)理和設(shè)計(jì)分析

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是以剪力墻到轉(zhuǎn)換梁，再到轉(zhuǎn)換柱為力量傳導(dǎo)途徑，這種傳力途徑的表現(xiàn)形式直接、明確，比較方便設(shè)計(jì)的計(jì)算和分析。其中，轉(zhuǎn)換梁的受力情況主要受到傳導(dǎo)力量的剪力墻的剛度、轉(zhuǎn)換梁自身的剛度以及支撐轉(zhuǎn)換梁的轉(zhuǎn)換柱的剛度影響。因此，為了明確梁式轉(zhuǎn)換層的受力機(jī)理，相關(guān)研究人員以轉(zhuǎn)換梁所承托的層數(shù)對轉(zhuǎn)換梁受力的影響為例，應(yīng)用了有限元程序?qū)ζ溥M(jìn)行了分析。分析結(jié)果表示，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁的跨度不大于十二米時(shí)，轉(zhuǎn)換梁承托的層數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為三層，但是以承托層數(shù)為四層或者是五層進(jìn)行計(jì)算時(shí)，偏差也沒有超過5%，在可承受范圍之內(nèi)。因此，在對承托層數(shù)為三到五層的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就可以直接以三層為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的原因主要有兩點(diǎn)：其一，是因?yàn)檗D(zhuǎn)換梁正好處于結(jié)構(gòu)整體彎曲的受拉區(qū)，應(yīng)力積分后在轉(zhuǎn)換大梁中就會(huì)出現(xiàn)軸向拉力；其二，是因?yàn)榧袅w豎向力作用于轉(zhuǎn)換梁時(shí)，傳力方式就會(huì)由豎向傳遞變成了拱式傳遞，力量不會(huì)直接作用在轉(zhuǎn)換梁上，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換梁中間位置出現(xiàn)拉力，支座出現(xiàn)軸向壓力。

3.3 梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)要求

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)建筑物具體功能轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)換層力量傳到的具體需要，依照建筑物轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)高度要求，在規(guī)定高度范圍內(nèi)在一個(gè)位置或者是多個(gè)位置靈活布置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，同時(shí)，在對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，還要充分考慮建筑物的抗震要求，對轉(zhuǎn)換層的剛度進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)[5]。在對大底盤多塔樓的商住高層建筑的轉(zhuǎn)換層進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，塔樓的轉(zhuǎn)換層應(yīng)該設(shè)置在裙房的屋面層，并對屋面轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換層板的尺寸和厚度進(jìn)行加大加厚處理，以避免中間出現(xiàn)剛度特別小的樓層，影響建筑物抗震效果。在對普通多功能高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)換層的位置高度，地震烈度為7度的地區(qū)，轉(zhuǎn)換層高度不能超過5層，地震烈度為8度的地區(qū)不能超過3層。

4 結(jié)束語

現(xiàn)在，在城市建筑中，高層建筑數(shù)量越來越過，其中還有很大一部分是屬于多功能高層建筑，這些建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同功能區(qū)對建筑空間的需求也不一樣，需要通過轉(zhuǎn)換層來實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換，增加了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。當(dāng)前，在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用最廣泛的就是計(jì)算、分析和設(shè)計(jì)都比較簡單的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過其設(shè)計(jì)，更好的實(shí)現(xiàn)高層建筑的功能轉(zhuǎn)換需求。

參考文獻(xiàn)

[1]謝曉峰.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題[J].廣東土木與建筑，2010（2）.

[2]何若全.高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].蘇州城建環(huán)保學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（9）.

[3]舒贛平.高層建筑預(yù)應(yīng)力混凝土板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011（6）.

[4]唐興榮.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

篇2

【關(guān)鍵詞】高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

近些年來，隨著城市化發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，為了滿足人們對建筑功能多樣化的需求，高層建筑平面布置與立面體型越來越復(fù)雜。其中較為常見的類型就是：下面為商場或者娛樂場所，上部為住宅。下部空間相對自由靈活，大柱網(wǎng)、少墻體，可以達(dá)到公共使用標(biāo)準(zhǔn)；上部主要利用墻體進(jìn)行分隔，達(dá)到住宅需求。此種設(shè)計(jì)，導(dǎo)致上部與下部設(shè)計(jì)區(qū)別較大，違背了常規(guī)的豎向布置。所以，在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以考慮不同結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的形式，保證建筑結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)的情況，實(shí)現(xiàn)建筑的功能要求。

1.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.1豎向布置

轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可以結(jié)合建筑功能與結(jié)構(gòu)傳力需求，沿著高層建筑高度方向一處或者多處進(jìn)行靈活布置；也可以結(jié)合建筑功能需求，在樓層局部位置進(jìn)行轉(zhuǎn)換層設(shè)置，并且在此空間中既可以進(jìn)行樓層的正常使用，也可以將其當(dāng)成是設(shè)備層，但是，一定要保證其具有足夠的剛度，避免沿豎向剛度過于懸殊。對于大底盤多塔樓商住建筑而言，塔樓轉(zhuǎn)換層應(yīng)設(shè)在裙房，并且加大梁尺寸與板的厚度，盡可能防止中間出現(xiàn)剛度過小的樓層，降低震害。

1.2結(jié)構(gòu)布置

通過相關(guān)研究表明，底部轉(zhuǎn)換層位置越高，轉(zhuǎn)換層上、下剛度也就相差越大，轉(zhuǎn)換層上、下內(nèi)力傳遞途徑也在發(fā)生變化；除此之外，轉(zhuǎn)換層越高，落地剪力與筒體也容易出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致框支柱內(nèi)力加大，轉(zhuǎn)換層墻體容易被破壞。總之，轉(zhuǎn)換層位置太高，不利于建筑抗震。底部帶有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，其上部豎向構(gòu)件不可以直接落地，一定要保證其與轉(zhuǎn)換梁的可靠傳力。根據(jù)現(xiàn)有工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，轉(zhuǎn)換層構(gòu)件可以采用大梁、斜撐、箱形等結(jié)構(gòu)。因?yàn)檗D(zhuǎn)換層在高烈度區(qū)應(yīng)用較少，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要予以充分的重視。

1.3抗震設(shè)計(jì)

為了確保設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與安全性，規(guī)定一些框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層必須設(shè)置在五層以下，其框支柱、剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)抗震等級一定要按照相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提高，保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。在計(jì)算轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的時(shí)候，需要將其計(jì)算內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整，以保證建筑具有足夠的抗震性能。

2.梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造

由框支主梁承托轉(zhuǎn)換次梁及次梁上的剪刀墻，其傳力途徑經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換，受力情況非常復(fù)雜。框支主梁除了需要承載其上部剪力墻作用之外，還要承擔(dān)梁傳遞的剪力、彎矩、扭矩，非常容易破壞框支主梁。針對具有抗震性能要求的建筑而言，為了有效改善建筑結(jié)構(gòu)的受力情況，增強(qiáng)其抗震性能，在進(jìn)行平面設(shè)置的時(shí)候，可以進(jìn)行剪力墻落地設(shè)計(jì)，并且貫通基礎(chǔ)，形成良好的受力體系，保證建筑的穩(wěn)定性與安全性。

2.1轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)和構(gòu)造

轉(zhuǎn)換梁截面尺寸通常是由剪壓比計(jì)算得到，進(jìn)而降低其脆性破壞率。在轉(zhuǎn)換梁上不要開洞，如果一定要進(jìn)行開洞，需要將洞口設(shè)置在梁中和軸附近。并且在上下弦桿處一定要采取強(qiáng)化措施，保證箍筋加密，提高結(jié)構(gòu)抗剪能力。在計(jì)算上下弦桿箍筋的時(shí)候，取放大系數(shù)為1.2。當(dāng)洞口內(nèi)力比較大的時(shí)候，可以利用型鋼進(jìn)行強(qiáng)化。同時(shí)，轉(zhuǎn)換梁混凝土的強(qiáng)度等級要求不小于C30。轉(zhuǎn)換梁上下主筋最小配筋率為0.3%(非抗震設(shè)計(jì))，轉(zhuǎn)換梁縱向鋼筋接頭宜采用機(jī)械連接，同一連接區(qū)段內(nèi)接頭鋼筋截面面積不宜超過全部縱筋截面面積的50%，并且保證上部縱筋中有50%的鋼筋全長貫通。

2.2框支柱設(shè)計(jì)和構(gòu)造

框支柱截面尺寸均是由軸壓比進(jìn)行計(jì)算決定的。在地震作用下，框支柱內(nèi)力需要進(jìn)行一定的調(diào)整：在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要將框支柱柱頂彎矩乘以放大系數(shù)，同時(shí)根據(jù)放大之后彎矩進(jìn)行配筋的計(jì)算。剪力調(diào)整：在計(jì)算框支柱地震剪力值的時(shí)候，可以按照以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：當(dāng)框支柱數(shù)量不超過十根，框支層是1～2層的時(shí)候，其剪力為基底剪力的2%；當(dāng)框支層為3層以及3層以上的時(shí)候，其剪力為基底剪力的3%；當(dāng)框支柱數(shù)量超過十根，框支層是1～2層的時(shí)候，其剪力為基底剪力的20%；當(dāng)框支層為3層以及3層以上的時(shí)候，其剪力為基底剪力的30%；在完成框支柱剪力調(diào)整之后，一定要對框支柱彎矩進(jìn)行調(diào)整。

框支柱縱向全部配筋，抗震等級是一級時(shí)，其配筋率不應(yīng)低于1.15%，二級時(shí)不應(yīng)低于0.95%，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)低于0.75%。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，其縱向鋼筋間距不宜超過200mm，并且也不應(yīng)低于80mm，配筋率不宜超過4%。

2.3轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換梁截面的時(shí)候，一定要對其進(jìn)行有限元的分析，明確其應(yīng)力分析情況，為了可以直接利用其分析結(jié)果，計(jì)算截面配筋，在不考慮混凝土抗拉作用的情況下，全部拉力均由鋼筋承擔(dān)，達(dá)到其屈服強(qiáng)度。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部普通框架的時(shí)候，需要在常用截面尺寸內(nèi)，根據(jù)普通梁截面設(shè)計(jì)形式對配筋進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部斜桿框架的時(shí)候，轉(zhuǎn)換梁將會(huì)承載軸向拉力，并且按照偏心受拉構(gòu)件對截面進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。

2.4托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞的時(shí)候，其和上部墻體一同作用，其受力特征和破壞形態(tài)為深梁，這時(shí)，需要進(jìn)行深梁截面設(shè)計(jì)或者是利用應(yīng)力截面設(shè)計(jì)，對轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，并且計(jì)算縱向鋼筋的分布。因?yàn)檗D(zhuǎn)換梁跨中范圍較大，內(nèi)力也較大，因此，需要保證底部鋼筋不彎起與截?cái)啵欢ㄒ烊胫ё．?dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體是小墻肢的時(shí)候，基本可以根據(jù)普通梁截面設(shè)計(jì)法進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁截面與配筋的計(jì)算，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

3.工程實(shí)例應(yīng)用

3.1工程概況

某建筑工程項(xiàng)目1#樓地上三十層，兩層地下車庫，1～2層為商業(yè)裙樓，轉(zhuǎn)換層設(shè)置在裙樓屋面，3～30層為塔樓，屋面以上有一層電梯機(jī)房，建筑總寬度是27m，總長度是41m，室內(nèi)外高差是0.15m，建筑高度是95.9m,總建筑面積是20761，商業(yè)面積是1384，住宅19377，此工程設(shè)計(jì)使用期限是50年，抗震設(shè)防烈度是6度，場地類別是Ⅰ1類。

3.2梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在此工程中，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸如表1所示。

表1梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸

在此工程中，采用梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)，以保證傳力更加明確、直接；計(jì)算相對比較簡單，施工方便。在布置轉(zhuǎn)換梁上，只對少數(shù)部分布置二級轉(zhuǎn)換，二級轉(zhuǎn)換傳力相對復(fù)雜，應(yīng)該盡量避免。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置的時(shí)候，盡量使轉(zhuǎn)換梁與墻、柱中心線重合，以減小偏心作用帶來的影響。此項(xiàng)目因?yàn)樗幍奈恢蒙虡I(yè)價(jià)值高，所以采用了大轉(zhuǎn)（下轉(zhuǎn)第138頁）（上接第78頁）換，轉(zhuǎn)換剪力墻的比例達(dá)到80%。設(shè)計(jì)的時(shí)候采用了加厚落地剪力墻的方式調(diào)整轉(zhuǎn)換層上下的剛度比，使其符合規(guī)范要求。

4.結(jié)束語

總而言之，隨著高層建筑項(xiàng)目的不斷增多，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到了廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要結(jié)合工程實(shí)際情況，選用最佳的轉(zhuǎn)換方案，進(jìn)而在保證高層建筑功能正常發(fā)揮的同時(shí)，提高高層建筑工程的質(zhì)量，保證其具足夠的穩(wěn)定性、安全性與經(jīng)濟(jì)性。[科]

【參考文獻(xiàn)】

［1］黃襄云，陳建秋，金建敏等.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].四川建筑科學(xué)研究，2010（02）.

［2］魏劍俠，王景枝，薛全超.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)[A].現(xiàn)代建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C].2009.

篇3

關(guān)鍵詞:高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);問題;概念設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，受城市化人口的增長與土地使用環(huán)境的矛盾，高層建筑逐漸成為了建筑發(fā)展一種趨勢。房屋結(jié)構(gòu)形式的改變，也使得高層建筑的結(jié)構(gòu)形式也日益復(fù)雜。高層建筑的結(jié)構(gòu)形式常采用框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)或者框筒結(jié)構(gòu)等不同的結(jié)構(gòu)形式來滿足不同類型及不同高層建筑的設(shè)計(jì)需求，不同類型建筑采用的結(jié)構(gòu)形式也不盡相同。正由于這種多樣性，就突出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的重要性。下面就高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的概念設(shè)計(jì)來分析一些在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問題。

1高層建筑的定義

通常在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們常把10層及10層以上或高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的的其他高層民用建筑統(tǒng)稱為高層建筑。高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中與低層建筑、多層建筑相比較而言，其豎向和水平結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的基本原理還是相同的。但較于低層多層建筑不同的是，在低層多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，豎向荷載一般是影響結(jié)構(gòu)體系的主要控制因素，但在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，隨著建筑高度的增加，雖然豎向荷載仍會(huì)對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，但由于高層建筑整體結(jié)構(gòu)體系會(huì)較低層多層建筑而言整體結(jié)構(gòu)剛度偏柔，受到水平力作用如風(fēng)荷載作用影響較為強(qiáng)烈，在這種情況下，豎向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)就成為整個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)際的主控因素，在高層建筑設(shè)計(jì)里要注重水平力的作用，保證整體建筑結(jié)構(gòu)的剛性。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑空間的使用功能也有些各種類型的需求變化。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對于不同類型、不同使用建筑使用功能、不同高度的建筑宜采用不同的與之相對應(yīng)的適合的結(jié)構(gòu)體系，使得建筑達(dá)到安全可靠且較為經(jīng)濟(jì)的目的。為了達(dá)到這一目的，就需要概念設(shè)計(jì)先行。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，概念設(shè)計(jì)其實(shí)是結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)個(gè)人工程經(jīng)驗(yàn)，在對整體建筑使用功能情況、建筑總高度和建筑所處的地理環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境有一種較為宏觀的把握下提出的與之相對應(yīng)的較為經(jīng)濟(jì)合適的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。簡而言之，就是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對現(xiàn)有建筑環(huán)境、地理環(huán)境等前提下擬定大致的結(jié)構(gòu)體系布置，為接下來的深化建模后續(xù)的設(shè)計(jì)計(jì)算等提供大致思路，起一個(gè)指導(dǎo)性的作用。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的注意問題

(1)高層建筑建筑材料選取及建筑平面設(shè)計(jì):高層建筑材料建議采用較為輕質(zhì)的砌體材料作為填充墻的材質(zhì)，避免因墻體材料荷載過大，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件和基礎(chǔ)造成較大的負(fù)荷。在建筑設(shè)計(jì)過程中，也盡量避免平面過于不規(guī)則和豎向剛度突變的情況;

(2)結(jié)構(gòu)體系的選取:高層建筑的結(jié)構(gòu)體系與多層、低層建筑的結(jié)構(gòu)體系較為不同。多層低層建筑在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，主要受豎向荷載作用，由于層高較矮，風(fēng)壓對于建筑物結(jié)構(gòu)的影響較小。但高層建筑則不同，由于建筑物高度較高，受水平力影響作用較大。而且，由于現(xiàn)在高層建筑的使用功能五花八門，有時(shí)候?yàn)榱瞬挥绊懡ㄖ锕δ艿恼Ｊ褂茫瑫?huì)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件例如柱墻的尺寸有限制，這也為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加了難點(diǎn)，而且高層建筑結(jié)構(gòu)的整體剛性本就相對于多層低層建筑結(jié)構(gòu)偏柔，所以，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)體系的選擇顯得尤為重要。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)之初，應(yīng)根據(jù)建筑需求，優(yōu)先選擇結(jié)構(gòu)體系較為規(guī)則的，結(jié)構(gòu)平面布置最好是簡單規(guī)則，減少偏心，且需考慮結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性以及抗震性，盡量避免剛性突變易產(chǎn)生薄弱層的結(jié)構(gòu)體系。對于有特殊需求的部分在設(shè)計(jì)中進(jìn)行調(diào)整。由于高層建筑在其正常使用過程中，常伴隨著水平力(例如風(fēng)荷載)的作用，所以在設(shè)計(jì)之初就要考慮水平力作用對高層建筑結(jié)構(gòu)的影響。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盡量保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和承載力的均勻分布，避免因水平力作用而扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，使建筑結(jié)構(gòu)遭到破壞，且不宜采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)平面布置。所以考慮水平力對高層建筑結(jié)構(gòu)的影響，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，盡量將建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心和結(jié)構(gòu)重心保持一致，結(jié)構(gòu)均勻布置;

(3)對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各構(gòu)件的要求:

①高層建筑由于高度高，其整體結(jié)構(gòu)的自重也較為笨重，上部結(jié)構(gòu)重力荷載的上升使得整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中對于建筑基礎(chǔ)的要求也更為嚴(yán)苛。這就要求在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中對于基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)選型有著更嚴(yán)格的把控。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對于基礎(chǔ)的選型要根據(jù)甲方提供的地質(zhì)勘察報(bào)告書結(jié)合上部建筑結(jié)構(gòu)的具體柱底軸力及其地質(zhì)條件，施工條件來選擇恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)類型，不能死搬硬套，遇到不同類型的地質(zhì)條件或施工條件限制，可選用不同的基礎(chǔ)類型;

②高層建筑在隨著高度的增加，地震作用與風(fēng)壓作用對整體結(jié)構(gòu)體系的影響也越來越大，剛度過于柔的結(jié)構(gòu)體系在水平地震作用或風(fēng)作用下，位移過大，容易產(chǎn)生側(cè)向變形。一般而言，過大的側(cè)向變形會(huì)引起搖晃，不僅會(huì)讓居住在建筑物上的人們的舒適度降低，影響正常生活質(zhì)量，還會(huì)使建筑的填充墻因產(chǎn)生側(cè)向剪切導(dǎo)致開裂影響建筑物正常使用，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)主體出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)主體破壞。在高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中也明確注明了對于不同建筑結(jié)構(gòu)類型的位移的要求。因此高層建筑位移的控制或成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要矛盾，適當(dāng)加大建筑結(jié)構(gòu)的剛度，保證按規(guī)范里的嚴(yán)格控制;

③在當(dāng)今高層建筑發(fā)展的今天，高層建筑的結(jié)構(gòu)形式一般常采用框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)或者框架—剪力墻結(jié)構(gòu)等不同的結(jié)構(gòu)體系。建筑正常使用過程中各類荷載的傳導(dǎo)過程中，不管經(jīng)過了多少次多么復(fù)雜的傳導(dǎo)過程，最終都是各項(xiàng)荷載從水平傳導(dǎo)轉(zhuǎn)為豎向傳導(dǎo)，框架柱或者剪力墻作為豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在高層建筑結(jié)構(gòu)中有著不可忽視的決定性作用。按理說，低層由于承受上部傳導(dǎo)的較為巨大的荷載，理性適當(dāng)加大柱截面，但由于建筑功能的多樣化，很多框架柱或剪力墻的截面都有受到限制，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在框架柱或剪力墻截面及其布置的選擇上應(yīng)在保證安全的情況下考慮其實(shí)用性。故不宜做過大的框架柱或者剪力墻，適當(dāng)提高柱墻的混凝土等級以降低柱子或剪力墻的軸壓比。在高層建筑設(shè)計(jì)過程中，豎向構(gòu)件的壓軸比是一個(gè)及其需要重視的內(nèi)容。各種模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和地震震害調(diào)查表明，當(dāng)框架柱或剪力墻的軸壓比過大的時(shí)候，當(dāng)構(gòu)件遇到水平作用(如地震作用)時(shí)的延性變形能力就會(huì)大大減弱，極易產(chǎn)生脆性的剪切破壞，而一旦豎向構(gòu)件產(chǎn)生了破壞，往往使整體結(jié)構(gòu)遭到破壞。所以在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制柱的軸壓比，用以提高或保證框架柱或者剪力墻的延性，保證結(jié)構(gòu)的安全性。

4結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化建設(shè)的進(jìn)程加快，高層建筑日益增多，對于高層建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量也較為嚴(yán)苛，為保證高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師而言，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也增多了。總之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)較為復(fù)雜的長期的甚至可能是往復(fù)循環(huán)推敲的過程，任何遺漏或者錯(cuò)誤都可能使整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程變得復(fù)雜。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較靈活，結(jié)構(gòu)體系也比較多，為了保證建筑質(zhì)量和減少往復(fù)的工作量，在設(shè)計(jì)之初就需要先擬定高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，并在計(jì)算推敲過程中把握解決對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問題，更有效率地完成高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

［1］方正．某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討［J］．四川建材，2011，37(3):52－53．

［2］趙東曉．高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題與對策研究［J］．商品混凝土，2012，9(9)

篇4

關(guān)鍵詞:高層建筑 建筑結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號：TU97文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和建筑功能的多樣化, 城市人口的不斷增多及建設(shè)用地日趨緊張和城市規(guī)劃的需要, 促使高層建筑得以快速發(fā)展。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給工程設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求, 作為一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一方面要滿足包括抗震，抗風(fēng)等在內(nèi)的安全性能的要求，另一方面，也要滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義及依據(jù)

1.概念設(shè)計(jì)的意義

高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計(jì)來判斷計(jì)算設(shè)計(jì)的合理性。

2.概念設(shè)計(jì)的依據(jù)

高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理原則，計(jì)算程序的力學(xué)模型和功能，吸取或不斷積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

1. 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖

在計(jì)算簡圖基礎(chǔ)上進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算，如果選擇不合理的計(jì)算簡圖，那么就比較容易造成由于結(jié)構(gòu)安發(fā)生的事故，基于此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全保證的前提是合理的計(jì)算簡圖的選擇。同時(shí)，計(jì)算簡圖應(yīng)該采用相應(yīng)的構(gòu)造方法保證安全。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)中，其結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)不單是鋼節(jié)點(diǎn)或者餃節(jié)點(diǎn)，保證和計(jì)算簡圖的誤差在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。

2. 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

按照高層建筑地質(zhì)條件進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的選擇。綜合分析高層建筑上部的結(jié)構(gòu)類型與荷載分布情況，考慮施工條件，相鄰的建筑物的影響等各個(gè)因素，在此基礎(chǔ)上選擇科學(xué)合理的基礎(chǔ)方案。基礎(chǔ)方案的選擇應(yīng)該使得地基的潛力得到最大程度的發(fā)揮，必要的時(shí)候要求進(jìn)行地基變形的檢驗(yàn)。高層建筑設(shè)計(jì)要有詳細(xì)的地質(zhì)勘查報(bào)告，如果缺失，那么應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場勘查并參考相鄰建筑物的有關(guān)資料。一般情況下，相同結(jié)構(gòu)單元應(yīng)該采用相同的類型。

3. 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)方案

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案必須滿足經(jīng)濟(jì)性的要求，并且要滿足結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系的要求。結(jié)構(gòu)體系的要求是受力明確，傳力簡單。在相同的結(jié)構(gòu)單元當(dāng)中，應(yīng)該選擇相同結(jié)構(gòu)體系，如果高層建筑處于地震區(qū)，那么應(yīng)力需要平面和豎向的規(guī)則。在進(jìn)行了地理?xiàng)l件，工程設(shè)計(jì)需求，施工條件，材料等的綜合分析的基礎(chǔ)上，并和建筑包括水，暖，電等各個(gè)專業(yè)的相協(xié)調(diào)的情況下，選擇合理的結(jié)構(gòu)，從而確定結(jié)構(gòu)的方案。

4. 對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的分析

隨著科技的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中。當(dāng)前市場上存在著形形的計(jì)算軟件，采用不同的軟件得到的結(jié)果可能不同，所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下，選擇合適的軟件進(jìn)行計(jì)算。由于建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和計(jì)算機(jī)程序并不一定完全相符，所以進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的時(shí)候，出現(xiàn)人工輸入誤差或者因?yàn)檐浖旧泶嬖谥毕菔沟糜?jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，基于此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師在得到了通過計(jì)算機(jī)軟件得到的結(jié)果以后，應(yīng)該進(jìn)行校核，進(jìn)行合理判斷，得出準(zhǔn)確結(jié)果。

5. 高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要采用相應(yīng)構(gòu)造措

施高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則是強(qiáng)剪切力弱彎變，強(qiáng)壓力弱拉力，強(qiáng)柱弱梁。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中把握上述原則，加強(qiáng)薄弱部位，對鋼筋的執(zhí)行段錨固長度給予重視，并且要重點(diǎn)考慮構(gòu)件延性的性能和溫度應(yīng)力對構(gòu)件的影響。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析

1. 高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能

對于一個(gè)建筑物的最初的方案設(shè)計(jì)，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點(diǎn)，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。

2. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題

建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí)，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。

3. 高層建筑結(jié)構(gòu)存在著超高的問題

基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑規(guī)范對高層建筑的結(jié)構(gòu)的高度有嚴(yán)格的規(guī)定，針對高層建筑的超高問題，在新規(guī)范中不但把原來限制的高度規(guī)定為A級高度，并且增加了B 級高度，使得高層建筑結(jié)構(gòu)處理設(shè)計(jì)方法和措施都有了改進(jìn)。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，對于建筑結(jié)構(gòu)類型的改變對高層超高問題的忽略，在施工審圖時(shí)將不予通過，應(yīng)該重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或者進(jìn)行專家會(huì)議的論證等。在這種情況下，整個(gè)建筑工程的造價(jià)和工期都會(huì)受到極大的影響。

4. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)短肢剪力墻設(shè)置

我國建筑新規(guī)范中，短肢剪力墻是指墻肢的截面的高度和厚度比在5~8 的墻，按照實(shí)際經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中增加了對短肢剪力墻的使用限制。所以，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。

5. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)嵌固端的設(shè)置

一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設(shè)置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮嵌固端設(shè)置會(huì)可能帶來的問題。考慮嵌固端的樓板的設(shè)計(jì)；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計(jì)算時(shí)充分考慮嵌固端的設(shè)置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結(jié)構(gòu)抗震縫隙設(shè)置的協(xié)調(diào)。

6. 高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

在關(guān)于高層建筑的新規(guī)范中，對于高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性做出了很多限制，比如規(guī)定了結(jié)構(gòu)嵌固端上層和下層的剛度比，平面規(guī)則性等等，并且硬性規(guī)定了“高層建筑不能采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”因此，為了避免后期施工設(shè)計(jì)階段的改動(dòng)，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵循規(guī)范的限制條件。

結(jié)束語：

隨著高層建筑進(jìn)一步的發(fā)展，高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)越發(fā)重要起來，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)集結(jié)構(gòu)分析，數(shù)學(xué)優(yōu)化方法以及計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)工作，是一項(xiàng)對國家建設(shè)有重大意義的工作，同時(shí)，亦是一門實(shí)用性很強(qiáng)的工作。為了革新高層建筑，體現(xiàn)其魅力，追求新的結(jié)構(gòu)形式和更加合理的力學(xué)模型將是土木工程師們的目標(biāo)和方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]何俊旭.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)選型探討[J].價(jià)值工程,2010.2:214.

[2]田龍.淺談高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程,2011.1:99.

篇5

【摘要】高層建筑已成為我國樓房建筑中的主流，隨著人們生活水平的提高，人們對樓房的要求也越來越高，高層建筑不僅要舒適，還要具有安全性、經(jīng)濟(jì)性等，本文就針對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單的探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的發(fā)展，我國城市的用地面積越來越少，城市的建筑也越來越趨于向高層建筑發(fā)展，現(xiàn)在大部分樓層都在十幾層以上，三四十層高的樓也已經(jīng)不少見。建筑的體型和功能越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)材料也更為多樣化，這樣的高層建筑，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也就成為結(jié)構(gòu)工程師的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念及內(nèi)容

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指根據(jù)高層建筑特性的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足適用、安全、經(jīng)濟(jì)、耐久和施工可行的前提下，按有關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、總體布置、計(jì)算、構(gòu)造及制圖工作，并尋求優(yōu)化的過程。簡單來說，就是用結(jié)構(gòu)語言表達(dá)出工程師們想表達(dá)的東西。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，就是把建筑物或者建筑結(jié)構(gòu)體系中的墻、柱子、樓梯、梁等用圖紙中的結(jié)構(gòu)元素來表示出來，同時(shí)還要計(jì)算出它的抗力及承重等能力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要包括結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計(jì)算及施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段，每個(gè)階段對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說都是很重要的。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

2.1 水平力成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素

當(dāng)建筑物高度增加時(shí)，水平荷載(風(fēng)荷載及地震作用)對結(jié)構(gòu)起的作用將愈來愈大。除了結(jié)構(gòu)內(nèi)力將明顯加大外，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移增加更快。我們知道：建筑物樓面的使用荷載和自重在豎向構(gòu)件產(chǎn)生的彎矩和軸力與其高度的一次方成正比，水平荷載產(chǎn)生的彎矩及軸力與建筑物高度的二次方成正比，水平荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)側(cè)向位移與建筑高度的四次方成正比。因此，在高層建筑中，結(jié)構(gòu)要使用更多材料來抵抗水平力，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(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而有較大的變化，所以結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力設(shè)計(jì)成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素。

2.2 高層建筑中的側(cè)移控制

與低層建筑相比，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的另一個(gè)關(guān)鍵因素就是側(cè)移，當(dāng)建筑越高時(shí)，結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形就會(huì)越大。過大的結(jié)構(gòu)側(cè)移會(huì)造成顯著的重力二階效應(yīng)，造成結(jié)構(gòu)內(nèi)力增大并影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，過大的側(cè)移也會(huì)造成建筑構(gòu)件或設(shè)備的破壞以及使用者的不適。對于一定的水平作用，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大，那么結(jié)構(gòu)側(cè)移就小。但過剛的結(jié)構(gòu)也會(huì)造成結(jié)構(gòu)地震作用不必要的增大，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要控制結(jié)構(gòu)的合理剛度，把側(cè)移控制在合理范圍。

2.3 更高的抗震設(shè)計(jì)要求

抗震設(shè)防區(qū)的高層建筑必須具有良好的抗震性能，做到小震不壞，中震可修，大震不倒。相對與多層結(jié)構(gòu)，高層結(jié)構(gòu)在地震作用下，具有更大的水平作用及側(cè)移，因此，高層建筑平立面也更講究規(guī)則性，結(jié)構(gòu)要求具有更高的抗震等級。對于一些較高的高層建筑或具有薄弱層的高層建筑，也要求進(jìn)行彈塑性分析進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計(jì)。

2.4 高層建筑豎向壓縮變形不容忽視

高層建筑中，豎向構(gòu)件的軸力往往較大，其產(chǎn)生的壓縮變形量往往相當(dāng)可觀，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮到豎向構(gòu)件的壓縮變形。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需選擇合適的結(jié)構(gòu)體系

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，結(jié)構(gòu)體系的選擇是很重要的一步，合理的結(jié)構(gòu)體系不但可滿足結(jié)構(gòu)的受力要求，更具有良好的經(jīng)濟(jì)性及更高的結(jié)構(gòu)安全富余。常用的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)體系，剪力墻結(jié)構(gòu)體系，框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系以及筒體結(jié)構(gòu)體系。

3.1 框架結(jié)構(gòu)體系

框架結(jié)構(gòu)主要由梁柱等桿件單元形成空間的框架結(jié)構(gòu)體系，可以承受豎向荷載及一定的水平力的作用。框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算理論成熟，桿件受力明確，結(jié)構(gòu)的布置靈活，一定高度內(nèi)造價(jià)較低。缺點(diǎn)是抗側(cè)剛度較弱，在水平力作用下會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)移，且大部分側(cè)移發(fā)生在內(nèi)力較大的結(jié)構(gòu)底部部位，破壞后易產(chǎn)生嚴(yán)重后果。因此框架結(jié)構(gòu)常應(yīng)用于層數(shù)較少，高度較低的建筑中。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)是空間盒子式結(jié)構(gòu)，其水平作用和豎向荷載完全由剪力墻體承受，其剛度及空間整體性都比較好。剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)是抗水平作用能力強(qiáng)、整體性好、用鋼量較小，可以適用較高的建筑。缺點(diǎn)是因剪力墻布置的要求，不易布置成較大的房間。因此剪力墻結(jié)構(gòu)常應(yīng)用于住宅及賓館類建筑中。

3.3 框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系

在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，可以組成框架―剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點(diǎn)，又有較大的剛度和較強(qiáng)的抗水平作用的能力，因而廣泛地應(yīng)用于高層建筑中的辦公樓和旅館。

3.4 筒體結(jié)構(gòu)體系

這種體系是在框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)的體系上發(fā)展起來，當(dāng)高層建筑不斷地增加層數(shù)、高度越來越高時(shí)，原來的框架、剪力墻結(jié)構(gòu)就變得不合理和不經(jīng)濟(jì)了，簡體結(jié)構(gòu)就相應(yīng)地誕生了，它是將剪力墻圍成箱型，構(gòu)成了一個(gè)空間薄壁筒體，可以提供更大的側(cè)向剛度，所以筒體結(jié)構(gòu)可以適用與更高的建筑。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)中需要注意的幾個(gè)問題

4.1 抗震設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)是非常重要的一部分，它應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，選擇規(guī)則的設(shè)計(jì)方案，規(guī)則結(jié)構(gòu)其剛度、承載能力及變形能力更強(qiáng)，不規(guī)則結(jié)構(gòu)一般會(huì)破壞整個(gè)結(jié)構(gòu)承受風(fēng)荷載、重力荷載及抗震能力，因此盡量選擇設(shè)計(jì)對稱、規(guī)則的結(jié)構(gòu)方案。另外，在抗震設(shè)計(jì)中，還要注意到結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身的剛度、延性、穩(wěn)定性及承載力等方面性能，且要遵守強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)底層柱及弱構(gòu)件強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的原則。對于結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，要采取措施加強(qiáng)其抗震的能力同時(shí)要重視整體結(jié)構(gòu)中其他部位的剛度及承載能力，以免薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移。

4.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的受力性能

在高層建筑結(jié)構(gòu)的最初設(shè)計(jì)方案中，注重點(diǎn)不應(yīng)該在它的具體結(jié)構(gòu)上而是更多地關(guān)注它空間組成的特點(diǎn)，這是因?yàn)榻ㄖ锏目臻g形式包括水平方向和豎向的穩(wěn)定性都是依靠建筑物的地面作為支撐的，建筑地面即地基對于建筑物來說是非常重要的，建筑物基本都是由大構(gòu)件組成的，它們的重量及結(jié)構(gòu)的荷載基本都是向下作用在地面上的，這就要求在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要搞清楚所選擇的結(jié)構(gòu)體系與地面間承載力的關(guān)系，然后對承重墻和承重柱的分布及數(shù)量作出總體的設(shè)想，這是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中很重要的一部分，影響著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量。

4.3 關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)問題的注意

在高層建筑結(jié)構(gòu)中，建筑結(jié)構(gòu)有個(gè)很重要的建筑三心即剛度中心、幾何形心和結(jié)構(gòu)重心，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要盡量做到三心合一，而建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)沒有做到三心合一，并且在水平荷載的作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選擇合理的結(jié)構(gòu)平面布局及形式，使建筑盡量的三心合一，以免因水平荷載的作用使建筑發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。在實(shí)際的高層建筑中我們也經(jīng)常會(huì)看到一些不規(guī)則的平面形式如T形、L形及十字形等比較復(fù)雜的平面，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)該盡量讓突出部分的寬度和厚度的比值在規(guī)定的范圍之內(nèi)，讓它的結(jié)構(gòu)盡量處于對稱狀態(tài)。

4.4 對結(jié)構(gòu)計(jì)算階段的單位面積重度、剪重比及位移限值要注意

在結(jié)構(gòu)計(jì)算階段，單位面積重度是衡量樓層何在數(shù)據(jù)是否正確及構(gòu)建截面取值合不合理的重要指標(biāo)之一，其公式為V=G/A(kN/m2)。在同種性質(zhì)的建筑中，單位面積重度為層數(shù)較多的建筑要大于層數(shù)少的建筑，剪力墻多的大于剪力墻少的建筑。其剪重比的大小則反映了建筑在地震作用下抗震能力的大小，位移限值是衡量結(jié)構(gòu)側(cè)移的重要標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)值的大小從側(cè)面反映了結(jié)構(gòu)整體的剛度，剛度的過大或過小會(huì)給設(shè)計(jì)者對結(jié)構(gòu)體系、豎向及平面布置的合理性進(jìn)行再思考，對于結(jié)構(gòu)計(jì)算當(dāng)中的這些參考數(shù)值要給予重視，以便能制定出合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

總結(jié)：

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在高層建筑中起著非常重要的作用，同時(shí)它又是一項(xiàng)艱巨復(fù)雜的工作，需要結(jié)構(gòu)工程師不僅擁有豐富的專業(yè)知識及其工作經(jīng)驗(yàn)還要有很好的耐性，依據(jù)高層建筑的設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)原則，選擇合適的結(jié)構(gòu)體系，從而建設(shè)出具有世界水平的高層建筑。

參考文獻(xiàn)

[1]顧明星.淺談高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].大科技?科技天地,2011(4)

[2]傅慧華.淺談高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2011(13)