简析建筑结构浅述高层建筑结构总体布置策略学术

论文导读：
摘要：目前高层建筑甚至超高层建筑已经随处可见，高层建筑结构布置是高层建筑结构设计的重要组成部分，直接影响到源于：标准论文格式www.7ctime.com
建筑物安全。本文分析高层建筑结构布置方法以及原则，提出高层建筑结构布置的设计方法，为相关人士提供一些实践经验以及参考。
关键词：高层建筑、结构布置、布置方法、布置原则
一、前言
城市人口集中，用地紧张，以及商业竞争的激烈化，促使近代高层建筑的出现和发展。高层建筑的高度和数量，虽然反映了一个国家的科学技术水平与经济发展程度。高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。

二、结构总体布置的总原则

高层建筑结构的总体布置，系指其对高度、平面、立面和体型等的选择。高层结构总体布置原则为：必须同时满足建筑、施工和结构三个方面的要求。
1、建筑方面：应考虑建筑使用功能，包括服务设施所提出的要求，对确定开间、进深、层高、层数、平面关系和体型等，都有着直接的关系。满足使用要求，不但要方便，还要合理、经济，包括服务设施的使用效率要高，投资和维持费用要低。此外，尚应考虑美学要求。
2、施工方面：要尽量采用先进施工技术，提高工业化程度，且应便于施工，以达到经济合理的目的。
3、结构方面：应满足强度、刚度、稳定性和耗能能力要求，在高层的设计中，首要的是选择适当的结构体系，结构体系确定后，结构总体布置应结合建筑设计进行，使建筑物具有良好的造型和合理的传力路线。结构体系受力性能与技术经济指标能否达到先进、合理．与结构布置密切相关。
理论和实践均证明，一个工程设计，要达到安全适用、技术先进、经济合理，保证质量的要求，往往不能仅靠力学分析来解决。建筑物的动力性能与建筑布局和结构布置相关，凡建筑布置简单合理，结构布置符合抗震设计原则，从设计一开始就把握好地震能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布、延性等几个主要方面。从根本上消除建筑结构中抗震薄弱环节，并配合必要的抗震计算和构造措施，就可从根本上保证建筑物具有良好的抗震性能。因此，建筑结构的总体布置，是从根本上改善结构整体的地震反应和提高抗震能力的重要措施。

三、 高层建筑结构布置主要考虑的问题

合理的高层建筑结构布置应特别强调概念设计原则，宜采用规则的结构，不应采用严重不规则的结构，结构的竖向和水平布置宜使结构具有合理的刚度和承载力分布，避免因刚度和承载力突变或结构扭转效应而形成薄弱部位，关于规则性的问题将在下一章节着重讨论。合理的结构布置应使结构具有必要的承载能力、刚度和延性，应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力，对可能出现的薄弱部位应采取有效的加强措施；结构设计宜具有多道防线。具体有以下一些内容。
1、材料
在高层建筑中往往单柱轴力巨大，受轴压比限制而使得柱截面过大，不仅加大材料自重和材料消耗，而且妨碍建筑功能、浪费有效面积。减小柱截面尺寸通常采用型钢混凝土柱、钢管混凝土柱、高强度混凝土柱。C60混凝土已广泛采用，取得了良好的效益。
高强钢筋的应用可有效减小配筋量，提高结构安全度。在满足裂缝要求的前提下，高强钢筋可获得更高的单位内的强度，具有很高的经济性。目前新的规范已经开始逐渐淘汰335级带肋钢筋，采用更高的400级和500级钢筋，光圆钢筋也用300级代替235级的钢筋，节材效果十分明显。
型钢混凝土柱一般含型钢为5%~8%，可使柱截面面积减小30%左右；钢管混凝土可使柱混凝土处于有效侧向约束下，形成三向应力状态，可使柱截面减小至原截面面积的50%左右。

2、最大高度和高宽比

对应于每一种结构体系都有一个最大适用高度，满足该高度要求即高度高层建筑，超出该高度时即列入B级高度高层建筑，但也不应超过B级的最大适用高度，并应遵循更严格的计算和构造措施，且应按有关规定进行超限高层建筑的抗震设防专项审查复核。也就是说B级可具有更高的高度但需采取更高的要求。另外平面和竖向均不规则的结构其适用最大高度宜适当降低。特别值得提到的是以后规范对框架结构的适用刚度有所降低。
高层建筑的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制，在结构设计满规程规定的承载力、稳定、抗倾覆、变形和舒适度等基本要求后仅从结构安全角度论文导读：矩和剪力，所以对高层建筑地基和基础的要求也非常高；基础应是具有较大承载力、较小沉降变形量、较稳定的结构；稳定的、刚度大而变形量小的基础不仅仅可以防止建筑物倾覆以及滑移，而且还可以避免由不均匀的基础沉降引起的建筑倾斜等破坏。在目前的高层建筑结构设计中，一般都假定楼板在平面内刚度无限大，在水平荷载作用下楼
讲高宽比限制是不必要的，此时主要影响结构设计的经济性。换句话说也就是满足这一限制时往往各方面都可以接受，各种计算都比较容易通过，也是比较经济合理的。

3、高层建筑结构基础与楼盖结构

高层建筑的高度大、自重大，在巨大建筑物水平力和竖向荷载作用下，有较大的倾覆力矩和剪力，所以对高层建筑地基和基础的要求也非常高；基础应是具有较大承载力、较小沉降变形量、较稳定的结构；稳定的、刚度大而变形量小的基础不仅仅可以防止建筑物倾覆以及滑移，而且还可以避免由不均匀的基础沉降引起的建筑倾斜等破坏。
在目前的高层建筑结构设计中，一般都假定楼板在平面内刚度无限大，在水平荷载作用下楼盖只有刚度位移而不变形。所以在构造设计上要使楼盖具有较大的平面内刚度。再者楼板的刚度可保证建筑物的空间整体性和水平力的有效传递。重要的、受力复杂的楼板应比一般层楼板有更高的要求，屋面板、转换层楼板、大底盘多塔楼结构的底盘屋面板、开口过大的楼板以及作为嵌固部位的地下室楼板应采取加强措施以增强其整体性。

4、水平位移限制

高层建筑层数多，高度大，为保证高层建筑结构具有必要的刚度，应对楼层位移加以限制。侧向位移控制实际上是对构件截面大小、刚度大小的一个宏观指标，可以保证主结构基本处于弹性受力状态，保证非结构构件的填充墙、隔墙和幕墙完好。
一般层间变形采用层间位移与层高之比来控制，即层间位移角。其中层间位移为不扣除整体弯曲转角产生的侧移，即直接采用内力位移计算的输出值。体现在PKPM软件中也就是采用不考虑双向地震、不考虑偶然偏心的X向（或Y向）地震作用下的楼层最大位移，也无需参考在规定水平力下的楼层最大位移。

5、高层建筑结构防连续倒塌布置设计

为提高受意外作用而发生局部破坏的竖向重要构件安全性能，在高层建筑结构设计中必须考虑结构受力安全储备；在建筑结构局部竖向构件失灵的条件下，可根据具体情况分别按悬臂-拉结模型、悬索-拉结模型以及梁-拉结模型进行承载力计算，来维持结构体的整体稳定性。
防连续倒塌结构布置的具体要求有如下几种：采取使重要构件及关键传力部位避免直接遭受意外作用的结构设计措施；在高层建筑结构容易遭受意外作用影响的区域应增加冗余约束，布置备用的传力方式。
增强疏散通道、设置避难空间结构等重要构件和关键传力部位的承载力和变形能力；配置贯通水平、竖向构件的钢筋，并与周边构件可靠地锚固；设置结构缝，控制可能发生连续倒塌的范围；在结构关键要害区域设置缓冲设备或泄能通道；在高层建筑中布置分格缝，可以控制高层建筑连续倒塌的范围；可以增加建筑物关键部位的冗余结构约束及备用传力途径。

四、结构平面和竖向布置的规则性

1、结构平面布置

平面形状简单、规则、对称尽量使质心和钢心重合是抗震概念设计的基本要求。偏心大的结构扭转效应大,会加大端部构件的位移,导致应力集中。历次地震震害表明平面不规则、质量与刚度偏心和扭转刚度太弱的结构在地震中遭受特别严重的破坏。规范采用规定水平地震力计算得到的位移比加以控制，水平作用力的换算原则是每一楼面处的水平作用力取该楼面上下两个楼层的地震剪力差的绝对值。值得一提的是结构楼层位移和层间位移控制值验算时，仍采用CQC的效应组合。