建筑结构设计特点研究

摘要：改革开放以来，经济高速发展，城市化进程不断加快，高层建筑越来越稀松平常。身为土建工作者，要想打造优质的工程，创造安全，先进，高质量的设计，首要条件就是对建筑结构和设计特性等了如指掌。

关键字：高层建筑;建筑结构

一、建筑结构设计特点

相比于多层建筑或是低层建筑，高层建筑结构设计体系拥有更举足轻重的地位。包括施工技术标准，工期进度，投资回报率，投资金额大小，包括输电管等基础设施的设计，建筑平面设置在内的一系列问题都与结构体系有着密不可分的联系。

1、最主要因素之一是水平力

由于高层房屋的特点，它更注重于水平荷载而非竖向荷载，水平荷载对建筑的安全可以说是最重要的，决定性的。而低层和多层建筑则更注重重力等竖向荷载。造成这种差异的原因，在竖向构件中楼面适用荷载和建筑自重二者所能引发的弯矩和轴力的数值与房屋高度的一次方成正比。而建筑高度的两次方则与水平荷载产生的倾覆力矩和因此对竖向构件所产生的轴力成正比。

2、关键因素是结构侧移

也是由于高层房屋的特点，结构侧移已成为控指标。由于房屋高度的增加，水平荷载下的结构侧向变形也不断急剧增加，并且与房屋高度H的4次方成正比(△=qH4/8EI)。

3、需要重视轴向变形

除了水平荷载下的结构侧向变形，一些高层房屋在运用框架体系和框架--剪力墙体系时，所产生的轴向变形同样不容忽视。尤其是当房屋高度增加时，这种轴向变形差异的数值也变得较大，也就相当于连续梁中间支座沉陷。这种沉陷会使其跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大，而连续梁中间支座处的负弯矩值减小。

4、对抗震提出了更为严格的设计要求

我国很多地区处在地震带上，为保障建筑能够安全适用，小震不坏，大震不倒也是对于高层建筑必要的设计要求。减轻高层建筑自重是其中一个很主要的方法，同时这种方法还可以带来更为可观的经济效益。在地基或桩基承载力的角度上，同样数量的地基或者桩基，减轻房屋自重有利于增加房屋层数而不需要更多的处理办法或者基础造价，也就是说，减轻高层房屋的自重要比多层房屋还有更大的意义。 这种策略如果针对软弱土层更为经济。同时也有利于上文所提到的更为严格的抗震要求，其可以有效提高结构抗震力。抗震设计中主要包含有概念设计和理论计算两方面。除了有可靠有效的概念设计外还要重视理论计算。由于地震作用具有很强的不确定性，分析起来也很复杂，同时理论计算是基于一定的假想条件，因此理论计算有可能与实际情况千差万别。一旦当结构进入弹塑性阶段，甚至可能出现构建局部的开裂乃至破坏，这种情况就难以用理论计算来分析，因此必须坚持理论计算和概念设计两手抓。

二、结构体系

1、结构设计原则

为了达到安全适用、经济合理，确保质量的建筑效果，要尽量多采用新材料，新工艺和新技术。尤其是高层建筑应该选择抗震性能和抗风效果都好的设计方案与新技术和材料相配合，使建筑本身有更大的刚度和承载力以及延性。

2、结构体系及其适用范围

我国目前的高层建筑主要采用钢筋混凝土结构。这种结构包括有很多种结构体系，如框架，剪力墙，框架-剪力墙等等。

框架结构应用范围广，商用，住宅，办公，仓库，旅馆，医院，工业厂房等都使用。框架结构主要包括有四种承重构件，分别是，楼板，梁，柱以及基础，其中后三者构成了平面框架，比较常用。原因是这种结构具有一定的优点，如能获得更多的空间，且平面布置可以更加灵活，自重轻，造价低等。但是缺点也是显而易见的，结构本身柔性大，抗侧力差，抗震力差。因此往往这种结构有一定的适用范围，在十层左右最为经济，合理层数范围在六层到十五层之间。

再说，另一种结构体系——剪力墙。为提高高层建筑中房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置钢筋混凝土墙体，这就叫做\"剪力墙\"。这种结构体系的作用主要是提高整个建筑的抗剪刚度和强度，而且还能够用来维护房间的分格构件。

在实践的检验中，这种结构也确实发挥出了很好的抗震性能，降低了震害的频率和程度。同时，如果在宾馆和住宅这两种建筑类型中适用剪力墙结构能够更加适用，因为这两种建筑类型墙体较多，面积普遍不大，运用剪力墙结构能够不漏梁柱，保证了美观度。而对于面积较大的公共类型的用房，应该将部分或者低层的这种结构体系换成框架结构，产生框支剪力墙的结构，但这种结构不能够运用到地震区中。一旦遭遇地震，这种结构有可能会产生较大的塑性变形和内力。

筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒为密柱(通常柱距不大于3米)组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门密洞口面积小(一般不大于墙体面积50%)，因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空间整体作用，类似一个多孔的竖向箱形梁，有很好的抗风和抗震性能。成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体，每个筒体都比较小，这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。

巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱(通常由电梯井或大面积实体柱组成)以及巨梁(每隔几层或十几个楼层设一道，梁截面一般占一至二层楼高度)组成一级巨型框架，承受主要水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成二级结构，它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。

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