高层建筑设计原理分析

高层建筑设计原理分析（精选10篇）

高层建筑设计原理分析 篇1

钢结构是由构件和节点构成的。即使每个构件都能满足安全使用的要求, 如果节点设计处理不恰当, 连接节点的破坏, 也常会引起整个结构的破坏。连接节点破坏是钢结构地震破坏的常见形式之一。1994年1月美国北岭地震后, 调查了1000多栋钢结构房屋建筑, 有100多栋建筑的梁柱连接破坏, 其中80%以上破坏发生在梁的下翼缘连接。1995年1月日本阪神地震后的调查发现, 部分钢结构也出现了梁柱连接破坏的震害, 破坏位置主要在扇形切角工艺孔端部。可见, 要使结构能够满足预定功能的要求, 正确的节点设计与构件设计, 两者具有同等的重要性。

1 节点的连接方式

高层钢结构的节点连接可采用焊接、高强度螺栓连接, 也可以采用焊接与高强度螺栓的栓焊混合连接。

1.1 焊接连接

焊接连接的传力最充分, 有足够的延性, 但焊接连接存在较大的残余应力, 对节点的抗震设计不利。焊接连接可采用全熔透或部分熔透焊缝。但对要求与母材等强的连接和框架节点塑性区段的焊接连接, 应采用全熔透的焊接连接。

1.2 高强度螺栓连接

高层钢结构承重构件的高强度螺栓连接应采用摩擦型。高强度螺栓连接施工方便, 但连接尺寸过大, 材料消耗较多, 因而造价较高, 且在大震下容易产生滑移。

1.3 栓焊混合连接

栓焊混合连接在高层钢结构中应用最普遍, 一般受力较大的翼缘部分采用焊接, 腹板采用高强度螺栓连接。这种连接可以兼顾两者的优点, 在施工上也具有优越性。由于施工时一般先用螺栓定位然后对翼缘施焊, 此时栓接部分承载力应考虑先栓后焊的温度影响乘以折减系数0.9。

2 梁与柱连接节点的设计

梁与柱的连接一般可分为三类:其一, 铰接连接, 这种连接柱身只承受梁端的竖向剪力, 梁与柱轴线间的夹角可以自由改变, 节点的转动不受约束;其二, 刚性连接, 这种连接柱身在承受梁端竖向剪力的同时, 还将承受梁端传递的弯矩, 梁与柱轴线间的夹角在节点转动时保持不变;其三, 半刚性连接, 介于铰接连接和刚性连接之间, 这种连接除承受端传来的竖向剪力外, 还可以承受一定数量的弯矩, 梁与柱轴线间的夹角在节点转动时将有所改变, 但又受到一定程度的约束。在实际工程中, 理想的刚性连接是很少存在的。

2.1 梁与柱节点的连接与极限承载力要求

钢框架一般采用柱贯通型, 较少采用梁贯通型。抗震设计时, 钢框架和钢支撑框架的梁柱连接应为刚接。工程中常用的方法有两种: (1) 梁与柱直接连接; (2) 在柱上焊接悬臂短梁, 梁与悬臂短梁拼接。后一种连接方法对构件制作要求较高。

梁柱连接的极限受弯承载力, 由翼缘全熔焊缝提供, 应不小于梁的全塑性受弯承载力的1.2倍;极限受剪承载力, 由腹板连接提供, 应不小于梁跨中作用集中荷载时梁端达全塑性受弯承载力对应的梁端剪切力的1.3倍, 且不小于梁腹板的屈服受剪承载力。系数1.2和1.3是考虑梁钢材的实际屈服强度可能高于标准值。

2.2 梁与柱连接节点的抗震构造

梁与工字形截面柱的翼缘或箱形截面柱直接连接时, 应符合下列抗震构造要求:梁翼缘与柱翼缘之间采用全熔透坡口焊缝, 8度乙类建筑和9度时, 应检验V形切口的冲击韧度, 其恰帕冲击韧度在-20℃时不低于27J;柱在梁翼缘对应位置设置横向加劲肋, 加劲肋的厚度不小于梁翼缘的厚度, 6度抗震设防时, 可以通过计算适当减小加劲肋的厚度, 但不小于梁翼缘厚度的一半;梁腹板采用摩擦型高强度螺栓通过连接板与柱连接。腹板角部设置扇形切角, 其端部与梁翼缘的全熔透焊缝应避开, 当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性模量的70%时, 梁腹板与柱的连接螺栓不得少于两列, 当计算公需一列时, 仍应布置两列, 且此时螺栓总数不得少于计算值的1.5倍。

3 次梁与主梁连接节点的设计

次梁与主梁的连接有铰接和刚接两种。若次梁按简支梁或连续梁计算, 但在连接节点处只传递次梁的竖向支座反力, 其连接为铰接。若次梁按连续计算, 连接节点除传递次梁的竖向支座反力外, 还能同时传递次梁的端弯矩, 其连接为刚接。

次梁与主梁的铰接形式按其连接相对位置的不同, 可分为叠接和平接两种。

3.1 梁在工地的拼接, 主要用于柱带悬臂梁段与梁的连接, 其拼接形式有:

翼缘采用全熔透焊缝连接;腹板用摩擦型高强度螺栓连接, 翼缘和腹板均采用摩擦型高强度螺栓连接;翼缘和腹板均采用全熔透焊缝连接。

3.2 次梁与主梁的连接宜采用铰接连接, 按次梁的剪力设计, 并考虑连接偏心产生的附加弯矩, 可不考虑主梁受扭。

3.3 抗震设防时, 为防止框架横梁的侧向屈曲, 框架横梁下翼缘在节点塑性区段应设置侧向支撑构件。

由于梁上翼缘和楼板连在一起, 所以只需在互相垂直的主梁下翼缘设置侧向隔撑, 此时隔撑可起到支撑两根横梁的作用。

4 柱与柱连接节点的设计

柱的连接主要指工地拼接, 常用的连接方法有对齐坡口焊接以及高强度螺栓与焊缝的混合连接。

4.1 钢框架宜采用工字形或箱形截面柱, 型钢混凝土部分宜采用工字形或十字形截面柱。

4.2 箱形柱通常为焊接柱, 在工厂采用自动焊接组装而成。

其角部的组装焊缝应为部分熔透的V形或U形焊缝, 焊缝百度不应小于板厚的1/3, 并不应小于14mm。

4.3 为保证柱接头的安装质量和施工安全, 柱的工地拼接处应设置安装耳板临时固定。

耳板厚度的确定应考虑阵风和其他施工荷载的影响, 并不得小于10mm。

4.4 按非抗震设防的高层建筑钢结构, 当柱的弯矩较小且截面不产

生拉力时, 可通过上下柱接触面直接传递25%的压力和弯矩, 此时柱的上下端应磨同紧, 并应与柱轴线垂直。坡口焊缝的有效深度不宜小于板厚的1/2。

4.5 工字形柱的工地拼接设计中, 弯矩由柱翼缘和腹板承受, 剪力由腹板承受, 轴力由翼缘和腹板分担。

翼缘通常为坡口全熔透焊缝, 腹板为高强度螺栓连接。当采用全焊接接头时, 上柱翼缘开V形坡口、腹板开K形坡口。

5 柱脚节点的设计

柱脚的作用是将柱的下端固定于基础, 并将柱身所受的内力传给基础。基础一般由钢筋混凝土做成, 其强度远比钢材低。为此, 需要将柱身的底端放大, 以增加其与基础顶部的接触面积, 使接触面上的压应力小于或等于基础混凝土的抗压强度设计值。柱脚按其与基础的连接方式不同, 可分为铰接和刚接两种型式。铰接柱脚主要用于轴心受压柱。柱子轴力较小时, 柱子下端直接与底板焊接。柱子压力由焊缝传给底板, 由底板扩散并传给基础。柱子轴力较大时, 在柱子底板上设置靴梁、隔板和肋板, 底板被分隔成若干小的区格。柱子轴力通过竖向角焊缝传给靴梁, 靴梁再通过水平角焊缝传给底板。刚接柱脚主要用于框架柱 (压弯构件) 。整体式刚接柱脚用于实腹柱和支间距离小于1.5m的格构柱。当格构柱支间距较大时, 采用整体式柱脚是不经济的, 这时多采用分离式柱脚, 每个分支下的柱脚相当于一个轴心受力铰接柱脚, 两柱脚之间用隔材联系起来。

6 结束语

钢结构住宅结构体系在我国正处于一个起步阶段, 国家政策的导向, 高层建筑的大量兴建等为钢结构住宅结构体系的发展和应用提供了非常广阔的前景。

摘要：钢结构在高层建筑中应用广泛, 在全世界已建成的高层建筑中, 77层以上的建筑全部采用钢结构;34层以上的建筑中, 85%采用钢结构。本文分别从钢结构节点连接方式、梁与柱连接节点的设计、次梁与主梁连接节点的设计、柱与柱连接节点的设计、柱脚节点的设计等方面进行着重分析研究。

关键词：钢结构,节点,设计

参考文献

[1]吴云.钢结构住宅设计研究.2009年6月出版.[1]吴云.钢结构住宅设计研究.2009年6月出版.

[2]徐占发.钢结构与组合结构.2008年3月出版.[2]徐占发.钢结构与组合结构.2008年3月出版.

[3]赵风华.钢结构原理与设计.2010年6月出版.[3]赵风华.钢结构原理与设计.2010年6月出版.

[4]中国机械工业教育协会组编.钢结构.2001年9月第1版.[4]中国机械工业教育协会组编.钢结构.2001年9月第1版.

高层住宅建筑技术分析 篇2

关键词：高层；住宅建筑；施工技术

随着我国经济的发展，大部分的中小型城市也不断的发展，城市人口也因此而迅速的增加，因此城市的住房问题也随之出现。传统的住宅层数一般为5～7层，居住的人口数量和整体的住房面积就受到了局限，因此住房建筑就由多层建筑慢慢发展为高层建筑。高层建筑一般为15～25层，建筑层数的增高就缓解了城市的住房压力。由于建筑层数的增高，因此在建筑物的施工过程中对其施工技术的要求也更加的严格。下面我们主要从高层住宅建筑的桩基础工程、深基坑支护工程、转换层施工技术进行简要的分析。

一、桩基础工程的分析

由于高层建筑动辄几十米，因此其基础工程是非常关键的。为了使基础工程达到要求的标准，在基础工程的施工过程中应该更加的注意。现阶段的高层建筑所采用的建筑基础一般是箱型基础、筏型基础和桩基，而应用最多的就是桩基。我们也主要对桩基础工程进行分析。现阶段桩基础工程存在着很多问题，比如：预制桩接桩部位选择不当、时常忽视打桩顺序、不能保证接桩部位的焊接质量和土方开挖不合理等。为了避免这些问题的发生就要做到以下几点：

1.做好施工的准备工作

为了保证施工的质量，施工的前期准备工作是非常重要的。首先，必须做好施工现场及周边环境的全面勘察。对施工现场及周边环境进行勘察主要是了解和掌握施工现场的气候、地形、地貌等自然条件，将收集到的资料制定成册，然后结合以往的勘察报告对土层的形成年代、分布情况以及力学特征进行分析。其次，还应该对施工范围内的暗滨、矿洞与地下建筑物进行了解，也要了解沉桩区域的地下管线分布情况，避免造成损失。

2.合理的选择沉桩、成孔的方式

为了保证桩基工程的质量，合理的选择沉桩、成孔的方式就显得非常的重要。对于钢桩和预制混凝土桩沉桩的方式主要由水冲沉桩法、振动沉桩法、静力压沉桩法和锤击打入法等。而每一种方法都有其利弊，我们只能根据施工现场的地质状况进行合理的选择。而对于灌注桩的成桩而言，最主要的就是其桩的成孔。灌注桩的成孔方式主要有干作业成孔、沉管成孔和泥浆护壁成孔。而对于成孔方法主要是根据施工现场的地质、环境进行选择。为了确保选择合理的沉桩、成孔的方式，施工现场的地质以及环境的分析工作必须做好，从而确保桩基础工程的质量达到要求的标准。

二、深基坑支护技术的分析

深基坑支护的技术有很多种，比如钢板桩支护、地下连续墙支护、土钉支护、拱圈支护、深层搅拌支护、排桩支护和锚杆或喷锚支护等。而不同的地质及环境所能适应的支护技术也不相同，因此，在选择支护技术时应该根据建筑材料、施工条件等不同的工程实际情况选择不同的支护技术。

1.钢板桩支护。钢板桩支护主要由钢板桩和锚拉杆组成，钢板桩本身的柔韧性较大，因此基坑深度达到7m以上的软土地层不宜采用钢板桩支护除非设置多层支撑或锚拉杆。

2.地下连接墙支护。地下墙连接支护是利用特制的挖槽机械，在泥浆护壁的情况下开挖出一定深度的沟槽，然后将钢筋笼放到沟槽内，浇筑混凝土。

3.土钉支护。土钉支护是使用于土体开挖和边坡稳定的一种新挡土技术。土钉是依靠与土体之间的摩擦力或粘结力，在土体发生变形时被动承受拉力作用。而土钉支护系统由密集的土钉群、被加固的土体和喷射混凝土面层形成。这种支护方式不适合土体为含水丰富的粉细砂层、饱和软弱土层和沙砾卵石层，也不适用于有严格要求变形的基坑支护。

4.拱圈支护。拱圈分为闭合拱和非闭合拱，其形式包括圆拱、椭拱和二次曲线拱。拱圈支护能充分的发挥混凝土抗压强度高的特性，具有施工方便、节省工期的特点。若是要采用这种支护，必须在施工现场构造符合圆环受力特点的拱圈布置场地，还应确保拱脚的稳定性。

5.深层搅拌支护。深层搅拌支护是将水泥作为固化剂用机械搅拌好后和软土剂强制拌合，使二者产生物理化学反应而逐渐硬化，从而形成具有一定强度和稳定性的水泥土挡墙。

6.排桩支护。排桩支护的结构可分为悬臂式支护和单锚杆、多锚杆结构，布桩的形式可以分为单排和双排。悬臂式支护适用于开挖深度不超过5m的淤泥质土层以及不超过10m的粘土层和不超过8m的砂土层。

7.锚杆或喷锚支护。锚杆与土钉支护的原理相似，可以与排桩、土钉、地下连接墙或是其他支护结合使用，但是不适用于有机土质以及液限大于50%的粘土层和相对密度小于0.3的砂土。而喷锚支护是支护体喷射混凝提的一种支护方式。

三、转换层施工技术的分析

转换层是高层建筑物中，为了适应建筑物内上部小空间与下部大空间的功能需要，在楼层之间的交接部位设置的过渡结构。对于高层建筑普遍采用的钢筋混凝土建筑形式的转换层的形式主要有箱式转换层、板式转换层、梁式转换层和空腹桁架转换层等。而转换层的施工技术主要包括转换结构支撑系统、钢筋工程和混凝土工程的施工技术。

1.轉换结构支撑系统

因为转换层具有较大的自重和施工负荷，因此，在施工前应该进行计算，确保支撑系统具有足够的强度和稳定性。一般的支撑方式有满堂红钢管支撑架、沿转换大梁方向设置钢管支撑架、型钢构架支撑。其中满堂红钢管支撑架适用于转换梁布置较密，且结构自重和负荷不太大的情况，或板式转换层的施工；沿转换大梁方向钢管支撑架适用于结构自重及负荷较大，而且转换梁的位置不太高的情况；型钢构架支撑适用于结构自重及负荷较大，且转换层位置较高的情况。

2.钢筋工程

钢筋工程的主筋很长，布置也非常的密集。因此在钢筋工程中进行钢筋的绑扎异常艰难。在实际的操作中，为了施工的方便以及确保其稳定性可以采取以下措施：①在转换梁两侧搭设临时支撑架，待钢筋位置固定并焊接后撤去；②主筋接头全部采用闪光对接或锥螺纹接头连接，焊接和机械连接均按照规范要求做力学实验；③在征得同意后，可以将箍筋做成开口状，等梁的纵向钢筋绑扎完毕后再做成封闭箍；④各个部位的固定长度以及伸入柱、墙内锚的长度都应该按照设计的要求预留。

3.混凝土工程

转换层大梁是其结构的关键部位，而转换层大梁的施工主要是大量的混凝土施工。在混凝土工程中，混凝土温度应力是由水化热、浇筑温度和外界温度等产生的。为了预防混凝土出现裂缝，主要就是从减小温度应力方面采取措施，具体的方法有：①降低水化热，可以采用水化热较低的水泥、加入适量粉煤灰以减少水泥用量或是加入缓凝剂使升温过程延长；②设置合理的施工缝及浇灌顺序，保证混凝土不出现冷缝；③选用粒径较小的骨料，振捣时做到快插、慢拔；④混凝土氧化过程中必须掌握好其温度的变化规律；⑤在混凝土内部预埋水管，往其中注入冷水降低内部温度；⑥养护过程中定时浇水，做好混凝土的保温保湿工作。

四、结语

住宅建筑涉及到人们的人身安全以及财产安全等，因此保障高层住宅建筑的质量是住宅建筑的关键问题。所以在施工过程中确保施工技术的完美实施是非常必要的。

参考文献：

[1]袁均康.高层建筑深基坑支护施工技术分析[J].科技与生活,2010,(9):29

[2]宗静.高层建筑桩基础工程的技术分析[J].价值工程,2010,29(29):80

[3]岑志毅.关于高层建筑转换层施工技术分析[J].科学之友,2010,(9):38～39

[4]何启伟.对高层建筑施工技术的概述[J].中国科技博览,2010,(20):301

[5]杜欣双.高层建筑结构工程施工技术分析与探讨[J].价值工程,2010,29(22):75

高层建筑设计原理分析 篇3

地震是一种发生频率比较高的自然灾害之一, 而地震对于建筑物有着非常大的破坏力, 再发生地震时很容易使得建筑物倒塌, 特别是一些高层建筑, 如果倒塌对人们的生命财产安全有着非常大的威胁[1]。随着近几年地震灾害发生的频率越来越高, 而且在每次灾害中建筑物的抗震能力大部分都达不到标准。正因如此, 对建筑物结构抗震能力的加强, 成为了当前建筑工程施工中的一个重要的方面。在现代化的结构设计中, 怎么样经过对建筑结构的改造, 进一步的提高抗地震倒塌能力, 是一个非常紧要的研究项目。本文对高层建筑结构抗震设计的原理和策略做出了进一步的研究。

1. 高层建筑结构的受力分析

根据我国目前的高层建筑结构抗震相关法律法规的规范, 并且结合高层建筑的结构特点出发, 可以总结出来以下几点:

第一点, 要对建筑结构的受力方面进行全方位的考虑, 在对这个方面进行研究的时候因该要对建筑结构竖向荷载和水平荷载, 在地震区域应该对额外的抗震能力进行有效的考虑, 进过有效的研究发现, 建筑结构中的水平荷载和地震作用有着非常大的关系。根据荷载效应和建筑物高度的关系可以知道, 随着建筑物的高度不断增加, 荷载效应产生的位移增加的也就会越大, 为了对高层建筑结构在水平作用下产生位移从而影响到建筑基础的安全性和稳定性, 在设计的时候应该确定一条相对比较完整的方法来避免这种事情发生, 并且尽可能的把这种危害降到最低。

第二点, 依据高层建筑和底层建筑在受力方面和建筑安全性稳定性相对比可以知道, 高层建筑具有比较高的摆动性和柔韧性, 相对于建筑物来说, 它的高度越大, 摆动性也就也越大, 所以在对建筑物进行设计的时候就应该把这些问题全部进行充分有效的考虑, 为其增加足够的强度和刚度。换句话说, 也就是在地震的作用下, 建筑结构进入弹性之后, 还可以保持着其原有的抗震能力, 从而不会在相对的地震中倒塌或者出现裂缝, 这样就能够完美的达到高层建筑抗震的要求。

2. 对高层建筑抗震效果产生影响的因素

如果要做好高层建筑结构抗震机构设计, 就要了解建筑物抗震效果产生影响的原因, 以下是对原因做出的有效分析。

2.1 高层建筑结构的设计

影响高层建筑物抗震效果的原因中, 建筑物结构的设计时所有原因中最主要的一个。高层建筑要在满足设计的刚开始对抗震程度的设计构想, 不管是高层商业建筑还是高层办公建筑都一定要使得结构设计科学合理的展开, 从而保证抗震粗略科学化, 做到不受小地震的影响, 遇到大地震的时候不会倒塌。但是如果高层建筑物对平面的设计太过繁琐, 建筑的质量和刚度得不到合理有效的统一, 那么在发生地震的时候就会对建筑物造成非常大的影响甚至很可能使得建筑倒塌, 所以在建筑结构设计的时候一定要注意让建筑物的质量和刚度得到有效的统一, 这样就能够在很大程度上提高高层建筑的抗震能力[2]。

2.2 高层建筑使用的材料以及施工工序

建筑结构的使用材料对建筑物的抗震效果有着非常大的影响, 但是在这个方面经常会被很多人忽略, 所有的施工人员一定要清楚的了解, 很多建筑的抗震能力是和建筑物使用材料的好于坏成正比关系的。也就是说, 在同一个地方, 同样的建筑, 使用好材料进行施工的建筑物比使用相对较差材料的建筑物的抗震能力前者比后者要好。所以在高层建筑的施工环节, 要对施工人员进行严格的监督, 让施工人员在施工的时候能够规范合理的操作, 进一步确保建筑物的质量, 从而加强建筑物的抗震能力。

3. 结构布置的一般原则和方法

3.1 结合建筑所在环境确立设计体系

在对高层建筑进行施工的时候, 首先要对高层建筑所在的环境进行有效的勘测, 在勘测过后进行合理科学的计算, 之后再根据建筑物所处的环境进行合理的抗震设计, 特别应该注意建筑物应该具备良好的合理的传力路线, 这样就能够在很大程度上提高建筑物的抗震能力。例如, 在南昌市沃尔玛购物广场的建筑中, 其不仅仅在3层以上的楼层使用了梁式转换层的结构设计, 还根据其所处的位置设置了很多抗震的梁柱, 在南昌沃尔玛购物广场起初建造的时候, 对周围的环境都经过合理有效的检测之后再进行施工。

3.2 对建筑材料的选择加大重视

在高层建筑抗震能力材料也有着非常大的影响因素, 材料的好与坏和建筑抗震能力的高和低存在着正比的关系, 所以材料的选择在建筑施工过程中有着非常重要的地位。在对材料进行选择的时候, 首先应该从材料的各种抗震参数进行合理有效的分析, 进一步从整体上了解建筑物整体抗震的能力。另一个方方面, 对材料的价格也应该做相关市场调查, 这样才能在选择好材料的基础上, 使工程造价的成本降到最低。例如, 在南昌市东方银座进行建造之初, 南昌市政府专门派遣相关人员对建筑商购买材料进行严格的监督, 并且在购买回来之后使用科学的方法对材料进行检测, 只有检测合格后才能放到施工中去使用[3]。

3.3 抗震防线设置

在对高层建筑结构设计的过程中, 应该依据该建筑所处的位置增加多通道抗震防线。第一道防线主要是受到地震的破坏之后, 可以及时有效启动的后背防线, 从而进一步的对地震的危害进行降低, 防治整个建筑的防震系统不会瞬间失去作用。高层建筑结构在进行抵抗地震的设计过程中可以使用墙壁式框架的框架剪力墙结构等方法增加有效的抗震能力, 对高层建筑进一步的使用剪力墙结构, 能够有效的提高高层建筑的抗震能力。

4. 结束语

总而言之, 对高层建筑结构的抗震设计的时候, 应该依据高层建筑的功能需求改变建筑的结构设计, 对不同通途、不同环境的建筑采用不同的建筑结构设计, 在建筑施工之前应该做好对建筑周围一切条件的勘测, 不管是自然环境还是社会环境都应该要合理科学的计算调查, 对调查的结果分析之后, 然后在对高层建筑进行合理科学的抗震结构进行设计, 在建造施工的材料选择时, 应该尽量选择质量好的材料进行使用, 在质量相同的情况下选择价格低的材料等。只有这样才能让现代高层建筑达到抗震的目的。

摘要：在高层建筑工程结构中, 高层建筑的抗震能力是建筑结构质量高低的一个重要的指标, 由于近几年很多地方都发生了地震灾害, 而且在每次灾害中建筑物的抗震能力大部分都达不到标准。正因如此, 对高层建筑物结构抗震能力的加强, 成为了当前建筑工程施工中的一个重要的方面。高层建筑物在地震中所受到的损害, 可通过在施工时提高高层建筑物的抗震倒塌能力来解决。本文从高层建筑结构的受力分析、对高层建筑抗震效果产生影响的因素分析从而提出结构布置的一般方法和原则。

关键词：高层建筑,结构抗震,设计原理

参考文献

[1]杨磊.论高层建筑结构杭震的优化设计[J].建筑设计管理, 2010, 12 (11) :12-13.

[2]马一鸣, 李红.浅谈高层建筑结构的杭震设计[J].中国新技术新产品, 2012, 5 (03) :17-18.

高层建筑竖向结构设计分析 篇4

摘要：结构抗震概念设计对结构的抗震性能起决定性作用，而结构布置则是概念设计的重要体现，本文通过结合实践经验，针对结构的竖向布置而展开探讨，提出如何布置有利的高层建筑结构竖向构件，为同行提供借鉴。

关键词：结构设计；竖向布置；结构布置

一、结构竖向布置技术要求

对由风荷载控制的高层建筑，由于作用于房屋的风荷载标准值是随离地面的高度加高而增大，故宜采用上小下大的梯形或三角形立面。其优点是可有效地缩小了较大风荷载值的受风面积，使楼房下部的风载倾覆力矩较大幅度地减小；而且从上到下楼层的抗推刚度和抗倾覆能力增长较快，与风载水平剪力和倾覆力矩的增长情况相适应；楼房周边向内倾斜的竖向承力构件轴力的水平分力，可部分抵消各楼层的风荷载水平剪力。抗震设计的高层建筑，其立面形状宜规则、简单，也应该采用矩形、梯形、三角形或双曲线梯形等沿高度均匀变化的简单几何图形。当采用三角形、梯形、双曲线梯形等上小下大的简单立面形状的高层建筑，由于整个建筑的质心位置下降，地震倾覆力矩减小，将取得与抗风同样的经济效果。台阶多次逐渐内收的立面形状，也是较好的立面形状。不规则立面形状的高层建筑，地震作用下高振型的不利影响加剧；同时平面尺寸突然减小的楼层.可能因塑性变形集中效应而使其层间侧移值成倍地增长，对抗震不利。

二、竖向构件布置

结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续，避免刚度突变，避免薄弱层，抗震设计结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小。构件上下层传力直接、连续。当底层或底部若干起取消部分剪力墙或柱子时，应加大落地剪力墙和下层柱的截面尺寸，尽量减少刚度削弱的程度，避免产生刚度突变，并提高这些楼层的楼板厚度。

如果建筑功能需要从中间楼层取消部分墙体时，则取消的墙不多于总墙量的1/4。日本阪神地震，中间部分楼层破坏是一个显著特点。许多8～10层的框架结构在第4、5层的部分柱子被压坏，造成上部楼层下落，重叠在一起。原因可能就是中部楼层柱子截面尺寸、材料强度改变或取消了部分剪力墙，在 中部楼层产生刚度或承载力突变，从而形成结构薄弱层。

如果在顶层取消部分剪力墙或内柱，顶层取消的剪力墙也不宜多于总墙量的1/3。框架取消内柱后，全部剪力应由外柱箍筋承受，因此对于顶层柱的箍筋应全部加密。对高层建筑结构竖向体型的不规则，除了在收进和外挑的水平尺寸上作出规定外，还在以下两方面加以限制：1）抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度与相邻上部楼层侧向刚度的比值。2）高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力与上一层的比值。

三、竖向结构规则性布置

建筑结构的规则性对结构的抗震能力至关重要，南美洲的马那瓜地震中两幢相隔不远的高层建筑的震害情况很能说明问题。对比二栋高层建筑，相隔不远，一幢是15层的中央银行，另一幢是18层的美洲银行大厦。前一幢的建筑结构严重不规则，地震时破坏严重，地震后拆除，后一幢建筑结构很规则，地震时只轻微损坏，地震后仅稍加修理便恢复使用。对于中央银行来说，其平面不规则具有极大的扭转偏心效应，4层以上的楼板仅50mm厚搁置在14m长的小梁上，小梁的全高仅450mm，这样一个楼面体系是十分柔弱的，抗侧力的刚度很差，在水平地震作用下产生根大的楼板水平变形和竖向变形。另外，该建筑的竖向不规则性体现在，塔楼的上部（四层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在四层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（柱子的間距达9.4m）。形成上下两部分严重不均匀，不连续的结构系统）。由于这样的不规则结构，该建筑在这次地震中遭受了以下的主要破坏：第四层与第五层之间（竖向刚度和承载力突变），周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；横向裂缝贯穿三层以上的所有楼板（有的宽达10mm），直至电梯井的东侧；塔楼的窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其他非结构构件均严重破坏或倒塌。

通过对这幢建筑在地震后进行了计算分析，分析结果表明：①结构存在十分严重的扭转效应；②塔楼四层以上北面和南面的大多数柱子抗剪能力大大不足，率先破坏；②在水平地震作用下，柔而长的楼板产生可观的竖向运动等等。震害表明，框架柱或剪力墙不连续，楼层柔弱或楼板大开洞等，往往会造成结构不规则的地震作用传递途径。如果这些不规则传力部位处相邻构件的强度差异较大，就容易引起这部分构件的非弹性变形集中，这些部位都是抗震上的不利之处。

实际上引起建筑结构不规则的因素还有很多，特别是复杂的建筑体型，很难—一用若干简化的定量指标来划分不规则的程度并规定限制范围，但是，有经验的、有抗震知识素养的建筑设计人员应该对所设计的建筑的抗震性能有所估计，要区分不规则、特别不规则和严重不规则等的不规则程度，避免采用抗震性能差的严重不规则的设计方案。

四、工程实例

某公寓楼地下1层，地上南楼22层，北楼23层，结构高度为73.200 m，另有2层局部突出，结构最高点高度为79.800m，结构平面尺寸为22.4m×44.4m，高宽比为3.26，公寓楼单体建筑面积约2万m2。抗震设防烈度为6度；设计地震分组为第一组；基本地震加速度值为0.05，建筑场地类别为iii类；建筑结构抗震等级：剪力墙为三级，框架四级，框支柱二级，建筑结构的阻尼比取0.05；基本风压取0.9kn/m2，；结构体系为部分框支剪力墙。

建筑设计方案造成结构平面与竖向布置不规则，一方面，南北两幢楼两个主轴方向剪力墙布置刚度差异较大，且因建筑要求不能在剪力墙和框架柱处连续布置，抗侧力体系连接较薄弱；另一方面由于建筑要求外立面开有较大的落地窗，周边剪力墙较少、多为一字形墙，有墙垛者也较小，仅为500mm长，并设有角窗；角部既无墙亦无柱致使结构平面布置不规则，抗扭刚度较小。对原设计的结构电算表明：公寓楼的第一振型为扭转平动耦合振型，按《高规》其扭转基本周期与平动基本周期之比不应大于0.9，而本工程计算结果大于1.1。结构竖向布置，由于消防车道的架空的要求，北楼北侧的剪力墙无法落地，只能框支转换。少数转换大梁支承在单片墙上，致使结构坚向布置不规则。

本工程除综合模型的分析结果进行结构设计外，还采取了以下构造措施：剪力墙的布置根据不同的平面位置采用不同的墙体厚度，周边的剪力墙厚一些，小间部位的剪力墙薄一些，同时对剪力墙的布置及连梁高度进行优化，适当加高周边框架梁及连梁的高度至700mm，调整使得结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期比值为0.864小于0.9，楼层竖向构件的最大水平位移和层问位移小于该楼层平均值的1.4倍。同时加大一字形山墙的竖向配筋，角窗部位的楼板内加设斜向构造粗钢筋，且转换构件层上下楼板厚度加大刚度加大。

五、结语从工程实践表明，对于高层建筑的竖向体形宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用严重不规则的结构。应以结构在水平荷载（地震作用；风荷载）作用下产生最小的内力和变形为最佳。

参考文献：

[1]黄振宇.高层建筑结构竖向布置的探讨 [j].科技资讯，2012，（06）：95-182.

[2]邵娅翔；王顶勇.钢筋混凝土抗震墙结构的结构布置[j].广东土木与建筑，2012，（01）：30-31.

高层建筑设计要点分析 篇5

1 高层建筑设计的原则

1.1 建筑布置要遵循有机统一的原则

高层建筑在布置过程中要考虑其对城市轮廓线的影响, 在城市轮廓线组织中, 建筑物的影响作用非常大, 尤其是高层建筑, 因此, 高层建筑的布置要遵循有机统一的原则。高层建筑布置会存在着集中在一起的情况, 这样就形成了一个城市的“冠”, 在这种情况下, 要避免出现相互干扰的情况, 可以在高度方面不同, 或者是采用相仿的高度, 但是楼与楼之间的间距要保证非常的适当, 这样才能更好的构图。在单栋高层建筑布置时, 可以将其设置在道路拐弯处, 这样能够起到更好的视觉观赏效果。如高层建筑在位置布置方面彼此之间没有任何的关系, 这样不会有很好的向心凝聚感, 在整体效果方面不会满足人们的要求。高层建筑在顶部设计方面不应该出现雷同或者是相同的情况, 这样对高层建筑轮廓线的优美感会带来负面影响。

1.2 高层建筑尺度要有序

高层建筑设计时, 对尺度问题要格外注意, 对城市尺度、整体尺度、街道尺度、近人尺度以及细部尺度等方面都要进行重视, 要遵守尺度的统一性, 不能将几种尺度进行混淆使用, 这样才能更好的实现高层建筑与城市之间、整体与局部之间、局部与局部之间以及建筑与人之间都形成有机统一的整体。

1.3 高层建筑形象要有可识别性

高层建筑的局部形象要具有识别性, 这样在对其整体大小进行把握时, 可以通过屋檐、台阶、柱子、楼梯等对建筑物的体量进行表示。对认知尺度部件进行任意的放大或者是缩小都会导致出现错觉, 效果非常不好。但是有时也可以对这些错觉进行利用来达到更好的效果。

2 城市建设中高层建筑的规划设计

2.1 避免高层建筑密集

高层建筑的密集能够对城市办公条件提供便利, 但是, 却给城市空间带来了很大的压力, 城市空间以及交通的拥挤, 也会产生更大的污染和危害。很多高层建筑在建设过程中使用了大面积的玻璃幕墙, 这样就会产生严重的光污染。密集的楼群也会形成高压风带和风口, 将会产生意想不到的后果。城市规划过程中, 对区域内的高层建筑密度大小要进行限制, 避免出现过于集中的情况。

2.2 高层建筑与城市街道

城市发展过程中, 高层建筑一般都是在城市商业比较发达的地段, 这些地段的交通压力通常比较大, 高层建筑的出现会导致交通压力更加大, 因此, 在商业较发达地区, 高层建筑的层数和高度要进行必要的控制, 在规划过程中可以对街道进行扩展, 对通行能力进行改善。

2.3 控制超高层建筑数量

城市现代化进程中, 超高层建筑成为了城市发展的代表性标志, 但是, 很多的超高层建筑既不符合经济性, 也不符合合理性, 一些已经投入使用的建筑物, 在收益方面并不可观。渐渐地, 超高层建筑只是城市形象的体现, 并没有真正发挥效果。

3 城市建设中高层建筑设计的要点

3.1 建筑朝向设计

建筑朝向设计要和建筑的平面形态、建筑选址、太阳光路径朝向以及当地的风向有关。在热带地区根据太阳路径情况, 建筑形态应该以东西向为轴线的矩形, 这样能够减少建筑开阔面的太阳辐射。建筑物获得热量最大的来源是利用窗户的太阳辐射, 这样热量的获得会随着时间和角度的不同而不同。建筑朝向的确定对后续的每个设计决策都会产生很大的影响, 建筑选址具有一定的特殊性, 新建筑对环境的影响也要进行充分考虑。新建筑对环境的影响, 主要可以从两个方面进行分析, 分别是当地的气候以及基址内建筑的环境问题。当地的气候影响对建筑来说有可能是正面的, 也有可能是负面的, 建筑的朝向问题可以通过遮阳带植物或者是渗透性墙体来进行缓和, 对气候条件进行研究, 能够更好的确定建筑选址和建筑外形, 通过建筑形式、植被以及遮蔽带等对基址剩余区域的潜能进行利用。

3.2 高层建筑的外墙设计

高层建筑的外墙设计和一般建筑物相比存在着一定的特殊性, 高层建筑在通风方面具有一定的优势, 随着高度的不断增加风速和风压都会出现明显的变化, 这样就会导致建筑和外界的热交换在速度方面出现增加的情况, 对建筑能量的保存有很大的影响, 会导致热工能耗增加。高层建筑因为高度的关系, 不会受到邻近建筑物的遮挡, 同样的日照时间获得的日照辐射会比多层建筑高很多, 这样在冬季能够保证建筑的温度, 但是, 在夏季会出现温度过高的情况。

此外, 气候条件受到很多因素的共同影响, 各种要素总是在舒适要求条件下变化, 建筑随着气候的变化要进行采暖、制冷、通风、防风等需求的变化, 因此, 建筑外墙应该结合各种系统, 在设计方面更加优化。外墙要实现对气候用和防的辩证统一, 这样能够成为环境的过滤器。外墙要能够向过滤器一样提供自然通风, 同时, 对通风还要实现交叉控制, 这样能够更好的对天气变化情况进行适应, 在夏季实现通风隔热, 在冬季实现保温。高层建筑的外墙要和外部环境进行直接的联系, 因此, 双层立面系统可以更好的进行应用。

3.3 高层建筑顶部造型处理

高层建设在设计过程中其独特的顶部造型设计不仅仅可以提升整体的建筑形象, 还能作为城市建筑群中区别于其他建筑的重要标志之一, 即通常我们所说的城市建设地标性建筑。在当前城市高层建筑规划设计中, 造型独特的顶部设计结构起到了越来越重要的作用, 不仅如此, 在保护城市发展空间生态建设以及传统特色街道空间保护上都发挥了极其重要的影响。但在实际高层建筑设计过程中, 往往存在着一种错误意识, 建设者们往往将其作为财富权利、地位技术的象征, 设计过程中不能很好的结合实际, 盲目的追求建设设计特色, 打造极其奢侈怪异的高层建筑顶部, 有些甚至为了追求眼前利益破坏了城市整体发展空间布局, 从长远利益来讲, 这种建筑设计将不利于城市的可持续发展。所以高层建筑在设计时, 必须结合所在城市自身发展特点以及所产生的经济效益、社会效益等因素对其综合考虑, 将城市发展的根本利益作为高层建筑设计的目标, 以创造舒适的高层建筑环境为基础, 更好的服务于城市发展建设, 这样才能获得长久的发展。

4 结束语

高层建筑在城市发展过程中地位至关重要, 其不仅仅能够对城市住房方面出现的问题进行解决, 同时, 也能对土地资源进行更为合理的利用。高层建筑的设计风格在不断变化着, 要和城市空间环境发生联系, 任何风格的设计都有其存在的意义, 因此, 对高层建筑设计要进行更为细致的分析, 在设计理念方面进行完善, 这样能够促进高层建筑取得更好的发展。

摘要：城市在发展过程中慢慢出现了向高空发展的趋势, 而且, 随着城市化进程不断推进, 人口也越来越多, 人均占地面积也越来越少, 因此, 高层建筑成为了城市建筑的主要形式。在高层建筑施工前进行设计分析非常必要, 这样能够避免在施工中出现一些问题, 文章对高层建筑设计要点进行了分析, 希望能够更好的提升建筑质量, 为以后城市发展提供参考。

关键词：城市建设,高层建筑,设计

参考文献

[1]杨献宇.高层建筑设计的尺度把握[J].住宅产业, 2009 (4) .

[2]孙伟.高层建筑设计原理[J].经营管理者, 2009 (4) .

[3]魏国, 李楠.高层建筑设计存在的问题[J].价值工程, 2011 (6) .

高层建筑抗震设计分析 篇6

随着我国社会主义现代化建设和城市化进程的不断向前推进, 建设用地日趋紧张, 促使建筑功能越来越多样化, 高层建筑得的发展是大势所趋。高层建筑的特点是高度比较高, 所以地震荷载和风荷载在设计过程中占主导和控制地位, 而我国又是地震多发国家, 因此高层建筑的抗震设计分析显得尤为重要。

1 高层建筑抗震设计特点

第一, 控制建筑物的侧移是重要的指标。在地震荷载作用下, 建筑结构所产生的水平剪切力占主导地位, 所以建筑物会产生明显的侧移, 随建筑结构的高度不断曾加, 结构的侧向位移迅速增大, 但该变形要在一定限度之内, 这样才能保证结构安全以及使用功能。

第二, 地震荷载中的水平荷载是决定因素。水平荷载会使建筑物产生倾覆力矩, 并且在结构的竖向构件中引起很大的轴力, 这些都与建筑物高度的两次方成正比, 故随建筑结构高度的曾加, 水平载荷大相径庭。对高度一定的建筑物而言, 竖向荷载基本上是不变的, 但是随着建筑物的质量、刚度等动力特性的不同, 水平地震荷载和风荷载的变化是比较大的。

第三, 要重视建筑结构的延性设计。高层建筑结构随着高度增加, 刚度减小, 显得更柔, 在地震荷载作用下变形较大。这就要求建筑结构要有足够的变形能力, 使结构进入塑性变形阶段仍然安全, 需要在结构构造上采取有利的措施, 使得建筑结构具有足够的延性。

2 结构体系的合理选择

地震对建筑物的伤害主要是水平地震力所造成的剪切破坏, 所以根据结构体系对抗侧力能力的不同, 钢筋砼结构主要可分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等, 这也是我国高层建筑长采用的结构形式。由于这些体系的结构形式、抵抗水平力的能力有所区别, 尤其是对地震反映大不相同, 因此它们适用于不同的场合。

2.1 框架结构

框架结构由框架梁、柱构件组成。其特点是柱网布置灵活, 便于获得较大的使用空间。框架结构的框架梁和柱既承受竖向荷载, 又承受水平荷载。当建筑物高度较低、层数相对较少时, 其水平荷载对结构的影响不大, 这时采用框架结构还是比较合适的, 既满足受力要求, 也提供了很大的使用空间。但框架结构侧向刚度很小, 随着建筑物高度的曾加, 框架结构水平荷载分布呈现出不均匀的现象, 有的楼层相对薄弱, 很容易屈服。地震荷载对柱子的破坏作用要相对强烈, 而对梁的破坏相对较轻, 而柱子顶端的破坏比底端要严重, 特别是对角柱和边柱来说破坏更加严重。短柱的剪跨比较小, 发生柱中剪切破坏几率较大, 对一般的柱而言, 发生的是柱端弯曲破坏。故框架结构在很高的建筑中应用的不多, 尤其是是采用砌体填充墙时, 地震荷载作用下填充墙破坏严重, 修复费用很高。

2.2 剪力墙结构

剪力墙由纵、横方向的墙体组成的抗侧力体系, 属于以弯曲变形为主的结构体系。该体系的特点是, 侧向刚度比较大, 抗侧移能力明显优于框架结构, 而且整体性好, 有利于结构整体受力。因此, 剪力墙结构可以用于比较高层住宅, 性能稳定。但是剪力墙结构也有其自身的缺点。从动力学角度来看, 刚度越大周期越短, 动力反映就会越强烈, 即使建筑结构抗力满足要求, 建筑内设备会产生严重破坏;除此之外, 剪力墙结构有大量的墙体结构采用钢筋砼而使得自重大, 对建筑平面设计产生很大局限, 很难提供足够大的空间。所以, 剪力墙结构主要用于高层建筑并且对建筑空间要求不大的结构中。

2.3 框架-剪力墙结构体系

框架-剪力墙结构是在框架结构中的基础上, 在适当部位曾加了剪力墙, 使得该结构继承和发展了框架结构和剪力墙结构的优点, 既有足够的刚度也具备一些柔性。框架-剪力墙结构的特点是, 不但可以满足大空间的建筑要求, 建筑布置灵活, 又提供了较大的侧向刚度。框架-剪力墙结构以其优越的抗震性能和灵活的空间布置、建筑功能, 在当今高层建筑中得到广泛的应用。

2.4 筒体结构体系

筒体结构包括框架-核心筒结构与筒中筒结构框架-核心筒结构有外框架和内部核心筒组成。内部核心筒具有很大的刚度, 很好的满足侧向变形和结构强度要求;外部框架可以提供大空间来满足建筑布置上对空间的要求。而筒中筒结构是由薄壁的内筒与密柱的外框筒组成, 筒中筒结构最大的优点是具有比剪力墙结构更大的侧向刚度, 抗侧移性能更好, 所以, 适用于超高层建筑。

每种建筑结构的抗震性能和适用的范围都不相同, 并且高度不同采用的抗震等级也不尽相同, 具体见表1所示。

3 结构设计的抗震措施

3.1 框架结构抗震构造措施

框架结构的抗震能力相对来说比较弱, 但通过采用一些抗震措施也可以得到些许提高。以框架结构的梁为例, 其必须满足以下几点要求:1) 梁的截面宽度不宜小于200mm;2) 梁的截面高宽比不宜大于4;3) 梁的净跨与界面高度之比不宜小于4。而对于框架结构的柱子, 规范规定其柱内纵向钢筋配置须满足如下措施:1) 框架柱的布置必须对称;2) 当柱的截面尺寸大于400mm时, 其内纵向钢筋的间距不宜大于200mm;3) 柱总配筋率不大于5%;4) 一级且剪跨比不大于2的柱, 每侧纵向钢筋配筋率不大于1.2%;5) 柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。

3.2 剪力墙结构抗震构造措施

剪力墙结构中起抗震作用的主要是剪力墙, 剪力墙的厚度, 一、二级不应小于160mm且不小于层高的1/20, 三、四级不小于140mm且不小于层高的1/25。底部加强部位的墙厚, 一、二级不小于200mm且不小于层高的1/16;无端柱或翼墙时不应小于层高的1/12。剪力墙厚度大于140mm时, 竖向和横向分布钢筋应双排布置;双排分布钢筋间拉筋的间距不大于600mm, 直径不小于6mm;在底部加强部位, 边缘构件以外的拉筋间距应适当加密。

3.3 框架-剪力墙结构抗震构造措施

该结构体系中, 剪力墙的厚度不小于160mm且不小于层高的1/20, 底部加强部位的剪力墙厚度不小于200mm且不小于层高的1/16, 剪力墙周围设置梁和端柱组成的边框。对剪力墙中的竖向和横向钢筋来说, 配筋率不小于0.25%, 并双排布置, 拉筋间距不大于600mm, 直径不小于6mm。

3.4 筒体结构抗震措施

对框架-核心筒结构来说, 核心筒与框架之间的楼盖宜采用梁板体系。当地区设防列度高于9度时设防必须采用加强层, 且在对结构进行整体分析时必须要考虑加强层变形的影响。加强层的大梁或桁架应与核心筒内的墙肢贯通, 大梁或桁架与周边框架柱的连接宜采用铰接或半刚接。

4 结论

在汶川地震之后, 地震灾害已经成为人们关注的一个焦点。框架结构、框架-剪力墙结构以及剪力墙结构等都是被广泛应用的抗震结构形式, 但是这些结构都存在着不足之处, 那就是采用传统的设计理念, 加强配筋, 对地震灾害作用采取“硬抗”的方式, 为了弥补这个不足, 近几年来出现了一种新型设计-隔震房屋, 隔震结构通过改变结构周期来降低地震对建筑物的伤害, 由于减小了层剪力, 不但保证结构的安全, 也减小了室内设备的损害, 有很大的发展空间。

参考文献

[1]胡聿贤.地震工程学[M].北京:地震出版社, 2005.

[2]GB50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].

论某高层建筑设计与分析 篇7

某建筑大厦建筑高度为90 m, 地下2层为停车库和设备用房, 地下1层有部分空间还拟作超级市场。地上裙房第1层～5层设有大型商场、电影院和风味小吃, 以及某公司招待所大堂、餐厅和厨房等。第6层以上为“双塔”式主楼, 其中第6层为设备转换层。西塔楼第7层～14层为招待所的客房及其会议室, 第15层以上为住宅。东西塔楼的第16层为消防避难层。该大厦用地地块呈方形, 但是, 要在占地面积有限的基础上, 创建出集居住、旅行、娱乐和商业于一体、容积率高达10的“无限”空间, 非超高层建筑莫属。该大厦的设计具有四个特点。 (1) 大厦的功能多, 建筑师运用建筑设计手法, 在总平面设计理顺其人流、车流交通以及各层面的休闲空间。 (2) 在地下1层局部和地上5层商场的建筑设计, 将新的商业概念引入建筑——快乐购物, 休闲购物。 (3) 立面设计打破陈规, 采用当前国际流行的多彩涂料饰面。 (4) 采用节能的新型建筑材料, 设计出独特的建筑构造。

2 舒适且功能齐全的建筑环境

在总平面设计中, 我们力求“更为合理利用处理公共空间中组团绿地的私密性和共享性的关系, 合理规划以避免居民进入非生活区, 合理利用通道解决建筑和环境间关系等”。该大厦内设商场、超市、风味小吃、招待所、电影院、社区游泳池、桑拿及住宅等, 其功能之多在高层建筑亦不多见。处理好车流和各个层面人流的水平和垂直交通流线, 是总平面设计的关键。本工程充分重视流线设计, 将商场、超市、电影院和招待所的人流出入口分设于建筑的南侧和东侧, 直接面向厦禾路和斗西路, 为招徕顾客和旅客创造商机。两幢塔楼住宅, 商场货物仓库, 以及招待所内部人员和货物出入口, 均设于北面。地下汽车库两个出入口, 分设于东北角和西北角。这样一来, 各股人流与车流各行其道, 互不干扰, 泾渭分明。

从近年来房地产业的繁荣与萧条中, 我们已经清楚地认识到:“在住宅设计中, 舒适的内部空间和优化的外部环境, 是房地产开发事业中头等重要的促销手段”。建筑的高容积率虽然给环境设计带来了一定的难度, 但是绿化和休闲的空间设计仍然是设计的重墨之处。当今社会, 环境的优劣越来越被购房者、商场业主和入住招待所的旅客所关注。该工程地处道路的路口, 是交通汇合处, 绿化景观将成为厦禾路绿化空间序列中的一个节点。因此, 该大厦的绿化景观的设计重点分为四个部分。

(1) 南面商业广场绿化, 结合厦禾路与斗西路的城市道路绿化的节点空间与广场绿化穿插设置, 使之融成一体。这就提供给市民一个较舒适的购物环境。

(2) 在大楼呈加斜角的“L”型的半围合的西北角, 即两个塔楼住宅的出入口处, 设计一块面积约600 m2开敝的绿地空间。以此作为住户纳凉、休闲和小憩的场所。

(3) 在裙房的屋顶, 设计屋顶花园, 作为招待所旅客的室外活动空间。

(4) 如图1所示, 在第16层的弧型联体屋面上, 设置游泳池。虽然游泳池的面积不大, 但却为住户提供了夏天炼身、儿童嬉戏的场所。“以人为本”的绿化设计, 也使各个组群的人都各得其所。

3 居住与商业服务的巧妙结合

把电影院、风味小吃引入高层住宅大楼, 是借鉴国外成功的建筑设计。例如, 菲律宾的SM, EVER和GOTESCO商业城, 均是人们耳熟能详的例子。该大厦引入的是快乐购物和休闲购物的新理念。人们在每天的劳作之余或休闲时间, 走进该大厦购物, 饿了、渴了或累了, 可以走进风味小吃品尝一下, 或走进电影院观赏一下。

4 简洁而色彩绚丽的建筑形象

大楼立面造型设计力求简洁, 以突出高层建筑的整体效果, 没有过多的装饰。“建筑形象既要服从经济繁荣时期的商业性需要, 又要兼顾居住环境的朴实与温馨, 以免建筑设计流于形式, 弄虚作假、华而不实”。因此, 设计中采用彩色涂料饰面, 运用现代国际流行的多彩设计手法, 用木瓜色、藏青色、浅棕色、深棕色等四种颜色涂料配以局部蓝色玻璃幕墙。多彩颜色设计, 可以反映商业建筑的热烈、朴实的体型, 表现居住建筑的温馨。

5 细微处体现“以人为本”设计理念

整幢建筑除局部使用玻璃幕墙外, 外墙窗均采用白色塑钢窗。虽然塑钢窗并非最先进的窗型材料, 但是比起现在通常使用的铝合金窗, 具有导热系数低、耐腐蚀、耐磨擦、抗老化和易清洗等优点。塑钢窗材质表现出与人的亲和性, 特别在冬天, 它比起冷冰冰的铝合金, 人们更愿意接近和触摸。由于塑钢窗的导热系数低, 无论在北方取暖的建筑里或者在南方空调制冷的房间里, 它均是节约能源的好材料。在住宅除分户墙之外, 户内隔墙都采用泰柏板轻质隔墙。所谓的泰柏板, 就是在两片钢丝网中间夹着难燃材料岩棉。安装上墙之后, 再两面抹灰。轻质隔墙的选用, 使结构荷载减轻, 减少结构的造价和投资。这种材料比起GRC墙板, 防水的效果更好;比起多孔砖墙, 因其厚度仅100 mm而节约了户内结构面积, 故使用面积更大;比起轻钢龙骨TK板墙, 它的隔声质量更好。建筑师并不是简单地整齐地安排空调室外机位置。在超高层建筑设计中, 考虑到安装室外机的安全问题与大小不一的空调室外机, 会给立面造型带来的负面影响。为此, 我们在每户其中1间～2间房间的窗台下, 设计了假阳台 (图2) 。这样的栏杆挡住了室外机, 给城市一个较好的景观;安装安全, 且室外机的热气散发快。冷凝水统一组织排放到PVC立管中, 净化外墙, 避免上下层住户之间的相互干扰, 由于第5层设有两间各为250座的电影院, 它所占用的空间已超出了第5层的层高, 且电影院大空间设计已将部分框架柱取消。因此, 在裙房屋顶上设计游泳池, 显然是不可行的。游泳池理所当然地设置在两塔楼之间的椭圆型联体的屋顶上。

6 结束语

对每一个训练有素的建筑师, 都应该把技术革新于艺术创新作为己任。然而, 每一座具体的建筑物, 都处在一个特定的环境之中。这就需要建筑师具有极强的应变能力, 孜孜不倦地把技术革新与艺术创新注入特定的设计命题中, 乃至建筑的每一个“小动作”对于精打细算的住户来说, 早己在不经意之中有所觉察、有所感受。该大厦以各种与众不同的特色设计, 显示着建筑的个性。它将成为我们探索超高层综合楼建筑设计方向的有益尝试。在设计过程中, 我们追求平面流线清晰, 分区明确;追求立面简法, 色彩绚丽;追求空间尺度宜人, 环境优雅;追求技术革新, 建筑创新。面对发展迅速的社会, 我们将不断地探索, 不断地创新, 不断地追求更多更多。

摘要：本文结合实际工程, 分析总结某大厦与众不同的设计手法, 体现了“以人为本”的设计理念。

关键词：高层建筑,建筑设计

参考文献

[1]李宏.新住宅要领——谈住宅的合理性[J].时代建筑, 2001.

[2]王天赐.贝聿铭[M].北京:中国建筑工业出版社, 1986.11～12.

高层建筑设计常见问题分析 篇8

1 高层建筑设计的基本原则

1.1 高层建筑的结构设计原则

高层建筑结构的设计是一个融合多学科、多领域的复杂科学问题。针对高层建筑功能性、美观性、经济性、综合性等具体实现目标, 设计人员应制定不同的机构设计方案。但是, 结构设计作为高层建筑设计的核心内容, 其设计过程遵循根本设计原则大致相同: (1) 充分考虑高层建筑所承载的垂向负荷和横向负荷, 以及其可能遇到风力和地震应力等各项不可抗力; (2) 严格控制高层建筑高宽比例, 以保证其结构稳定性及美观性。 (3) 高层建筑的平面或立面的质量和刚度应尽量保持对称和匀称, 使整体结构中不存在薄弱环节。 (4) 提前考虑风力、地震、温度变化或基础沉降对建筑结构带来的影响, 并制订相应的平衡措施。

1.2 高层建筑的综合设施设计原则

每一个高层建筑所出的地理环境及其周围建筑的影响都是各不相同的, 这也就需要设计人员在进行结构设计时需结合实际条件综合考虑: (1) 建筑平面布局:整体建筑结构平面布局应严格遵守建筑间距 (防火间距、采光间距) 标准, 并在周边配套设施中配置有足够空间的停车场等设施。 (2) 在满足高层建筑对于所需功能的要求外, 应该保证建筑各层的平面布局具有一致性, 以满足高层建筑的电气线路规划、取暖装备、而告终设计管线和防火疏散措施可以批量进行设计。 (3) 科学规划高层建筑的电梯、楼梯的数量和位置, 以保证正常的生活工作秩序以及危险发生时的逃生效率。 (4) 高层建筑所需的各项建筑材料类型、配置等对于风力、温度变化以及震动具有一定的抵抗能力。 (5) 在满足高层建筑的使用性之后, 高层建筑在设计过成中还应考虑周围建筑的设计风格以及自身的美观效果。

2 高层建筑设计常见问题分析

2.1 高层建筑结构设计中的高度问题

由于部分建筑施工单位片面追求经济利益的最大化, 私自在建筑设计标准所规定的原有高度基础上加大建筑高度, 已达到所赚取利润最大化的目的, 从而导致一些高层建筑存在高度超标问题。由于高度的增高, 增加了建筑结构的垂向负荷, 超过了原有的地基所能承受的应力, 导致建筑存在抗风力、恶劣天气以及地震等自然灾害能力差等一系列问题, 严重危害建筑使用者的安全。因此, 国家相关监督审查部门应该加强对于高层建筑高度的审查力度, 健全建筑设计抗震规范和高度规范, 加大对于私自增加设计高度的施工方的惩罚力度, 保障高层建筑的结构稳定性。

2.2 高层建筑的嵌固端确定问题

高层建筑结构的嵌固端的确定对结构设计整体计算结果的真实性和准确性有很大的影响, 因此正确选取结构嵌固端的设置位置, 并使其做到与高层建筑的结构抗震性相协调, 是高层建筑设计的一个重要环节。在合理确定嵌固端位置这个问题上, 建筑施工方通常忽视了嵌固端的放置带来的一系列次生问题, 如嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题。因此, 在确定嵌固端的位置时, 应该综合考虑多方面的因素, 从而对嵌固端的位置做出最优设置, 避免由于嵌固端的错误放置带来的一些施工安全隐患。

2.3 高层建筑设计中的抗震问题

从地理位置上讲, 我国处于地震频发区, 并且我国泥石流、滑坡、地面塌陷等自然灾害发生率较高。因此, 在高层建筑设计中, 如何提高高层建筑的抗震性, 成为建筑设计中最核心的问题。在抗震设计中存在的常见问题如下: (1) 抗震构造柱布置不当。如外墙转角处, 大厅四角未设构造柱或构造柱不成对设置;以构造柱代替砖墙承重;山墙与纵墙交接处不设抗震构造柱;过多设置抗震构造柱等; (2) 结构的平面布置。外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大、形心质心偏心大, 同一结构单元内, 结构平面形状和刚度不均匀、不对称, 平面长度过长等。

2.4 高层建筑防火安全问题

随着现代高层建筑高度的不断增大, 一旦发生火灾, 往往导致涉及范围较广, 殃及整栋建筑, 造成重大的财产和人身安全损失, 因此如何解决高层建筑的防火规范问题是需要建筑方首当其冲解决的问题。

(1) 高层建筑墙体防火材料的耐火强度和阻燃性。高层墙体的使用材料必须具有足够的耐火强度和阻燃性, 才能保证发生火灾时墙体结构具有足够的抗火能力和防火分区能力, 从而将火灾控制在最小的影响范围。

(2) 建筑整体布局应该畅通、安全。高层建筑必须配置有能够保证一定人流量的楼梯设施, 从而保证火灾发生, 电梯不能使用时, 建筑内所有人员可以流畅的从该楼梯进行逃生。另外, 楼道中还应配有相应的照明设施以及逃生指示图, 从而保证人员撤退时不会发生踩踏等事故, 使得居民安全逃离危险。

(3) 做好建筑物室内、外消防给水系统的设计, 保证火灾发生时, 配备有足够的消防用水量以及灭火设备所需的水压。

2.5 高层建筑防雷击的问题

为了加强高层建筑抵御雷电能力, 高层建筑的设计方案必须针对雷电这一自然现象采取一系列防御措施, 尤其是对于广州这种多雷雨天气的城市。事实上, 在防雷系统设计问题上, 通常按照“综合治理, 整体防御, 突出重点, 多重保护”的原则, 充分依据高层建筑自己的建筑结构特点以及周边配套设施, 对高层建筑的顶端以及其它易受雷击位置装配避雷针或避雷网等有效设施, 并辅以钢筋混凝土这一接地装置, 将雷电对建筑的安全威胁降到最低。

3 结语

本文通过对高层建筑设计中出现的建筑设计高度、嵌固端放置、抗震、防火、防点击等一系列常见问题进行分析研究, 提出了相应的解决措施。高层建筑, 作为我国建筑行业发展的主流设计类型, 必将在以后的城市建设中占据越来越大的比例, 这也就对高层建筑结构设计提出了更高的要求。在高层建筑的设计过程中, 结构设计者必须严格遵守高层建筑的设计原则, 综合多方面的条件因素, 全面提高高层建筑的实用性、功能性、经济性以及美观等方面的标准。这对于建筑结构设计工作者本身的结构设计能力有着提高作用, 同时也对于房屋建筑结构设计和施工的顺利完成以及我国建筑行业的健康发展都有着促进作用。

参考文献

[1]周世航.浅谈高层建筑结构设计存在问题及解决对策[J].广西城镇建设, 2013 (05) .

[2]包玉坤.浅谈现代高层建筑设计[J].经营管理者, 2011 (01) .

[3]魏国, 李楠.高层建筑设计存在的问题[J].价值工程, 2011 (06) .

[4]李波, 胡文静.高层建筑设计常见问题及应对策略研究[J]江西建材, 2014 (07) .

[5]宋广然, 甄艳丽.浅析钢筋混凝土高层结构设计中应注意的几个问题[J].中国科技纵横, 2010 (14) .

高层建筑转换层抗震设计分析 篇9

洛阳智中建筑设计院有限公司 河南洛阳 471000

摘要：本文主要是对高层建筑转换层整体抗震性能及设计原则，以及应用SATWE软件对带短肢剪力墙的转换层结构抗震设计进行分析。

关键词：转换层；抗震设计原则；剪力墙；SATWE软件

一、转换层整体抗震性能及设计原则

带转换层的高层建筑，转换层上下的竖向结构体系或形式有较大差异，沿建筑物高度方面刚度的均匀性受到破坏，竖向承力构件不连续，墙、柱截面发生突变，导致传力路线曲折，变形和应力集中，且转换层自身刚度和质量较大，地震作用下的地震反应力很大，导致带转换层的高层建筑的抗震性能较差。从整体受力的角度，可以总结出一些改善转换层结构抗震性能的方法及设计原则：

1、控制转换层下部框支结构的等效侧向刚度（即考虑弯曲、剪切和轴向变形的综合刚度）。当转换层设置位置较高时，易使整体结构在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，尤其是当转换层位于3层以上时，按弹性动力时程分析得出的结构层间位移角包络线在转换层处产生明显突变，其主要原因就是结构设计中沿用了底层框支剪力墙结构的抗震设计概念，仅控制上部剪力墙结构与下部框支结构的层剪切刚度比γ [γ=（Gi+1* Ai+1 ）*hi/（Gi* Ai ）*hi+1 ] 。事实上，当转换层位置较高时，下部框支结构在侧向力的作用下，由于构件自身弯曲变形以及侧向力作用平面内两端构件的拉伸和压缩轴向变形所造成的整个下部框支结构的侧向位移加大，加上原有的由于剪切变形所造成的侧移，相同的侧向力作用下，综合侧移加大导致综合侧移刚度减小，转换层上下的刚度突变加大，转换层间位移角包络发生突变。因此，《高规》附录E提出了一个等效侧向刚度γe的概念，用单位侧向力作用下下部框支结构的侧移与同样高度的上部剪力墙结构的侧移的比值来综合反映弯曲、剪切和轴向变形对侧移刚度的影响。其实质就是使下部框支结构的变形特征及综合刚度与上部剪力墙结构接近，以避免刚度突变。

2、加强框支柱的强度和延性，以弥补弹性理论分析计算的不足。按照弹性理论的分析结果，在地震作用下，上部剪力墙结构传递下来的水平地震剪力通过转换层楼板的间接传力途径在下部框支框架和落地剪力墙之间进行完全的剪力重分配，由于框支框架和落地剪力墙的侧向刚度相差悬殊，即使理论分析时考虑了转换层楼板在平面内的变形及平面外的刚度，框支框架所受水平剪力的理论计算值仍然是比较小的。事实上，由于以下两个主要原因导致下部框支框架所受的实际水平剪力远大于弹性计算值：①、部分水平剪力通过抗侧力结构自身的直接传力途径进行传递。地震作用的持续时间仅为30～60S，地面运动加速度正、反方向的变化时间一般在零点几秒之内，在如此快速的动力作用下，全部内力通过楼板的间接传力途径进行传递是难以实现的。结构模型振动台试验的结果证实：转换层下部的大部分框支柱出现裂缝，上部剪力墙所受的剪力并未全部通過楼板的间接传力途径传递到落地筒体，部分内力直接传给下部与之相连的框支柱上，导致框支柱所受水平剪力远大于弹性静力分析结果，对抗震十分不利。②、转换层下部的落地剪力墙容易出现弯曲、弯剪裂缝，随着裂缝的出现和发展，落地剪力墙的刚度迅速递减。剪跨比较大的剪力墙当层间位移达到1/500时，其刚度降低60%，而转换层下部的支承框架当层间位移达到1/500时，其刚度基本上仍未降低，这将导致整个框支剪力墙结构的剪力和倾覆力矩分配情况与弹性分析结果有较大差异。也就是说，随着落地剪力墙刚度的降低转换层附近的剪力突变进一步加剧，框支框架所受的剪力和倾覆力矩大幅增加，形成薄弱部位，对抗震十分不利。因此，当转换层较高时，框支柱宜采用型钢混凝土结构，以提高柱的强度和延性。落地剪力墙宜形成筒体，并增强落地墙的承载能力和延性，加强端部约束，且落地剪力墙的间距和数量均严于底层框支剪力墙结构，必要时可在落地墙端部配置型钢，以避免或推迟落地剪力墙出现裂缝和刚度退化。另外，在条件和预算允许的情况下，采用箱形转换层加大转换层平面内刚度，可使下部框支柱受力均匀，接近弹性分析的计算假定。

二、应用SATWE软件进行带短肢剪力墙的转换层结构抗震设计

《高规》定义带转换层的高层建筑结构为复杂高层建筑结构，SATWE软件在总信息中相对应的提供了“复杂高层”这种结构体系可供选择，针对短肢剪力墙结构则相对应的提供了“短肢剪力墙”结构体系可供选择，认真分析后即可知道，在这两种结构体系中只有剪力墙在《高规》中有不同的规定，而SATWE计算结果中也确实有不同之处，而其中又尤以转换层下的落地剪力墙区别较大，且对结构的安全影响也大，故重点分析一下在两种结构体系中转换层以下的落地剪力墙的不同之处。（以一栋7度区30层高，转换层位于第5层的高层建筑为例，转换层以下既有短肢剪力墙也有普通剪力墙。）

1、抗震等级。《高规》规定短肢剪力墙的抗震等级应提高一级；当转换层的位置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜提高一级。从SATWE的计算结果可以看出，用“短肢剪力墙”结构体系计算的落地短肢剪力墙的抗震等级为特一级，落地普通剪力墙的抗震等级为一级；而用“复杂高层”结构体系计算的两种剪力墙均为一级。对于转换层为3层或3层以上的结构，两种结构体系均要求提高一级，而“短肢剪力墙”结构体系针对短肢剪力墙又提高了一级，故由二级提高到特一级。而对于“复杂高层”结构体系，由于程序不能自动判断短肢剪力墙，所以抗震等级仅提高了一级。

2、内力分析。从SATWE的计算结果可以看出，在地震组合作用下“复杂高层”结构体系计算出的剪力墙弯矩值一般大于“短肢剪力墙”结构体系计算出的弯矩值。这是因为《高规》规定，对于复杂高层结构其特一、一、二级落地剪力墙底部加强部位的弯矩设计值，应按墙体底截面有地震组合的弯矩值乘以增大系数1.8、1.5、1.25，而短肢剪力墙并没有要求对底部加强部位的弯矩设计值进行调整。对于短肢剪力墙，两种结构体系均要求在底部加强部位对剪力设计值进行调整，一级和特一级应分别放大1.6和1.9，但由于在“短肢剪力墙”结构体系中落地短肢剪力墙的抗震等级为特一级，而在“复杂高层”结构体系中则为一级，二者的剪力设计值因此相差近20%。另外，在“短肢剪力墙”结构体系中非底部加强部位的短肢剪力墙也提高到一级，其剪力设计值放大1.4，而在“复杂高层”结构体系中非底部加强部位的短肢剪力墙仍为二级，且剪力设计值不放大，二者相差40%。

综上所述，对于带短肢剪力墙的转换层结构如果用SATWE的“复杂高层”结构体系来分析，则可能导致落地短肢剪力墙的抗剪性能受到影响，而如果采用SATWE的“短肢剪力墙”结构体系来分析，则可能导致落地剪力墙的筋量不足。可见，单纯按某一种结构体系计算都有可能带来不安全的隐患，只有按两种结构体系分别计算，才能充分考虑到规范规定的所有不同因素，得到一个完整的结构设计。因此，对于处于底部加强部位的剪力墙，无论是落地剪力墙还是转换层以上两层内的上部剪力墙，若采用了“复杂高层”结构体系计算，就必须手工复核短肢剪力墙的纵筋配筋率。

参考文献：

[1]陈勇.带梁式转换层的高层建筑抗震性能的研究[D]. 西南交通大学，2008

高层建筑结构分析与设计 篇10

1.1 水平荷载成为决定因素。

一方面, 因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值, 仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩, 以及由此在竖构件中引起的轴力, 是与楼房高度的两次方成正比;另一方面, 对某一定高度楼房来说, 竖向荷载大体上是定值, 而作为水平荷载的风荷载和地震作用, 其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

1.2 轴向变形不容忽视。

高层建筑中, 竖向荷载数值很大, 能够在柱中引起较大的轴向变形, 从而会对连续梁弯矩产生影响, 造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小, 跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响, 要求根据轴向变形计算值, 对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响, 与考虑构件竖向变形比较, 会得出偏于不安全的结果。

1.3 侧移成为控制指标。

与较低楼房不同, 结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加, 水平荷载下结构的侧移变形迅速增大, 因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

1.4 结构延性是重要设计指标。

相对于较低楼房而言, 高楼结构更柔一些, 在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力, 避免倒塌, 特别需要在构造上采取恰当的措施, 来保证结构具有足够的延性。

2 高层建筑结构分析

2.1 高层建筑结构分析的基本假定

高层建筑结构是由竖向抗侧力构件 (框架、剪力墙、筒体等) 通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。下面是常见的一些基本假定:

2.1.1 弹性假定。

目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下, 结构通常处于弹性工作阶段, 这一假定基本符合结构的实际工作状况。但是在遭受地震或强台风作用时, 高层建筑结构往往会产生较大的位移, 出现裂缝, 进入到弹塑性工作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的, 应按弹塑性动力分析方法进行设计。

2.1.2 小变形假定。

小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。但有不少人对几何非线性问题 (P-Δ效应) 进行了一些研究。一般认为, 当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>1/500时, P-Δ效应的影响就不能忽视了。

2.1.3 刚性楼板假定。

许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大, 而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度, 简化了计算方法。并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。一般来说, 对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是, 对于竖向刚度有突变的结构, 楼板刚度较小, 主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况, 楼板变形的影响较大。特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。

2.1.4 计算图形的假定。

高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种:a.一维协同分析。按一维协同分析时, 只考虑各抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。在水平力作用下, 将结构体系简化为由平行水平力方向上的各榀抗侧力构件组成的平面结构。根据刚性楼板假定, 同一楼面标高处各榀抗侧力构件的侧移相等, 由此即可建立一维协同的基本方程。在扭矩作用下, 则根据同层楼板上各抗侧力构件转角相等的条件建立基本方程。一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。b.二维协同分析。二维协同分析虽然仍将单榀抗侧力构件视为平面结构, 但考虑了同层楼板上各榀抗侧力构件在楼面内的变形协调。纵横两方向的抗侧力构件共同工作, 同时计算;扭矩与水平力同时计算。在引入刚性楼板假定后, 每层楼板有三个自由度u, v, θ (当考虑楼板翘曲是有四个自由度) , 楼面内各抗侧力构件的位移均由这三个自由度确定。剪力楼板位移与其对应外力作用的平衡方程, 用矩阵位移法求解。二维协同分析主要为中小微型计算机上的杆系结构分析程序所采用。c.三维空间分析。二维协同分析并没有考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调 (竖向位移和转角的协调) , 而且, 忽略抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥当的。三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度, 按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲, 有7个自由度。

2.2 高层建筑结构静力分析方法

2.2.1 框架-剪力墙结构

框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法很多, 大都采用连梁连续化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件, 可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同, 各种方法解答的具体形式亦不相同。

框架-剪力墙的机算方法, 通常是将结构转化为等效壁式框架, 采用杆系结构矩阵位移法求解。

2.2.2 剪力墙结构

剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。不同类型的剪力墙, 其截面应力分布也不同, 计算内力与位移时需采用相应的计算方法。

剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法。此法较为精确, 而且对各类剪力墙都能适用。但因其自由度较多, 机时耗费较大, 目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。

2.2.3 筒体结构

筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类:等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。

等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。一种是只作几何分布上的连续化, 以便用连续函数描述其内力;另一种是作几何和物理上的连续处理, 将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板, 以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。具体应用有连续化微分方程解法、框筒近似解法、拟壳法、能量法、有限单元法、有限条法等。

等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件, 以便应用适合杆系结构的方法来分析。这一类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。具体应用包括等代角柱法、展开平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子结构法。

比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系, 其中应用最广的是空间杆-薄壁杆系矩阵位移法。这种方法将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构。空间梁柱每端节点有6个自由度。核心筒或剪力墙的墙肢采用符拉索夫薄壁杆件理论分析, 每端节点有7个自由度, 比空间杆增加一个翘曲自由度, 对应的内力是双弯矩。三维空间分析精度较高, 但它的未知量较多, 计算量较大, 在不引入其它假定时, 每一楼层的总自由度数为6Nc+7Nw (Nc、Nw为柱及墙肢数目) 。通常均引入刚性楼板假定, 并假定同一楼面上各薄壁柱的翘曲角相等, 这样每一楼层总自由度数降为3 (Nc+Nw) +4, 这是目前工程上采用最多的计算模型。

3 结论

随着高层建筑进一步的发展, 满足高层建筑的形式, 材料, 力学分析模型都将日趋复杂多元, 为了革新高层建筑, 体现其魅力, 追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。

[1]梅洪元, 付本臣.中国高层建筑创作理论发展研究, 高层建筑与智能建筑国际学术研讨会, 2002.[2]覃力.高层建筑设计的一种倾向———大规模高层建筑的集群化和城市化, 高层建筑与智能建筑国

参考文献

[1]梅洪元, 付本臣.中国高层建筑创作理论发展研究, 高层建筑与智能建筑国际学术研讨会, 2002.