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摘要：高层建筑作为城市发展的标志性建筑已经凸显出其重要性。而建筑向高层发展也是城市现代化建设的一个明显特点，相比于传统建筑具有层数高、体积大、空间大等优势。这种建筑特点势必也会给建筑结构的设计带来更严峻的挑战。本文将结合实例，对高层建筑中的结构设计分析、位移比、剪切比、周期比等重要指标进行研究介绍，以期分析高层建筑结构的设计理念关键词：高层建筑；建筑结构；设计理念；实例分析
1、引言高层建筑可以为日益加剧土地面积稀少提供足够的生存空间，可以有效地减少人口增长和土地不变之间的矛盾，也能从社会功能上满足大众需求。高层建筑虽然在各方面都有这样不同的优势，但其对建筑结构要求也提出了更高的挑战。比如在要求具备足够的抗震强度，抵抗大风的强度，防火设计等级要明显高于一般建筑。高层建筑高度较高，承载力大，对建筑结构上要求具有一定的刚度、延性，因此在设计、材料选择、施工工艺、成本上都需考虑周全。
2、高层建筑结构特点2.1水平载荷影响对于较低层设计的楼房来说，水平载荷的影响是较小的故而对建筑的结构也影响较小，受到的垂直荷载较大。对于高层建筑来说，水平载荷的影响就显得至关重要，而且随着建筑层数、高度的增加，水平载荷的作用会越发明显，由水平载荷作用影响下建筑产生的水平位移增大，在建筑结构设计上就要求有足够的刚度来抵抗侧向位移，或是将位移控制在一定的范围内，保证建筑的安全性和舒适性。
2.2竖直载荷影响对于高层建筑除了水平载荷的影响外，竖直方向的重力影响也是不可忽视的一点。由于高层建筑的轴力值大，沿着建筑高度方向积累的轴向形变显著，其会影响整体载荷在整栋建筑中的分布，一般情况下建筑设计上会使得水平或是侧向载荷最终转变为竖直向载荷，若发生轴向形变则容易引发载荷分布不均，会导致轴向压缩变形。
2.3建筑结构整体刚度的影响除了上述两种载荷的影响外，还需要考虑到建筑的抗震能力。高层建筑的刚性结构决定了在抗震中吸收与释放能量的大小。刚性结构能在地震中吸收大量的能量，释放较小的能力，柔性结构则相反。故而在结构设计中还需考虑到抗震设计，保证建筑的使用寿命和安全。
3、高层建筑结构特点3.1框架体系框架体系是传统的建筑结构承重体系，其是由楼板、柱、梁和基础承重构件组成。此体系具有建筑平面布置较灵活的的特点，且结构自重较轻，但是其抗侧向能力不强，在水平载荷和地震中容易遭到破坏，通常使用于建筑高度较低的建筑中。
3.2剪力墙体系为了提高高层建筑的抗侧向力的刚度，目前采用剪力墙结构来保障建筑承受侧向水平载荷的作用时的强度。剪力墙是建筑的竖向承重结构均有剪力墙组成，以此来承受建筑受到的侧向水平载荷和竖直载荷。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于该体系具有刚性好、形变小，而且可以有效的减少建筑中承重柱的数量，在一定程度上使实际面积增加，美观内部空间的效果已经被大量应用在高层建筑和需要考虑内部空间美观设计的建筑中。
3.3混合体系在框架体系中通过设置剪力墙可以有效的抵抗水平载荷的作用，利用框架和剪力墙构成整体结构，使建筑的水平载荷由剪力墙承担主要部分，框架承担小部分的水平荷载。由于具备了两种体系的优势，其刚度和强度都大大提高，该方法适用于在重灾区进行高层建筑时采用，而且通过结构优化来美观框架体系的承重柱。此外还有一种结构是通过框架和剪力墙组合形成筒状结构，将楼板与筒状结构相互连接形成一个整体，构成承重支架。无论从哪个方面受力该结构都可以有效的分摊抗变形。
4、某高层建筑实例分析某商业塔楼建筑高度为98.2米，地上设计为25层，地下设计为3层，塔楼周边设计有裙楼高度为19米，工程级别为一级，本工程地质勘查符合工程建筑设计要求。设计上部结构载荷大，塔楼的最大单柱载荷为18000kN，裙楼的最大单柱载荷为8000kN。由于高层建筑设计主要考虑水平载荷对建筑的影响，本商业楼按照相关标准进行抗震设防，抗震设防烈度为7°。设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，因地震产生的加速度取0.05g，设计地震为一级。取基本风压为0.3KN/m2，考虑地震、水平载荷和重力载荷的共同影响进行设计。
考虑到该塔楼的使用状况和使用要求确定承重结构体系为：框架-剪力墙混合体系；抗震结构为：框架与剪力墙均为一级。确定了结构体系后则应该根据内部使用功能进行平面布置，选择承重构件的尺寸、混凝土等级、钢筋规格等。在地震时剪力墙承受地震水平方向应力，框架体系同样要承受地震水平向应力，则在框架设计机构中应加强抗水平力的强度。在实际选取中应选择较高规定要求，即对框架数量从建筑上层向下由变化时，应取每段最下一层的结构对应的地震标准应力作为总剪切力，每段框架中所承受的最大地震剪切力应取最大值。
过大的偏心会导致整体结构产生较大的扭转力，同时为了考虑到地震效应偶然偏心的影响，该建筑高度属于A级高度，不超过120m，则要求该建筑产生的竖向构件的最大水平位移和层间位移不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。本建筑中的X方向与Y方向的最大水平位移和平均水平位移的比值，最大层间位移和平均层间位移的比值，层间位移角均满足设计要求。由于受地震影响下，对基本周期大于3.5秒的结构，计算得出的地震水平作用对结构的影响较小。为了规范地震水平力和楼层间平均水平力对建筑结构的影响，《抗震设计规范》中提出了最小值的要求以保证建筑的安全性能。本工程在设计时选取18 个振型进行计算，计算结果显示两个方向有效质量系数均超过90%，说明计算振型数足够，不需进行调整。
在正常设计中为了避免出现下部楼层因受力大，刚度小而引起的变形，下部楼层的侧向刚度要大于上部楼层。所以对下部楼层与上部楼层的刚度比值进行限制，按照该建筑的设计《高层建筑设计规范》中规定，框架-剪力墙结构的楼层与相邻的上一层侧向刚度的比值不应小于0.9，当本层高度大于相邻上层高度的1.5 倍时，比值不应小于1.1，对结构底部嵌固层，比值不应小于1.5；对于形成的软弱层应加强。如果楼层刚度比的计算结果不满足要求，计算时应将该楼层定义为薄弱层，并按规定对竖向不规则结构的薄弱层设计的地震剪力取1.15倍，此外还应对结构的抗震等级、楼板、弱连接结构进行加强，从而加强薄弱部位。
对高层建筑而言，由于重力二阶效应较为明显，使结构位移和内应力增加，当结构位移变大时会导致结构失稳。因此楼层的刚重比则主要是控制在水平载荷和地震水平载荷的作用下，重力二阶效应不致于过大来保障建筑的整体稳定性。本工程计算得出：X方向的刚重比为3.2；Y方向的刚重比为2.6，整体满足规范中要求的限制。
4、结语框架-剪力墙的混合结构体系是高层建筑中最常用的结构体系，也是较好的一种结构体系。通过对结构模型的计算来判定结构的合理性和经济性，在设计中要将框架和剪力墙两种不同的因素协调起来，才可以取得较好的效果。本文通过对某商业塔楼的建筑分析、分析其常见的几个重要指标，对高层建筑中的结构设计提出一些参考。
参考文献：[1]佟洁.试谈高层建筑结构抗震设计理念及方法[J].建筑规划与设计.2013，8.[2]刘丽.某高层建筑结构设计实例分析[J].太原城市职业技术学院学报.2012，5（5）.[3]庄妍，金晓.贵阳某高层建筑结构设计实例.2013，41（4）.
论文作者:李金石
论文发表刊物:《基层建设》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/9/21
标签：载荷论文; 结构论文; 建筑论文; 水平论文; 建筑结构论文; 高层建筑论文; 位移论文; 《基层建设》2015年4期供稿论文;