高层混凝土建筑结构设计分析

黄星浩

摘要：本文结合笔者从事高层建筑结构设计的工作经验，首先介绍了层高层建筑的优点及结构设计的特点。分析了高层建筑结构设计的要点，最后结合框架-剪力墙进行了结构设计分析。

关键词：高层混凝土建筑结构设计框架-剪力墙结构

Abstract: In this paper the author engaged in high-rise building structure design work experience, first introduced in the high-rise building has the advantages and characteristics of structure design for. Analysis of high-rise building structure design points, finally combined with frame - shear wall was designed and analyzed.

Key words: Tall concrete buildings; Structure design; Frame - shear wall structure.

中图分类号: TU318文献标识码：A 文章编号：

1引言

高层建筑是随着经济发展、科学进步、人类社会繁荣昌盛而产生的。它是一个国家和地区经济繁荣与科技进步的象征，在现代城市中起着重要的作用。高层建筑具有节约用地、节约城市基础设施的投资、满足大企业办公楼的需要、作为城市的重要景观等优点，同时高层建筑的地下层可以作为城市的防空避难层。但高层建筑的建设也面临诸如结构设计、垂直交通、外观、建筑高度等问题，为此，本文就高层混凝土建筑的结构设计进行了简要的探讨。

2高层建筑结构设计特点

2.1 荷载大（竖向荷载和水平作用)

高层建筑的总高度高，层数多，由结构自重、墙体重量、楼面、屋面活荷载及生活所需的基本设备等引起的竖向荷载较大、100m高的建筑底部单柱竖向轴力往往达1x104～3 x 104kN，竖向轴力与房屋高度成线性正比关系；由风荷载及地震力引起的水平作用产生的内力主要是弯矩和剪力，在结构底部所产生的弯矩与结构高度的三次方成正比，水平力作用力结构顶点的侧向位移与高度的四次方成正比，水平作用对高层建筑结构的内力、变形及建筑物的工程造价的影响占主导地位。即高层建筑结构的竖向荷载所引起的内力远大于低层建筑中竖向荷载可引起的内力，水平荷载成为高层结构设计时的控制荷载。

2.2 侧移大（房屋水平变形大)

高层建筑结构的顶层侧移较低层建筑的侧移大。但过大的侧移使人不舒服，使电梯运行困难。影响人们在建筑物内正常工作和生活；侧移过大会使建筑装修开裂，甚至脱落，影响建筑物的美观、隔音、保暖等，脱落物有时会砸坏家具或设备甚至造成人身安全事故；会使结构出现附加变形，从而产生附加内力，使结构主体出现裂缝，严重的会引起房屋破坏或倒塌。

因此，结构设计不仅进行结构强度设计，还必须计算房屋的水平侧移，并采取措施加以控制。限制侧向变形也就是限制结构的裂缝宽度及破坏程度。

3高层建筑结构的布置

3.1 高层结构的总体布置

高层建筑承受的竖向荷载较大，同时还承受控制作用水平力。高层建筑结构设计应注重概念设计、重视结构选型与建筑平面、立面布置的规律性，选择最佳结构体系，加强构造措施以保证建筑结构的整体性，使整个结构具有必要的承载力、刚度和变形能力。

（1）结构布置总原则。选择有利的场地，避开不利的场地，高层建筑的基础设计，应综合分析考虑建筑场地的地质状况、上部结构的类型、施工条件、使用要求，确保建筑物不致发生过量沉降或倾斜．满足建筑物正常使用要求。同时，应注意与相邻建筑的相互影响，了解邻近地下构筑物及各项地下设施的位置和标高，确保施工安全。

（2）选择合理的基础形式。高层建筑应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。宜采用筏形基础．必要时可采用选用箱形基础。当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础或其他基础形式；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可采用桩基础或复合地基。

（3）合理设置结构变形缝。在高层建筑布置时，一般情况宜采取调整平面形状与尺寸和结构布置，加强构造措施，设置后浇带等方法，尽量不设缝、少设缝。当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时，则需合理的设置变形缝。设缝时，必须保证有足够的缝宽。

（4）高层建筑不应采用严重不规则的结构体系。建筑体形、平面及立面规则，利于结构平面布置均匀、对称并具有良好的抗侧刚度；利于结构的竖向布置均匀，宜具有合理的刚度、承载力和质量分布均匀，无突变，可避免出局部突变和扭转效应而形成薄弱部位，对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强，宜具有多道防线。

（5）控制房屋适用高度和高宽比。在进行高层建筑设计时，除了要保证结构有足够的强度和刚度外，还要控制其位移的大小，要求有适宜的高度和高宽比。结构设计原则从安全、受力合理、节约投资、方便施工等方面提出种种限制与要求，应妥善协调使用功能、造型效果、结构体系、结构构造之间的矛盾，使结构和建筑达到和谐统—。

3.2 结构平面布置

在高层建筑的一个独立结构单元内，其开间、进深尺寸和构件类型应尽量减少规格。宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀，减少扭转影响。不应采用严重不规则的平面布置。其平面布置宜符合下列要求。

（1）平面形式。

1）平面宜简单、规则、对称，减少偏心；平面长度不宜过长，建筑平面的长宽比较大时，在地震时由于两端地震波输入不同，容易产生不规则的震动，造成较大的震害。

2）当平面带有较长冀缘的L形、Y形、T形、v形或十字形时，突出部分长度不宜过大。

3）不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。

4）高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。

5）结构平面布置应减少扭转的影响。考虑偶然偏心影响的地震作用下，按制高层建筑楼层竖向构件的最大水平尾翼和层间位移。

（2）楼梯、电梯间的位置。避免在凹角和端部设置楼梯、电梯间，避免楼梯、电梯问偏置。当按7度及7度以上抗震设防时，在结构单元的两端或拐角部位不宜设置楼梯间和电梯间，必须设置时应采取加强措施。

3.3结构竖向布置

高层建筑的竖向体型宜规则、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，不应采用竖向布量、严重不规则的结构布置。

（1）需要抗震设防的建筑，竖向体形应力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。

（2）抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。主体结构或者非结构构件(如砖砌体填充墙等)的不规则、不连续布置也可能引起结构刚度的突变。

（3）突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承受鞭梢效应的影响。因建筑物顶部的塔楼的“鞭梢效应”，塔楼的质量和刚度越小，地震放大作用越明显，可能的情况下，宜采取台阶形逐级内收的立面。

3.4框架-剪力墙结构布置

在框架—剪力墙结构中，剪力墙承担着主要的水平力，增大了结构的刚度，减少结构的侧向位移．因此，框架—剪力墙结构中剪力墙的数量、间距和布置尤为重要。

（1）框架—剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系，结构两主轴方向均应布置剪力墙，剪力墙的布置宜分散、均匀、对称地布置在建筑物的周边附近，使结构备主轴方向的侧向刚度接近，尽量减少偏心扭转作用。

（2）剪力墙尽量布置在楼板水平刚度有变化处(如楼梯间、电梯间等)，布置在平面形状变化或恒载较大的部位。因为这些地方应力集中，是楼盖的薄弱环节。当平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。

（3）剪力墙宜贯通建筑物全高，避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐。

（4）为防止楼板在自身平面内变形过大，保证水平力在框架与剪力墙之间的合理分配，横向剪力堵的间距必须满足要求。纵横向剪力墙宜布置成L形、T形等，以使纵墙(横墙)可以作为横墙(纵墙)的翼缘，从而提高承载力和刚度。

当设有防震缝时，且在缝两侧垂直防震缝设墙。

4.结论

文章通过结合笔者从事高层建筑结构设计的工作经验，分析了当前高层混凝土建筑的应用优势，同时根据其特点，提出设计中应当如何合理地设计，同时就框架剪力墙的设计应用进行阐述，为同类工程提供有价值的参考。

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