高層建筑結構設計特點研究論文

高層建筑結構設計特點研究論文

　　摘要:在經濟與社會高速發展的背景下，現代化城市的建設進程逐漸加快。在這一背景下，高層建筑獲得長足發展。由于高層建筑結構較為復雜，在設計過程中需要結合其特點進行相對合理的優化，為高層建筑結構的穩定性與安全性提供保障。對此，本文主要圍繞高層建筑結構的設計特點展開分析，并提出了行之有效的設計方法。

　　關鍵詞:高層建筑結構；特點；設計

　　隨著城市人口數量的大幅度增加。我國當前的城市建筑用地資源呈現出緊張局面。在這一背景下，高層建筑物應運而生，由于其建筑層數多且高，建筑結構較為復雜，為設計人員增加了諸多難題。所以在設計高層建筑結構的同時，要求設計人員切實考慮高層建筑結構特點，制定相對合理的設計方案，實現高層建筑結構的先進性、安全性與穩定性，繼而提高現代城市高層建筑結構的設計效率與設計質量。

　　1分析我國高層建筑結構的設計特點

　　相對于層數低且多層的建筑結構而言，高層建筑結構設計更加復雜且更為關鍵，結構設計質量的高效與否，對高層建筑平面的整體布置、建筑高度、立面體形、機電管道的合理規劃、施工技術標準、施工周期、造價成本等方面起著決定性的影響作用，其良好的設計特點主要體現在以下幾個方面。

　　1．1水平力

　　研究一般低層建筑與多層建筑物的結構設計發現，普遍都是以豎向荷載為前提。而在高層建筑物的結構設計中，其決定性影響作用的則是水平荷載，盡管豎向荷載也在高層建筑結構設計中發揮著重要作用，但并不是最重要的設計要素。不難發現，在現代高層建筑結構設計內容中，彎矩數值和豎向軸力，與高層建筑高度的一次方形成正比。同時，水平荷載對建筑結構的軸力與傾覆力，和高層建筑高度的兩次方形成正比。因此，在現代高層建筑結構設計中，水平荷載發揮著決定性的影響作用。

　　1．2結構側移

　　在高層建筑結構的設計優化過程中，持續增加的建筑高度，容易加大結構水平荷載的側向變形，并同高層建筑高度的四次方形成正比。在這一背景因素下，高層建筑結構的設計優化，逐漸將結構側移視為重要的設計要素。

　　1．3提出更高要求的抗震設計

　　在高層建筑結構的設計優化過程中，對抗震性能的要求不斷提高。在這一過程中，需要切實考慮風荷載因素與豎向荷載因素，提高建筑結構性能的使用質量，并保證其高效的使用性能。只有做到以上幾點，才可以實現高層建筑結構抗震性能的高效提升，為高層建筑結構的穩固性、安全性與適用性提供保障。

　　1．4降低高層建筑自重比

　　在高層建筑結構的設計優化過程中，相對于多層建筑自重比而言，高層建筑自重比的降低，存在更加直接的影響作用。當高層建筑自重比降低時，可以在這一基礎上實現多層數的建設，有利于提高建筑企業的經濟效益與社會效益;另一方面，地震效應與高層建筑整體質量成正比，高層建筑重量值越高，在地震災害爆發時其建筑結構方面的作用剪力會隨之增大，并增加相應的傾覆力矩值。進一步增加了豎向結構的除加軸力值，為高層建筑的坍塌埋下安全隱患。因此，高層建筑自重比的合理降低，在提升高層建筑結構抗震性能優勢的多元化措施中，占據關鍵位置。

　　1．5加強對軸向變形的重視

　　采取框架與框架體系，并應用在剪力墻體系的高層建筑物方面。通常情況下，其建筑框架中柱的軸壓應力值遠遠超出框架邊柱的軸壓應力值，而框架邊柱軸向壓縮變形遠遠低于框架中柱軸向壓縮變形。當高層建筑高度達到一定程度，其軸向變形之間存在的差距會形成較高數值，容易導致建筑結構內連續梁中間的支座出現沉陷現象，并降低了連續梁中間支座處負彎矩值，進一步增大端支座負彎矩值與跨中正彎矩值。

　　1．6同等重視計算設計與概念設計

　　在設計優化我國高層建筑結構抗震性能的過程中，一般包括計算設計與概念設計兩個方面。現階段，無論是從分析原則還是分析手段方面，我國高層建筑結構的抗震設計與抗震性能都得到了長期的完善和健全。但是，計算設計必須要以相對合理的假想因素為前提，由于地震作用具備復雜、不確定性等諸多不可知因素，由此致使建筑結構中的抗震設計優化和實際情況存在諸多出入，使得建筑結構在進入彈塑性后，極易出現局部裂縫等破損現象。所以，要重視概念設計在高層建筑結構中的影響作用。

　　2分析高層建筑結構設計的優化方法

　　現階段，我國高層建筑工程對鋼筋混凝土框架—剪力墻結構的應用較為廣泛。其框架結構的整體性，可以實現布置規劃的動態性與靈活性，拓寬使用空間，為使用性能與抗震性能提供保障。主要分析了高層建筑結構中鋼筋混凝土框架—剪力墻結構的設計策略，并結合建筑結構設計提出相對合理的規范要求。

　　2．1鋼筋混凝土框架結構的設計策略

　　(1)初始選型。結合建筑結構整體平面與立面規劃、設計使用性能等因素，對結構承受的水平荷載、豎向荷載與傳力路線展開分析，結合具體施工需求，對結構框架梁、框架柱種類進行歸納總結，選擇合理的梁柱幾何尺寸;(2)結構的具體分析。在計算建筑結構承受的水平荷載與豎向荷載時，需要結合其具體幾何造型特點，加以分析鋼筋混凝土結構的空間內力。依照分析內容，在對截面內力進行控制時，需要參考相同截面尺寸的構件，并加以分類，明確所有構件類型的相關應力值;(3)截面設計。在設計過程中，需要參考不同類型梁柱構件的設計控制應力，在分析建筑結構幾何構造特點與鋼筋配筋特點的同時，制定約束機制，實現高層建筑結構的設計優化;(4)結構收斂性。以高層建筑工程的精度性為基礎，選擇相對較小的數值，視為對建筑結構收斂性進行檢驗判斷的基礎條件。在收斂性檢驗中，如果設計結構與原結構相同，則設計結構具備收斂性，可以展開更進一步的可行性檢驗;(5)可行性檢驗。對結構設計成果展開內力分析，保證其可用性能的高效性。如果分析結果可以滿足建筑工程設計的規范標準，便可以按照這一設計方案展開構造與配筋處理。一旦分析結果不甚滿意，則要求相關人員結合自身以往的工程設計經驗與結構設計成果，進行局部性的調整，最大程度保證設計方案的可用性能。

　　2．2框—剪結構的設計方法

　　在優化設計高層建筑結構框架—剪力墻的過程中，需要考慮多個方面。即決策建筑結構設防能力的最大程度優化;結合不同影響因素，保證建筑框架與剪力墻結構之間的承載力、剛度、協調性與變形水平的匹配優化設計。此外，還要做到具體問題具體分析，設計并優化建筑結構的每一構件。

　　2．3建筑結構的規則性

　　首先，避免采用缺乏規則約束的建筑結構體系。在高層建筑結構的設計過程中，嚴格遵循抗震概念設計規范，不采納缺乏規則約束的結構設計規劃，保證高層建筑結構體系具備良好的承載水平、剛度與變形水平。并加大對結構構件質量的檢查力度，防止部分構件出現破損，從而造成整體結構缺失風荷載、地震作用與承受能力現象的出現;其次，要求現代高層建筑結構豎向與水平布置的均勻性，保證其剛度與承載力的合理性，并實現抗震防線的多道化。

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