高層建筑結構設計研究

摘 要：當前時期，我們國家的高層的建設活動發展的比較順暢，已經形成了非常優秀的工藝，而且獲取了非常顯著的應用，文章具體的闡述了與之結構設計有關的內容。

關鍵詞：高層建筑結構；設計；重要意義

1 關于此類設計的參考信息

1.1 之所以開展該項設計，目的是為了保證高層建筑體的結構特征和外在的條件相同，展示優秀的設計內容，切實的體現出結構的功效，而且保證它和經濟性內容之間保持一致，進而能夠有效的應對構造相關的內容，通過該項設計來論述計算的精準性。

1.2 該項設計的參考信息

高層建筑結構總體系與各分體系的工作原理和力學性質，設計和構造處理原則，計算程序的力學模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經驗。

2 關于設計的具體特征分析

該項設計內容和那些低層的以及多層的結構比對來看，結構內容在所有的內容中占據的分量非常重。由于使用的體系不一樣，所以建筑體的平面布局和立面的形態以及管線的具體方位和建設時間的長短以及使用的費用的多少等都是不一樣的。具體的說有如下的一些內容。

2.1 在設計的時候要分析一項關鍵的內容，即水平力

在很多結構里，一般是那些將重力當成是關鍵要素的豎向力掌控著設計內容。對于高層來講，雖說豎直力對該項設計內容有非常深入的意義，不過橫向的力卻是最為關鍵的內容。由于建筑體自身的重力，和樓面使用力在豎直方向的構件里所引起的軸力和彎矩的數值，和建筑的高程的一次方之間是一種正比例的關系。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。除此之外，對特定高度的建筑體來講，豎直的力一般是定數，而風力以及地震力等，它們的數值并非是固定不變的，它們會隨著結構的動力性差異而出現不同。

2.2 側移成為控制指標與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

2.3 抗震設計要求更高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。

2.4 延性是非常關鍵的設計內容

比對那些層數比較低的建筑體來講，高層的結構具有更多的柔性意義，當受到地震影響的時候，它的變形更厲害。為保證結構能夠有優秀的變形水平，防止塌陷現象發生，要重點在構造上使用優秀的方法，以此來確保其有著非常好的延性特點。

3 關于設計相關的內容

3.1 關于其受力性分析

針對建筑體的最開始的設計來講，工作者通常分析其空間構成要素，并非是細致的分析其實際的結構體。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，因為建筑體是由很多大并且重量高的構件組合而得到的，所以結構要將其自身的力傳遞到地表之中，結構的力一般都是朝下反應到地面之中的，該項設計的一個基礎的規定即要明確其選取的體系里的朝下的力和基土的受力性間的關聯，因此，在方案時期，就要對關鍵的承力柱和墻的總數認真的分析。

3.2 關于扭轉

建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，當開展設計工作的時候要保證上述三點融匯到一起。所謂的扭轉具體的說是在設計的時候沒有實現三點綜合，在橫向力的干擾之下就會出現扭轉振動現象。為了防止建筑由于橫向的力的作用而出現扭轉力，要在該項設計工作開展的時候，尋求優秀的結構體系，盡量的保證建筑體能夠實現三點合一。

在橫向力的影響之下，高層建筑的扭轉力的高低和質量的布局有著非常深入的關聯。為了保證建筑的橫向力能夠順著平面有序的布置，降低扭轉力，就要保證期使用一些平面的體系。在一些時候，因為市政規劃對于經管的規定和建筑體的干擾，高層不應該都使用單純的平面的體系，如果要用別的一些繁瑣的體系的時候，要把那些凸顯區域的比例掌控在設定的區域之中，而且，在開展布局活動的時候，要保證結構處在一種對稱的情形之中。

3.3 高層建筑結構設計中的側移和振動周期

結構自振周期高層建筑的自振周期（T1）宜在下列范圍內：

框架結構：T1=（0.1-0.15）N框一剪、框筒結構：T1=（0.08-0.12）N剪力墻、筒中筒結構：TI=（0.04-0.10）N N為結構層數。

結構的第二周期和第三周期宜在下列范圍內：

第二周期：T2=（1/3-1/5）T1；第三周期：T3=（1/5-1/7）T1.（2）共振問題當建筑場地發生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發生共振。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特征周期，通過調整結構的層數，選擇合適的結構類別和結構體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發生。

（3）水平位移特征。如果該項位移合乎高層的規定的時候，我們并不應該認為其就是優秀的設計。此時要分析周期和其他的一些干擾要素。由于在開展該項設計活動的時候，地震力的高低和結構的剛度之間有著非常緊密的關聯性，如果剛度不是很大，結構不是很合理的時候，因為地震力不高，所以此時的位移也不是很顯著，雖說位移處在規定的區域之中，但是并不是代表它就是優秀的。由于結構的時間非常久，地震力小并不安全。第二，要保證該曲線是持續變動的，除了豎著垂直方向出現剛度的變動之外，嚴禁發生顯著的彎曲點。

3.4 位移限值、剪重比及單位面積重度

3.4.1 位移限值 在結構整體計算的輸出結果中，結構的側是一個重要的衡量標準，其數值大小從一個側面反映出結構的整體剛度是否合適，過大或過小都說明結構剛度過小或過大，以致要引起設計者對其中的結構體系選擇、結構的豎向及平面布置合理性的再思考。

3.4.2 剪重比及單位面積，重度結構的剪重比λ=VEK/G是體現結構在地震作用下反應大小的一個指標，其大小主要與結構地震設防烈度有關，其次與結構體型有關，當設防烈度為7、8、9度時，剪重比分別為0.012，0.024.0.040；扭轉效應明顯或基本周期<3.5s的結構剪重比則分別為0.016，0.032，0.064.單位面積重度v0=G/A（kN/m2）是衡量結構構件截面取值是否合理和樓層荷載數據輸入是否正確的一個重要指標。式中的G由以下幾部分，即結構構件自重、樓面建筑面層及天棚抹灰重、填充墻重和樓面使用荷載組成；A則一般以地面以上的建筑面積總和計算，以便有一個相對準確的比較標準。定性地分析比較r0值的大小，可得出以下結果，即一般內部隔墻多的建筑大于間隔墻少的建筑；層數多的建筑略大于層數少的同性質建筑}設防烈度高的建筑大干設防烈度低的同性質同規模建筑，剪力墻多的建筑大于剪力墻少甚至僅為框架的建筑。

上述的兩項內容不但在建設圖紙的設計時期，還在其剛開始設計的時候都是十分關鍵的信息，它的信息是不是合理的，要通過一個側面層次來體現，進而具體的分析體系是不是合理的，分析結構的布局是不是有效的，電算信息的輸入是不是有效的。所以，設計人員要對這兩類內容認真分析。