试述结构设计高层建筑结构设计影响因素

论文导读：沉降以及框架柱的压力变形，同时也提高了结构的抗震性能。为了达到减轻结构自重的目的，可以采取的措施有两点。（1）使用轻质高强材料目前，在使用轻质材料方面，高强钢材、高强混凝土、钢管混凝土、轻骨料混凝土等材料在国内外的高层建筑当中得到了广泛的应用，大量的工程实例表明，使用这些轻质材料，对于减轻结构自重起到
【摘要】目前，我国很多城市的建筑物无论从外观造型还是地理分布角度来观察，都显得杂乱无章，建筑的整体性失衡，纷繁无序，无法产生亲近感。造成这一现象的原因主要是因为在我国高层建筑建造时都以“新、奇”为设计原则，过分追求自身建筑的与众不同，显示出自身独有的特性，而并未对高层建筑设计认真的考虑研究。本文将从下面几个方面做出探讨。
【关键词】高层建筑，结构设计，影响因素
一、前言
随着国民经济的不断发展，我国建筑业也得到了快速发展，取得了巨大的成就。与建筑业有关的是建筑物，而与建筑物存在密切关联的就是建筑物的结构设计。建筑物的结构设计不仅直接关系到建设单位的经济效益，同时也密切的关系到广大人民群众的切身利益，完整细致的设计不仅能给施工单位提供实际的经济效益，更能给建设单位创造良好的品牌优势。

二、高层建筑结构设计的控制

1.减轻结构自重

对于高层建筑而言，从地基承载力以及地震效应的角度来说，减轻结构自重意义重大，不仅意味着减少基础造价和处理措施，而且可有效防止地基沉降以及框架柱的压力变形，同时也提高了结构的抗震性能。为了达到减轻结构自重的目的，可以采取的措施有两点。
（1）使用轻质高强材料
目前，在使用轻质材料方面，高强钢材、高强混凝土、钢管混凝土、轻骨料混凝土等材料在国内外的高层建筑当中得到了广泛的应用，大量的工程实例表明，使用这些轻质材料，对于减轻结构自重起到了重大的作用。同时，减轻结构自重另一个重要方面就是减轻填充墙体材料的重量。国内外已经出现了不少高质量的轻质板材，如各种蜂窝低芯复合板，它们轻质、高强，对于减轻填充墙体的重量意义重大。
（2）通过结构优化减轻自重
高层建筑有不同的结构形式，其中有部分的结构形式可以进行优化设计。高层建筑结构的优化设计从方法上来说即是以建筑物的总重最轻造价最低为目标函数，以结构构件如框架梁、柱截面及剪力墙数为设计变量，以强度、刚度、稳定等为约束变量。在满足约束变量的情况下，变换其设计变量以达到最优化的设计。通过这样的对结构的优化，可以减少工程造价，并且减轻结构自重。

2.控制水平荷载对结构的影响

对于高层建筑而言，水平荷载是结构设计的决定因素，为了减少水平荷载对建筑结构的影响，必须采取如下措施。
（1）选择合适的体型
针对水平载荷对高层建筑的影响，首要的问题是为高层建筑选择合适的体型，不同的体型水平作用力的分布有着不同的变化。一个总的原则是建筑物的平面形状力求简单对称，尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式，避免使用凹型或凸型结构，当然，考虑到城市规划的要求以及建筑场地的限制，这一原则只是一个目标，实际工程实例当中，很难做到高层建筑的平面形式非常对称简单，但仍然要尽可能建筑平面形式对称，并将不规则部分的比值控制在许可的范围之内。同时，为了防止扭转振动的发生，必须尽可能使得高层建筑的重心、刚度重心以及几何中心三合一。
（2）提高结构的侧向刚度
1)采用高刚度材料
从材料选用的角度来说，目前我国高层建筑主要采用钢筋混凝土结构，因此，如何充分发挥混凝土与钢筋的综合优势，对于提高结构的刚度意义重大。这两种材料根据设计要求可以有多种组合，比较常见的是型钢混凝土结构和钢管混凝土结构。型钢混凝土结构充分利用混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能，钢筋混凝土与型钢，共同受力，外包混凝土对型钢有较强的约束作用，可防止型钢的局部屈曲，提高了结构的整体刚度和抗扭能力。而钢管混凝土结构在高层建筑结构中的优势更加明显，由于在钢管中填入混凝土，混凝土受到钢管的套箍而有了更高的抗压强度，而结构自身的刚度也得以大幅提高。
2)采用合适的抗测力体系
高层建筑的抗侧力体系主要有框架、剪力墙、框架一剪力墙、筒体等结构。这些结构抵抗水平荷载的能力各不相同，适用范围也不一样。针对高层建筑而言，简体体系是最有效的抗测力体系，其在我国的工程实例当中，应用的也最广泛。这种体系由若干个筒体作为竖向承重结构，靠简体承受水平荷载，其抵抗水平荷载的特点是整个建筑犹如一个固定于基础的封闭空心悬臂梁，相对于单片平面结构而言，这种结构具有更大的抗侧及抗扭刚度。当然，在工程实例中，这种结构也并非十全十美，由于这种结构具有剪力滞后效应，其抗推刚度和水平承载力也被大大论文导读：
削弱，对此，可以采取相关措施，如用刚臂或刚性圈梁提高框筒的抗推能力，或使用斜撑提高外框筒的抗推能力等等。
（3）采用减振装置
对于高层建筑而言，无论采用哪种结构体系或者抗测力体系，侧向振幅是不可避免的，对此，我们可用附加阻尼器(如粘弹性减震器)或动力阻尼器(如调谐液体阻尼器，即减少侧向振幅。粘弹性减震器由三块钢板夹以聚丙烯粘弹性材料组成，由它连接楼面拓架与外筒柱，能够很快将水平动力转化为应变能或热能耗散掉。动力阻尼器，一般设置在建筑物的顶部，其自振周期等于或接近建筑物的第一自振周期，这样，它的惯性可以抵消建筑结构的部分振幅。如调谐液体阻尼器就是放置于顶层的注水刚性容器。结构的振动引起容器中水的振动，当水振动与结构的自振频率接近时，便能够取得很好的减振效果。

3.剪力墙设计

（一）剪力墙布置必须均匀合理，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且X，Y两向的刚重比接近 在结构布置应尽量避免一字形剪力墙，若出现则应布置成长墙(h／w>8)；应避免楼面主梁平面外搁置在剪力墙上，若无法避免，则剪力墙相应部位应设置暗柱，当梁高大于墙厚的2．5倍时，应计算暗柱配筋，转角处墙肢应尽可能长，因转角处应力容易集中，有条件两个方向均应布置成长墙；规范中对普通墙及短肢墙的界定是墙高厚比8倍以下为短墙，大于8倍则为普通墙，这就引起高厚比为7．9倍及8．1倍的两种墙的受力特性截然不同，而配筋亦大相径庭，这显得比较机械而不合理。
（二）剪力墙中的连梁跨度小，截面高度大，在地震作用下弯矩、剪力很大，有时很难进行设计，如果加大连梁高度，配筋值有时反而更大。连梁高度一是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞，上述所示情况梁的高度是一样的；但对于窗洞，连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底，有时则高度太高，这样高跨比太大，并且与计算图形不符，相应配筋亦较大，不合理。笔者建议，连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面，对于窗洞楼面至窗台部分可用砖或其他轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时，可再增加一根梁，两根梁之间用砖填充。连梁配筋应对称配置，腰筋同墙体水平筋。

4.结构平面图设计

绘制结构的平面布置设计图时，当建筑所在区域的抗震设防烈度为6度的时候，根据建筑抗震的设计规范，在符合有关抗震措施要求的前提下，是可以不应用结构软件建模的。因此，就砌体结构来看，可不用在软件中建立模型，直接进行设计即可，但在设计过程中需注意局部受压和整体受压的问题。而当建筑所在区域的抗震设防烈度为7度或7度以上源于：论文结论范文www.7ctime.com
的时候，则必须输入软件建模进行计算。

5.抗震设计

设计高层和超高层建筑时，屋顶建筑抗震设计也是整个设计的一个重要环节。近几十年来，从多数高层建筑抗震设计评定结果看，屋顶建筑设计还存在一些问题，例如：屋顶设计较高或者设计过重。屋顶设计较高或者设计过重，无形当中加大了屋顶建筑变形，而且地震作用也加大了，尤其对自身和屋顶之下的建筑物的抗震作用都不利。有时屋顶建筑的重心和屋顶之下的中心不在同一直线上，如果屋顶的抗侧力墙和屋顶之下的抗侧力墙出现间断，在地震发生时，带来的地震扭转作用也会更严重，对抗震更不利。所以，进行屋顶建筑设计过程中，应该最大限度的降低屋顶建筑的高度。选用强度较高、轻质、刚度均匀的材料，使得地震作用传递不受阻碍；屋顶重心和屋顶之下的建筑中心在同一直线上；如果屋顶建筑非常高，屋顶建筑就必须具有较强的抗震性，让屋顶建筑地震作用和突变降低到最小，尽量避免发生扭转效应。
三、结束语
高层建筑的高度和数量，从一个侧面反映一个国家科学技术水平和经济发展程度，但对于高层建筑应适当控制，既要与原有建筑相协调．还要与城市历史特点相协调。
参考文献：
周丹阳 莫文清 探讨高层建筑结构设计影响因素 建材发展导向-2011年15期
赵成成 关于高层建筑空间结构设计的探讨 建筑知识：学术刊-2012年9期
[3]赵罡 关于高层建筑结构设计载荷因素的分析 建材发展导向-2011年9期
[4]张伟 分析对高层建筑结构设计影响的因素 建筑知识：学术刊-2011年5期