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【摘要】为了确保高层建筑结构设计的安全和合理，必须提高高层建筑结构设计的水平。本文建筑设计论文主要分析了高层建筑结构设计的基本要求，说明了提高高层建筑结构设计水平的关注要点。关键词：高层建筑；结构设计；要点
Abstract: In order to ensure the security and reasonable of the high-rise buildings structural design, we must improve the level of the high-rise buildings structural design. This article analyze the basic requirements of high-level building structures design, and illustrates the increased level of attention points of high-level design of building structures.Key words: high-rise buildings; structural design; points
中圖分类号：TU972 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-0
前言高层建筑结构设计是针对高层建筑特性的建筑结构设计（Design of building stractures):在满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的要求下，按有关设计标准的规定，对建筑结构进行总体布置、技术经济分析、计算、构造和制图工作，并寻求优化的过程。当前，我国高层建筑特别是超高层建筑的发展非常迅速，其规模、形式日益丰富。高层建筑形式的这一变化使得结构形式也发生了很大的变化，为了确保高层建筑结构设计的安全和合理，必须提高高层建筑结构设计的水平。一、建筑结构设计包括的内容建筑结构设计包括上部结构设计和基础设计。 上部结构设计主要内容及步骤：1.根据建筑设计来确定结构体系、确定结构主要材料；2.结构平面布置；3.初步选用材料类型、强度等级等，根据经验初步确定构件的截面尺寸；4.结构荷载计算及各种荷载作用下结构的内力分析；5.荷载效应组合；6.构件的截面设计。此外还包括某必要些构造措施。需要依据结构专业相关规范、图集等。 基础设计：1，根据工程地质勘察报告、上部结构类型及上部结构传来的荷载效应和当地的施工技术水平及材料供应情况确定基础的形式，材料强度等级，一般有浅基础（如：独立基础、条形基础等）和深基础（如：桩基）；2，基础底面积的确定及地基承载力验算；3，基础内力计算及配筋计算。4，考虑必要的构造措施 结构设计的成果体现在绘制的结构施工图上，该图纸是结构工程师的语言，是直接面对施工现场及相关工程技术人员的，应该按照一定的规范绘制。二、高层建筑结构设计的基本要求1、基础设计在设计时宜最大限度地发挥地基的潜力, 必要时还应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告。一般情况下, 同一结构单元不宜采用两种不同的类型。2、必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析, 并与建筑、水、暖、电等专业充分协商, 在此基础上进行结构选型, 确定结构方案, 必要时还应进行多方案比较,择优选用。3、选择恰当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的刚结或铰结点, 但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。 4、坚持“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉” 原则；注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度, 尤其是钢筋的直线段锚固长度；考虑温度应力的影响。 5、按均匀、对称、规整原则考虑平面和立面的布置；综合考虑抗震的多道防线；尽量避免薄弱层的出现以及正常使用极限状态的验算等等都需要概念设计作指导。三、提高高层建筑结构设计水平的关注要点 1、计算机在结构设计中只是辅助工具,只有真正理解结构概念的内涵后,才能确定合理的参数取值和正确的判断分析结果。设计人员不能过分依赖程序,将计算结果照抄照搬,要认真分析结构。工程设计中常用的软件有TBSA、PKPM 等, 合理地根据结构特点选用分析模块对提高设计质量和效率十分重要。T A T 是PKPM 系列中重要的功能模块,其特点是可计算多塔、连体、错层及底部不等高嵌固结构；可计算常用的各种形状截面的钢梁、钢柱和支撑的钢结构,钢结构截面和支撑信息由P M C A D 建模生成。2、高层建筑的平面宜采用简单、规则、对称的形状, 避免过于复杂的平面形式,大量震害的资料表明,高层建筑物平面布置不对称、过多的外凸、内凹等复杂形式都容易造成震害。在高层结构的抗震设计中,结构体系的选择、布置、构造措施比软件的计算结果是否精确，更能影响结构的安全,除了考虑结构安全因素外,还要综合考虑建筑美观、结构合理及便于施工和工程造价等多方面因素。在不对称结构中,结构在凹凸拐角等处容易造成应力集中而遭到破坏,所以应尽量避免。而在完全对称的结构中, 也应注意凸出部分的尺寸比例。如凸出部分较长,要在结构设计中采取相应的补救措施。结构的竖向布置要尽力做到刚度均匀且连续,避免结构的刚度突变和出现软弱层。刚度突变及软弱层的出现往往是由于切断剪力墙所致,如果在结构设计中必须要切断少数剪力墙时,其他剪力墙在该切断层处应给以加强。 3、对于桩基础,桩的中心线宜与剪力墙中心线相重合,宜在剪力墙两端及剪力墙与剪力墙相交处设桩,不宜在开洞的剪力墙处布桩。剪力墙下桩基承台宜做成联合承台,不宜采用单独承台,联合承台可加强桩基承台的整体性、减少基础的不均匀沉降以及提高桩抗水平力的能力,联合承台可以按照反梁法计算内力,按照梁的构造配筋。对于电梯井或框架筒体、筒中筒结构的筒体部分,可采用厚板或环形承台,采用厚板承台时可按筏板配筋。 4、高层建筑顶点位移限值的决定不仅是其数值大小而且还与其振动频率的大小有关,一般来说,人对建筑振动频率的大小感觉很强烈,而对振动幅度(绝对位移)的大小则不是很关心,所以只要结构摆动的频率不太高时就可满足人们的舒适度;对于防止结构由于变形过大而可能遭受损坏的层间相对位移,其限值在现行规范中偏于严格,可以放松其指标。而且由于各计算程序算法的差别,同一结构用不同的计算程序计算,其层间位移数值差异可能会很大,其中一个原因可能就是各个软件对“层间位移”的定义不同所致,有的是指楼层形心位移,有的则认为是考虑楼层转动后的最大角点位移,后者通常比前者要大,对于规则建筑来说,形心位移很有意义,而角点位移却更能反映出结构楼层的真实位移,是结构工程师需要注意的。四、结束语综上论文所述,高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程, 任何在这个过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。在设计过程中要掌握以上要点, 才能提高高层建筑结构设计水平。
Abstract: In order to ensure the security and reasonable of the high-rise buildings structural design, we must improve the level of the high-rise buildings structural design. This article analyze the basic requirements of high-level building structures design, and illustrates the increased level of attention points of high-level design of building structures.Key words: high-rise buildings; structural design; points
中圖分类号：TU972 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-0
前言高层建筑结构设计是针对高层建筑特性的建筑结构设计（Design of building stractures):在满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的要求下，按有关设计标准的规定，对建筑结构进行总体布置、技术经济分析、计算、构造和制图工作，并寻求优化的过程。当前，我国高层建筑特别是超高层建筑的发展非常迅速，其规模、形式日益丰富。高层建筑形式的这一变化使得结构形式也发生了很大的变化，为了确保高层建筑结构设计的安全和合理，必须提高高层建筑结构设计的水平。一、建筑结构设计包括的内容建筑结构设计包括上部结构设计和基础设计。 上部结构设计主要内容及步骤：1.根据建筑设计来确定结构体系、确定结构主要材料；2.结构平面布置；3.初步选用材料类型、强度等级等，根据经验初步确定构件的截面尺寸；4.结构荷载计算及各种荷载作用下结构的内力分析；5.荷载效应组合；6.构件的截面设计。此外还包括某必要些构造措施。需要依据结构专业相关规范、图集等。 基础设计：1，根据工程地质勘察报告、上部结构类型及上部结构传来的荷载效应和当地的施工技术水平及材料供应情况确定基础的形式，材料强度等级，一般有浅基础（如：独立基础、条形基础等）和深基础（如：桩基）；2，基础底面积的确定及地基承载力验算；3，基础内力计算及配筋计算。4，考虑必要的构造措施 结构设计的成果体现在绘制的结构施工图上，该图纸是结构工程师的语言，是直接面对施工现场及相关工程技术人员的，应该按照一定的规范绘制。二、高层建筑结构设计的基本要求1、基础设计在设计时宜最大限度地发挥地基的潜力, 必要时还应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告。一般情况下, 同一结构单元不宜采用两种不同的类型。2、必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析, 并与建筑、水、暖、电等专业充分协商, 在此基础上进行结构选型, 确定结构方案, 必要时还应进行多方案比较,择优选用。3、选择恰当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的刚结或铰结点, 但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。 4、坚持“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉” 原则；注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度, 尤其是钢筋的直线段锚固长度；考虑温度应力的影响。 5、按均匀、对称、规整原则考虑平面和立面的布置；综合考虑抗震的多道防线；尽量避免薄弱层的出现以及正常使用极限状态的验算等等都需要概念设计作指导。三、提高高层建筑结构设计水平的关注要点 1、计算机在结构设计中只是辅助工具,只有真正理解结构概念的内涵后,才能确定合理的参数取值和正确的判断分析结果。设计人员不能过分依赖程序,将计算结果照抄照搬,要认真分析结构。工程设计中常用的软件有TBSA、PKPM 等, 合理地根据结构特点选用分析模块对提高设计质量和效率十分重要。T A T 是PKPM 系列中重要的功能模块,其特点是可计算多塔、连体、错层及底部不等高嵌固结构；可计算常用的各种形状截面的钢梁、钢柱和支撑的钢结构,钢结构截面和支撑信息由P M C A D 建模生成。2、高层建筑的平面宜采用简单、规则、对称的形状, 避免过于复杂的平面形式,大量震害的资料表明,高层建筑物平面布置不对称、过多的外凸、内凹等复杂形式都容易造成震害。在高层结构的抗震设计中,结构体系的选择、布置、构造措施比软件的计算结果是否精确，更能影响结构的安全,除了考虑结构安全因素外,还要综合考虑建筑美观、结构合理及便于施工和工程造价等多方面因素。在不对称结构中,结构在凹凸拐角等处容易造成应力集中而遭到破坏,所以应尽量避免。而在完全对称的结构中, 也应注意凸出部分的尺寸比例。如凸出部分较长,要在结构设计中采取相应的补救措施。结构的竖向布置要尽力做到刚度均匀且连续,避免结构的刚度突变和出现软弱层。刚度突变及软弱层的出现往往是由于切断剪力墙所致,如果在结构设计中必须要切断少数剪力墙时,其他剪力墙在该切断层处应给以加强。 3、对于桩基础,桩的中心线宜与剪力墙中心线相重合,宜在剪力墙两端及剪力墙与剪力墙相交处设桩,不宜在开洞的剪力墙处布桩。剪力墙下桩基承台宜做成联合承台,不宜采用单独承台,联合承台可加强桩基承台的整体性、减少基础的不均匀沉降以及提高桩抗水平力的能力,联合承台可以按照反梁法计算内力,按照梁的构造配筋。对于电梯井或框架筒体、筒中筒结构的筒体部分,可采用厚板或环形承台,采用厚板承台时可按筏板配筋。 4、高层建筑顶点位移限值的决定不仅是其数值大小而且还与其振动频率的大小有关,一般来说,人对建筑振动频率的大小感觉很强烈,而对振动幅度(绝对位移)的大小则不是很关心,所以只要结构摆动的频率不太高时就可满足人们的舒适度;对于防止结构由于变形过大而可能遭受损坏的层间相对位移,其限值在现行规范中偏于严格,可以放松其指标。而且由于各计算程序算法的差别,同一结构用不同的计算程序计算,其层间位移数值差异可能会很大,其中一个原因可能就是各个软件对“层间位移”的定义不同所致,有的是指楼层形心位移,有的则认为是考虑楼层转动后的最大角点位移,后者通常比前者要大,对于规则建筑来说,形心位移很有意义,而角点位移却更能反映出结构楼层的真实位移,是结构工程师需要注意的。四、结束语综上论文所述,高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程, 任何在这个过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。在设计过程中要掌握以上要点, 才能提高高层建筑结构设计水平。