高層建筑結構設計論文

導語：高層建筑結構設計論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1高層建筑結構設計受力分析

1．1高層建筑結構受力特征

高層建筑結構在模型上一般可以假想為一個從地基出發并不斷上升的懸臂構件。高層建筑主要承受水平作用效應和豎向作用效應，水平作用效應一般指風荷載，在抗震設防地區還包括水平地震作用。豎向作用效應則一般由結構自重荷載產生，在抗震設防烈度為8、9度時的大跨度和長懸臂結構及9度時的高層建筑，還應考慮豎向地震作用。在這些作用效應下，結構整體及主體構件均需具有足夠的承載能力、剛度和延性，整體的設計注重概念，應符合相關規定中對于建筑形體的規則性要求，包括平面布置的規則性及豎向布置的規則性。結構在抵抗彎曲方面來說，結構體系務必滿足:不能使建筑物產生傾覆;在承受荷載時，它的支撐體系的某些部位不應被壓屈、壓碎或者直接被拉伸破壞;同時彎曲側移不能超出彈性極限的范圍。而結構在抵抗剪力方面來說，結構體系務必滿足:建筑物不至于發生剪切破壞;同時結構的整體剪切側移不能超過彈性極限的范圍。最后對于結構的地基和基礎來說，由于高層建筑一般是高次不靜定結構，所以結構體系在支承點處應避免較大的不均勻變形，從而可以防止出現較大的二次內力。

1．2高層建筑結構的傳力路線

高層建筑的豎向平面結構和水平平面結構都必須有明確的傳力路線。以某個作用在樓面上的重力荷載為例，它要通過樓蓋構件的彎曲傳遞給豎向結構的某個構件，直到建筑物的基礎和地基。傳力路線的模式根據結構的類別和布置而異。高層建筑的底層往往只允許有少量的立柱，以便有足夠的空間可以設置寬敞的入口、前廳或廣場。這時，有較密柱間距的上層結構的重力荷載，就要通過另一種結構體系傳給底層立柱以及底層立柱基礎。當高層建筑的樓層平面有突變時(如樓層有收進，或由矩形平面變成其他形狀的平面時)，或結構體系有變化時，它們的傳力路線也會發生改變，這時往往既要有豎向的轉換結構，也要有水平方向的轉換結構。在高層建筑結構傳力路線中還有一個區別于底層建筑結構的特殊問題，那就是高層建筑的每個立柱都承受著上層傳來的重力荷載，要考慮它們各自在施工和使用過程中豎向壓縮量的差異。這既要在設計中加以考慮，也要在施工過程中及時加以調整，以保證各層樓面的水平度，減小因不同柱的壓縮量有過大差異而引起的結構內力。

2概念設計

2．1抗關于側力構件合理布置規定

對于一個單獨的結構單元，在設計上的通常做法是，一般會盡力避免設計出應力集中的縮頸和凹角部位;而且盡量不要在這些部位設置樓、電梯間。整個結構外形也要避免外挑，尺寸內收也不宜過急，避免在結構上形成薄弱部位。最大限度地防止因局部結構或構件破壞，而出現全部結構失去承載力的情況。

2．2關于高寬比的規定

高寬比的規定是對結構整體剛度、整體穩定、抗傾覆能力、承載能力以及經濟合理性的綜合考慮，是長期工程經驗的總結，根據當前的實際工程來看，這一限值是比較經濟合理與實用。但隨著目前高層建筑的快速發展，設計師們發現其實高寬比并不是必須要滿足的。實際工程已有一些超過高寬比限制的例子(如深圳京基100大廈高441．8m，共100層，高寬比為9．5，天津117大廈，高597m，共117層，高寬比為9．7)，當然高寬比超過限值時，應對結構進行更加準確的受力分析，并施加可靠的構造措施。

2．3短肢剪力墻的設置問題

在新的規范中，將墻肢截面高度與厚度比為5－8的剪力墻定義為短肢剪力墻，且根據試驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制。比如在剪力墻設計等級為四級，短肢剪力墻的配筋率要求是1%以上，而普通剪力墻則為0．2%。高厚比較小的構件的脆性破壞較大，不利于抗震。所以，在具體的高層結構設計里，設計師們應該充分利用其它現有構造形式來代替短肢剪力墻，減少不必要的麻煩。

2．4嵌固端的設置問題

在結構計算模型的選擇上，如何準確地確定嵌固端位置是一個十分關鍵的問題，這直接關系到實際的受力狀態與選擇的計算模型是否符合以及內力等相應計算結果是否無誤。因為現在高層結構通常會設有一層或者是二層的地下室(可以當作人防工程來使用)，而嵌固端的選擇，可以結合各層的剛度變化，再根據它的實際布置狀況，可以選擇在一層頂板的位置，也可以是二層頂板的位置，同時在地下室其他樓層等部位也是有很大可能的。但是在這個問題上，結構設計師們往往會忽略了一系列需要注意的問題，例如嵌固端的設置和剛度比的限制等問題，忽視這些問題將會對工程的質量和后期數據的分析造成很大的隱患。

3地基與基礎結構設計

在基礎的具體設計中，應根據地基復雜程度、建筑物規模和功能特征以及由于地基問題可能造成建筑破壞或影響正常使用的程度來確定基礎設計等級。首先，地基計算應滿足承載力計算的有關規定;其次，由于高層建筑的基礎設計等級均為甲級或乙級，因此均應按地基變形設計;若地下室存在上浮問題時，還應進行抗浮驗算。下面就高層建筑中不同的基礎類型分別闡述在設計計算中應注意的事項:在對箱基和筏基的梁板進行配筋計算時，務必相應地扣除底板上直接作用的梁板荷載和自重，當出現箱筏的四邊區格和地基反力過大的情況，這時要對梁板進行加強配筋;而在進行箱基結構設計時，要考慮洞口上下的連梁的影響，驗算其截面面積，若洞口的位置或者大小有變動，要復核連梁的抗剪強度和抗彎強度;若是進行整體箱基和筏基的設計，必須考慮樁土的因素，其共同工作會對結構造成一定程度的影響。

4結構計算與分析

4．1結構整體計算的軟件選擇

當前比較常用的計算軟件一般包括:建科院PKPM其中的SAT-WE，MIDAS，ANYSYS，ETABS，SAP等。由于各個軟件使用的計算模型有一定區別，所以在各個軟件計算結果上就會有或大或小的差異。實際工程中，務必考慮結構類型和計算模型的具體特點，在進行整體分析時選擇最恰當的軟件，并使用不同軟件進行對比分析計算，從不同軟件計算的相差較大的結果中，選擇最接近工程實際情況的數據。若不能選擇合適的計算軟件，不但會消耗大量的時間和精力，更重要的是會對結構埋下安全隱患，造成日后的工程問題。所以為了保險起見，通常在布置復雜的高層設計中，宜使用不少于兩種不同的模型來進行內力分析和計算。

4．2剪力墻底部加強部位墻厚的確定

在進行抗震設計時，剪力墻的底部加強部位一般采取增加邊緣構件箍筋和墻體的布筋來防止地震荷載的影響，預防結構出現脆性破壞，從而能夠比較有效的改善結構的抗震性能，在現行的規范中，明確指出剪力墻結構底部加強部位的高度可以參考墻肢的1/8和底部兩層二者中的較大值;而部分框支剪力墻結構底部的取值，可考慮以上兩層的高度及墻肢總高度1/8中的較大值。一般情況下，高層建筑結構底部加強部位的剪力墻截面厚度bw的取法按照以下規定，按照一、二級級抗震標準的情況，bw宜選擇剪力墻無支長度的1/16或層高;按照三、四級抗震標準的情況，bw宜選擇剪力墻無支長度的1/20或層高。但在墻底受力較小且結構層高相對較高的情況下，其厚度還按上述要求取值，就顯得很不經濟。所以，根據具體的工程實踐，厚度可以適當減小，而且必須按照下面的公式計算穩定性。

5結束語

本文主要對高層混凝土結構設計中若干問題做了詳細的介紹和闡述，重點分析了結構的概念設計、地基與基礎設計以及結構的計算與分析等方面的內容。在實際的工程設計中，應充分考慮這三個方面的影響因素，不斷將各項工作落實到位，從而進一步推動高層建筑結構設計不斷向前發展。

作者:葉宜成 單位:福建省南平市建筑設計研究院