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摘要：城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要,促使高层建筑得以快速发展。轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展,抗风和抗震理论的不断完善,加之新的施工技术和设备的不断涌现,特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高,为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。
关键词：高层建筑；建筑结构；结构设计
Abstract:City population increasing and construction land is nervous with each passing day and the city planning needs, promote the rapid development of high rise building. Light high-strength material development and new design theory development, wind and seismic theory ceaseless and perfect, the addition of new construction technology and equipment continue to emerge, especially the popularization of the computer and application as well as the structure of the improvement of analysis methods for the rapid development of high-rise buildings, providing the necessary technical conditions.
Key words:Tall buildingBuilding structureStructure design
中图分类号：TU754.1 文献标识码：A 文章编号：
高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。侧移成为控制指标。与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。
1 高层建筑结构平面设计
平面形状简单、规则、对称尽量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭转效应大，会加大端部构件的位移，导致应力集中。平面突出部分不宜过长。扭转是否过大，可用概念设计方法近似计算钢心、质心及偏心距后进行判断，还可以比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形，其比值超过者，可以认为扭转太大而结构不规则。高层建筑不应采用严重不规则的结构布置，当由于使用功能与建筑的要求，结构平面布置严重不规则时，应将其分割成若干比较简单、规则的独立结构单元。对于地震区的抗震建筑，简单、规则、对称的 原则尤为重要。
规则，主要是指体型规则，若有变化，亦应是有规则的渐变。体型沿竖向的剧变，将使地震时某些变形特别集中，常常在该楼层因过大的变形而引起倒塌。均匀是指上下体型、刚度、承载力及质量分布均匀，以及它们的变化均匀。结构宜设计成刚度下大上小，自下而上逐渐减小。下层刚度小，将使变形集中在下部，形成薄弱层，严重的会引起建筑的全面倒塌。如果体型尺寸有变化，也应下大上小逐渐变化，不应发生过大的突变。上下楼层收进使得体型较小的情况经常发生，对于收进的尺寸应当限制。
2建筑基础的设计
高层建筑的上层结构载荷很大，基础底面压力也很大，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。根据上部结构类型、层数、载荷及地基承载力，可以用筏型基础或箱型基础；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可以采用桩基或复合地基。筏型基础一般有两种做法：倒肋形楼盖式和倒无梁楼盖式。倒肋形楼盖的筏基，板的折算厚度较小，用料较省，刚度较好，但施工比较麻烦，模板较费。如果采用板底架梁的方案有利于地下室空间的利用，但地基开凿施工麻烦，而且破坏了地基的连续性，扰动了地基土，会降低地基承载力；采用倒无梁楼盖式的筏基，板厚较大，用料较多，刚度也较差，但施工较为方便，且有利于地下空间的利用。当地基极软且沉降不均匀十分严重时，采用筏形基础，其刚度会显得不足，在这种情况下采用箱型基础就较为合理。箱型基础刚度大、整体性好、传力均匀；能适应局部不均匀沉降较大的地基，有效地调整基地反力。在浅层地基承载力比较软弱，而坚实土层距离地面又较深的时候，采用其他类型的基础就不能满足承载力或变形控制的要求。这时应当考虑采用桩基础。
3高层建筑的结构体系
高层建筑中基本的抗侧力单元是框架、剪力墙、实腹筒框筒及支撑,由这几种单元可以组成多种结构体系。不同的建筑会采用不同的结构体系。结构体系是指结构抵抗外部作用的构件组成方式。在高层建筑中,抵抗水平力是设计的主要矛盾,因此抗侧力结构体系的确定和设计就成为结构设计的关键问题。
3.1 剪力墙体系
建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时,剪力墙(抗震规范称之为抗震墙)墙体既承担水平构件传来的竖向荷载,同时承担风力或地震作用传来的水平荷载。剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙,因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。剪力墙结构体系有很好的承载能力,而且有很好的整体性和空间作用,比框架结构有更好的抗侧力能力,因此,可建造较高的建筑物。剪力墙的间距应有一定限制,故不可能开间太大,对需要大空间时就不太适用、灵活性差,一般适用于住宅、公寓和旅馆。剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板,可以不设粱,所以空間利用比较好,可节约层高。
3.2 框架 - 剪力墙体系
当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架, 便形成了框架 剪力墙体系。在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平剪力。
4 高层建筑的消防设计
4.1 高层建筑室外防排水消防的设计主要是有关给排水管网的设计与布置，一般常见的应不少于两条管道，且管道直径要保证在100 mm以上，避免出现因一条管道引起堵塞而使全局遭到影响，保证及时整体的水用量，且管道应是从市政管道引入而至。而对于其管道的布设则应符合下面几个原则：应布置成两条管道且均为圆环状，避免因其中一条产生问题导致整个给排水系统的瘫痪，而两条则可以满足一条正在检修但另一条处于正常使用的状态。高层建筑室内的消防设计则更应得到深度细化，各项设备要准备齐全，一般常见有消防水枪和水带、消防的管道及消防栓和消防卷盘、消防水泵接合器、消防水池和水箱以及增压和启动
消防水泵的各项设备等，对于给排水消防的方式主要有两种高压消火栓的给排水系统和临时高压的消火栓给排水系统。
4.2 外的消防水池放在一起进行全面的考虑。因为如果平时的给水量很充足的话，一般是不用再另外设置的，只有对于一些水源有时会供应不上的高层建筑，则很有必要布设这样的消防水池，以备不时之需。对于高层及超高层的消防可以说难度是比较大的，所以为了避免在消防的过程中出现水源紧缺的现象，同时又能方便消防队员正常工作展开，一般要求对于高层或超高层的消防火栓的存放位置要进行合理的竖向分布，且其间隔要控制在50m左右的范围，以便于消防工作的快速顺利进行。
结束语：从高层建筑的结构设计特点、布置原则、基础等方面来看，建筑的发展趋势可谓是越来越多元化。 尤其是对国内外知名建筑中新结构新工艺的设计与应用，都可以看到高层建筑蓬勃发展的缩影与象征。
参考文献
[1]杨斌,张红英.关于建筑结构设计中若干问题的研究[J].工程地球
物理学报,2007,24(06):596~600.
[2]夏卓文.高层建筑结构设计特点 [J].住宅科技,2007,21(02):29~32.
关键词：高层建筑；建筑结构；结构设计
Abstract:City population increasing and construction land is nervous with each passing day and the city planning needs, promote the rapid development of high rise building. Light high-strength material development and new design theory development, wind and seismic theory ceaseless and perfect, the addition of new construction technology and equipment continue to emerge, especially the popularization of the computer and application as well as the structure of the improvement of analysis methods for the rapid development of high-rise buildings, providing the necessary technical conditions.
Key words:Tall buildingBuilding structureStructure design
中图分类号：TU754.1 文献标识码：A 文章编号：
高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。侧移成为控制指标。与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。
1 高层建筑结构平面设计
平面形状简单、规则、对称尽量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭转效应大，会加大端部构件的位移，导致应力集中。平面突出部分不宜过长。扭转是否过大，可用概念设计方法近似计算钢心、质心及偏心距后进行判断，还可以比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形，其比值超过者，可以认为扭转太大而结构不规则。高层建筑不应采用严重不规则的结构布置，当由于使用功能与建筑的要求，结构平面布置严重不规则时，应将其分割成若干比较简单、规则的独立结构单元。对于地震区的抗震建筑，简单、规则、对称的 原则尤为重要。
规则，主要是指体型规则，若有变化，亦应是有规则的渐变。体型沿竖向的剧变，将使地震时某些变形特别集中，常常在该楼层因过大的变形而引起倒塌。均匀是指上下体型、刚度、承载力及质量分布均匀，以及它们的变化均匀。结构宜设计成刚度下大上小，自下而上逐渐减小。下层刚度小，将使变形集中在下部，形成薄弱层，严重的会引起建筑的全面倒塌。如果体型尺寸有变化，也应下大上小逐渐变化，不应发生过大的突变。上下楼层收进使得体型较小的情况经常发生，对于收进的尺寸应当限制。
2建筑基础的设计
高层建筑的上层结构载荷很大，基础底面压力也很大，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。根据上部结构类型、层数、载荷及地基承载力，可以用筏型基础或箱型基础；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可以采用桩基或复合地基。筏型基础一般有两种做法：倒肋形楼盖式和倒无梁楼盖式。倒肋形楼盖的筏基，板的折算厚度较小，用料较省，刚度较好，但施工比较麻烦，模板较费。如果采用板底架梁的方案有利于地下室空间的利用，但地基开凿施工麻烦，而且破坏了地基的连续性，扰动了地基土，会降低地基承载力；采用倒无梁楼盖式的筏基，板厚较大，用料较多，刚度也较差，但施工较为方便，且有利于地下空间的利用。当地基极软且沉降不均匀十分严重时，采用筏形基础，其刚度会显得不足，在这种情况下采用箱型基础就较为合理。箱型基础刚度大、整体性好、传力均匀；能适应局部不均匀沉降较大的地基，有效地调整基地反力。在浅层地基承载力比较软弱，而坚实土层距离地面又较深的时候，采用其他类型的基础就不能满足承载力或变形控制的要求。这时应当考虑采用桩基础。
3高层建筑的结构体系
高层建筑中基本的抗侧力单元是框架、剪力墙、实腹筒框筒及支撑,由这几种单元可以组成多种结构体系。不同的建筑会采用不同的结构体系。结构体系是指结构抵抗外部作用的构件组成方式。在高层建筑中,抵抗水平力是设计的主要矛盾,因此抗侧力结构体系的确定和设计就成为结构设计的关键问题。
3.1 剪力墙体系
建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时,剪力墙(抗震规范称之为抗震墙)墙体既承担水平构件传来的竖向荷载,同时承担风力或地震作用传来的水平荷载。剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙,因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。剪力墙结构体系有很好的承载能力,而且有很好的整体性和空间作用,比框架结构有更好的抗侧力能力,因此,可建造较高的建筑物。剪力墙的间距应有一定限制,故不可能开间太大,对需要大空间时就不太适用、灵活性差,一般适用于住宅、公寓和旅馆。剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板,可以不设粱,所以空間利用比较好,可节约层高。
3.2 框架 - 剪力墙体系
当框架体系的强度和刚度不能满足要求时,往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架, 便形成了框架 剪力墙体系。在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载,剪力墙主要承受水平剪力。
4 高层建筑的消防设计
4.1 高层建筑室外防排水消防的设计主要是有关给排水管网的设计与布置，一般常见的应不少于两条管道，且管道直径要保证在100 mm以上，避免出现因一条管道引起堵塞而使全局遭到影响，保证及时整体的水用量，且管道应是从市政管道引入而至。而对于其管道的布设则应符合下面几个原则：应布置成两条管道且均为圆环状，避免因其中一条产生问题导致整个给排水系统的瘫痪，而两条则可以满足一条正在检修但另一条处于正常使用的状态。高层建筑室内的消防设计则更应得到深度细化，各项设备要准备齐全，一般常见有消防水枪和水带、消防的管道及消防栓和消防卷盘、消防水泵接合器、消防水池和水箱以及增压和启动
消防水泵的各项设备等，对于给排水消防的方式主要有两种高压消火栓的给排水系统和临时高压的消火栓给排水系统。
4.2 外的消防水池放在一起进行全面的考虑。因为如果平时的给水量很充足的话，一般是不用再另外设置的，只有对于一些水源有时会供应不上的高层建筑，则很有必要布设这样的消防水池，以备不时之需。对于高层及超高层的消防可以说难度是比较大的，所以为了避免在消防的过程中出现水源紧缺的现象，同时又能方便消防队员正常工作展开，一般要求对于高层或超高层的消防火栓的存放位置要进行合理的竖向分布，且其间隔要控制在50m左右的范围，以便于消防工作的快速顺利进行。
结束语：从高层建筑的结构设计特点、布置原则、基础等方面来看，建筑的发展趋势可谓是越来越多元化。 尤其是对国内外知名建筑中新结构新工艺的设计与应用，都可以看到高层建筑蓬勃发展的缩影与象征。
参考文献
[1]杨斌,张红英.关于建筑结构设计中若干问题的研究[J].工程地球
物理学报,2007,24(06):596~600.
[2]夏卓文.高层建筑结构设计特点 [J].住宅科技,2007,21(02):29~32.