论文部分内容阅读
【摘 要】随着科技的进步，经济的高速发展，现今社会的高层建筑向着更高、更复杂的趋势发展，本文就高层建筑的最基本原理展开讨论。
【关键词】高层建筑结构；结构体系；结构布置
1 选择合理的结构类型正确认识高层建筑的受力特点
高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构。竖向荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看，竖向荷载方向不变，随建筑物的增高仅引起量的增加；而水平荷载可来自任何方向结构上的作用、作用效应和结构抗力。结构产生各种效应的原因，统称为结构上的作用。结构上的作用包括直接作用和间接作用。作用在结构上的直接作用或间接作用，将引起结构或结构构件产生内力（如轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和变形（如挠度、转角、侧移、裂缝等），这些内力和变形总称为作用效应，其中由直接作用产生的作用效应称为荷载效应。结构或结构构件承受内力和变形的能力，称为结构的抗力，如构件的承载能力、刚度的大小、抗裂缝的能力等。结构抗力与结构构件的截面形式、截面尺寸及材料强度等级等因素有关。结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。因此，高层建筑采用何种结构形式，应取决于其结构体系和材料特性。
2 正确选择合理的结构体系
建筑设计与结构设计是整个建筑设计过程中的两个重要的环节，对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重的作用。二者相互协调也相互制约，是伙伴还是冤家，就在于能否和谐工作。建筑设计师常常把结构放在从属地位，要求结构必须服从建筑，一切以建筑为先导。通过受力因素分析，下一步就考虑采用什么结构体系，有下面几种高层建筑结构体系可供选择，其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构、筒中筒结构等。钢筋混凝土常用的结构形式：框架结构：平面布置灵活，抗侧刚度小，但建筑物较高时就需要较大的梁柱，减小了有效的使用空间，经济指标不太好。剪力墙结构：刚度大、承载力大，但平面布置不灵活，建筑空间受到限制。框架-剪力墙结构：包含了框架结构和剪力墙结构的优点。板柱-剪力墙结构：由无梁楼板和柱及剪力墙组成，层高较矮，节约能源，但抗侧刚度不好。筒体结构：抗侧刚度较好，可以用于较高的建筑。它有框架核心筒结构（核心筒与周围稀柱组成）和筒中筒结构（核心筒与外围框筒组成）两种表现形式。混合结构：钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体（或剪力墙组成）。框架结构体系由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由梁联系起来，形成空间结构体系。剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3-8m，现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求容易满足，适于建造较高的高层建筑。框架一剪力墙结构体系框架一剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。筒中简结构体系筒中筒结构体系由一个或多个简体为主抵抗水平力。
3 选择合理的结构平面布置.协调好建筑与结构的关系
在高层建筑的设计中.结构布置一般应考虑以下几点：
3.1 选择合理的结构平面布置，满足建筑功能要求
结构平面布置：独立结构单元宜形状简单规则，刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则平面布置，也就是要求：1、平面宜简单、规则、对称，减少偏心。2、平面长度不宜过长，突出部分不宜过大。3、不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。伸缩缝的最大间距：框架结构55米，剪力墙结构45米，这是规范规定的。框-剪结构，我们一般取中值50米。建筑物的开间、进深、层高、层数等平面关系和体型除满足使用要求外。还应尽量减少类型，尽可能统一柱网布置和层高，重复使用标准层。
3.2 高层建筑的结构设计，在其结构的布局上比较关键
现代的高层建筑在规划的规程中，各功能区的设计，需要基于现代人的生活理念，进行合理的布局。高层结构在承受力方面，尤其是垂直方向，需要承受较大的压力。因此，在高层建筑的地基设计时，首要的任务就要保障地基受力结构的稳定性设计。于是，在地基的设计过程，地基的承载力是最大的，随着楼层的增加，结构的受力逐渐的减小。这样的设计理念，可以很好的平衡建筑结构的受力状况。
3.3 高层建筑设计不仅需要考虑安全问题，还需要注意经济合理
结构设计不仅考虑安全问题，还需注意经济合理。在方案设计的过程中，我们要考虑以下几个方面：1、平面规则；2、竖向规则；3、转角尽可能少； 4、形心合于重心；
5、跨度合理。板跨度越大，板厚度就越大，配钢筋也多，不经济。故能加梁的地方尽可能加梁来分隔板跨；6、一般8*8柱网的楼面，从经济性来讲如何布置梁：井字梁优于十字梁，十字梁优于没有梁（厚板）；7、竖向构件上下对齐，少转换，不转换；8、采用轻质隔板，围护墙。高层建筑的埋置深度为：一般取1/15H且不小于3米，桩可取1/18H（由室外地坪到承台底），多层建筑在满足地基稳定和强度变形要求的前提下，基础宜尽量浅埋。但埋深应不小于冻土深度。
3.4 在地震区为了减少地震作用对建筑结构的整体和局部的不利影响
如扭转和应力集中效应，建筑平面形状宜规正，避免过大的外伸或内收，沿高度的层间刚度和层间屈服强度的分布要均匀，主要抗侧力竖向构件，其截面尺寸、砼强度等级和配筋量的改变不宜集中在同一楼层内。防震缝设计：抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，不设抗震缝。当建筑平面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，宜设置抗震缝将其划分为比较简单的几个结构单元。最小缝宽为70mm，其高度≤15米。超过15米时，6度、7度、8度、9度相应增加高度5m、4m、3m、2m、缝宽加宽20mm--框架结构，框剪结构取前值的70%，剪力墙结构取前值的50%，但均不应小于70mm。另外，不同的结构体系，缝宽应该按不利的结构类型确定。缝两侧房屋高度不同时取较低房屋的高度。结构的竖向布置，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。不应采用竖向布置严重不规则的结构。抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。高层建筑宜设置地下室。各结构单元的平面形状应力求简单且规则，立面体型应避免伸出和收进，避免结构垂直方向刚度突变等。
4 结语
随着我国城市现代化建设的不断推进，其在建筑结构上，越来越追求高层建筑。而高层建筑在结构的设计上，在设计理念、设计方法上都有严格的要求。建筑设计与结构设计是整个建筑设计过程中的两个重要的环节，对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重要的作用。而对于高层建筑的结构设计中，需要综合考虑建筑的用途和功能进行全面的设和规划。
参考文献
[1]徐良贤.高层住宅结构设计的技术性探究[J].中华民居；2011（01）：12-45
[2]梁栋.论高层建筑的抗震设计及减灾方法[J].中国新技术新产品；2012（01）：13-70
[3]付国军.探讨高层建筑工程深基抗支护施工技术[J].现代物业；2012（01）：2-80
[4]刘俊民.浅谈高层建筑的结构设计体会[J].科技经济市场；2011（12）：12-45
[5]施建伟.高层建筑中的建筑设计问题[J].中小企业管理与科技；2011（12）：15-45
【关键词】高层建筑结构；结构体系；结构布置
1 选择合理的结构类型正确认识高层建筑的受力特点
高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构。竖向荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看，竖向荷载方向不变，随建筑物的增高仅引起量的增加；而水平荷载可来自任何方向结构上的作用、作用效应和结构抗力。结构产生各种效应的原因，统称为结构上的作用。结构上的作用包括直接作用和间接作用。作用在结构上的直接作用或间接作用，将引起结构或结构构件产生内力（如轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和变形（如挠度、转角、侧移、裂缝等），这些内力和变形总称为作用效应，其中由直接作用产生的作用效应称为荷载效应。结构或结构构件承受内力和变形的能力，称为结构的抗力，如构件的承载能力、刚度的大小、抗裂缝的能力等。结构抗力与结构构件的截面形式、截面尺寸及材料强度等级等因素有关。结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。因此，高层建筑采用何种结构形式，应取决于其结构体系和材料特性。
2 正确选择合理的结构体系
建筑设计与结构设计是整个建筑设计过程中的两个重要的环节，对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重的作用。二者相互协调也相互制约，是伙伴还是冤家，就在于能否和谐工作。建筑设计师常常把结构放在从属地位，要求结构必须服从建筑，一切以建筑为先导。通过受力因素分析，下一步就考虑采用什么结构体系，有下面几种高层建筑结构体系可供选择，其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构、筒中筒结构等。钢筋混凝土常用的结构形式：框架结构：平面布置灵活，抗侧刚度小，但建筑物较高时就需要较大的梁柱，减小了有效的使用空间，经济指标不太好。剪力墙结构：刚度大、承载力大，但平面布置不灵活，建筑空间受到限制。框架-剪力墙结构：包含了框架结构和剪力墙结构的优点。板柱-剪力墙结构：由无梁楼板和柱及剪力墙组成，层高较矮，节约能源，但抗侧刚度不好。筒体结构：抗侧刚度较好，可以用于较高的建筑。它有框架核心筒结构（核心筒与周围稀柱组成）和筒中筒结构（核心筒与外围框筒组成）两种表现形式。混合结构：钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体（或剪力墙组成）。框架结构体系由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由梁联系起来，形成空间结构体系。剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3-8m，现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求容易满足，适于建造较高的高层建筑。框架一剪力墙结构体系框架一剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。筒中简结构体系筒中筒结构体系由一个或多个简体为主抵抗水平力。
3 选择合理的结构平面布置.协调好建筑与结构的关系
在高层建筑的设计中.结构布置一般应考虑以下几点：
3.1 选择合理的结构平面布置，满足建筑功能要求
结构平面布置：独立结构单元宜形状简单规则，刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则平面布置，也就是要求：1、平面宜简单、规则、对称，减少偏心。2、平面长度不宜过长，突出部分不宜过大。3、不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。伸缩缝的最大间距：框架结构55米，剪力墙结构45米，这是规范规定的。框-剪结构，我们一般取中值50米。建筑物的开间、进深、层高、层数等平面关系和体型除满足使用要求外。还应尽量减少类型，尽可能统一柱网布置和层高，重复使用标准层。
3.2 高层建筑的结构设计，在其结构的布局上比较关键
现代的高层建筑在规划的规程中，各功能区的设计，需要基于现代人的生活理念，进行合理的布局。高层结构在承受力方面，尤其是垂直方向，需要承受较大的压力。因此，在高层建筑的地基设计时，首要的任务就要保障地基受力结构的稳定性设计。于是，在地基的设计过程，地基的承载力是最大的，随着楼层的增加，结构的受力逐渐的减小。这样的设计理念，可以很好的平衡建筑结构的受力状况。
3.3 高层建筑设计不仅需要考虑安全问题，还需要注意经济合理
结构设计不仅考虑安全问题，还需注意经济合理。在方案设计的过程中，我们要考虑以下几个方面：1、平面规则；2、竖向规则；3、转角尽可能少； 4、形心合于重心；
5、跨度合理。板跨度越大，板厚度就越大，配钢筋也多，不经济。故能加梁的地方尽可能加梁来分隔板跨；6、一般8*8柱网的楼面，从经济性来讲如何布置梁：井字梁优于十字梁，十字梁优于没有梁（厚板）；7、竖向构件上下对齐，少转换，不转换；8、采用轻质隔板，围护墙。高层建筑的埋置深度为：一般取1/15H且不小于3米，桩可取1/18H（由室外地坪到承台底），多层建筑在满足地基稳定和强度变形要求的前提下，基础宜尽量浅埋。但埋深应不小于冻土深度。
3.4 在地震区为了减少地震作用对建筑结构的整体和局部的不利影响
如扭转和应力集中效应，建筑平面形状宜规正，避免过大的外伸或内收，沿高度的层间刚度和层间屈服强度的分布要均匀，主要抗侧力竖向构件，其截面尺寸、砼强度等级和配筋量的改变不宜集中在同一楼层内。防震缝设计：抗震设计时，高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，不设抗震缝。当建筑平面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，宜设置抗震缝将其划分为比较简单的几个结构单元。最小缝宽为70mm，其高度≤15米。超过15米时，6度、7度、8度、9度相应增加高度5m、4m、3m、2m、缝宽加宽20mm--框架结构，框剪结构取前值的70%，剪力墙结构取前值的50%，但均不应小于70mm。另外，不同的结构体系，缝宽应该按不利的结构类型确定。缝两侧房屋高度不同时取较低房屋的高度。结构的竖向布置，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。不应采用竖向布置严重不规则的结构。抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。高层建筑宜设置地下室。各结构单元的平面形状应力求简单且规则，立面体型应避免伸出和收进，避免结构垂直方向刚度突变等。
4 结语
随着我国城市现代化建设的不断推进，其在建筑结构上，越来越追求高层建筑。而高层建筑在结构的设计上，在设计理念、设计方法上都有严格的要求。建筑设计与结构设计是整个建筑设计过程中的两个重要的环节，对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重要的作用。而对于高层建筑的结构设计中，需要综合考虑建筑的用途和功能进行全面的设和规划。
参考文献
[1]徐良贤.高层住宅结构设计的技术性探究[J].中华民居；2011（01）：12-45
[2]梁栋.论高层建筑的抗震设计及减灾方法[J].中国新技术新产品；2012（01）：13-70
[3]付国军.探讨高层建筑工程深基抗支护施工技术[J].现代物业；2012（01）：2-80
[4]刘俊民.浅谈高层建筑的结构设计体会[J].科技经济市场；2011（12）：12-45
[5]施建伟.高层建筑中的建筑设计问题[J].中小企业管理与科技；2011（12）：15-45