浅谈高层建筑结构设计的原则

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　　摘要：改革开放以后，房地产业迅猛发展，建筑业成为社会支柱产业之一。由于开发速度加快，再加上土地资源有限，所以高层建筑如雨后春笋般迅速发展，数量剧增。而目前的工程设计领域中，设计人员忙于应付大量的具体工作，往往不够重视建筑结构设计的诸多问题。本文主要从以下几方面来阐述高层建筑结构设计方面需要注意的事项。
　　关键词：高层建筑；结构设计；原则
　　1高层建筑结构设计特点简析
　　1.1轴向形变不容忽视
　　通常在低层建筑结构分析中，只考虑弯矩项，因为轴力项影响很小，而剪切项一般可不考虑。但对于高层建筑结构，情况就不同了。由于层数多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变。
　　1.2侧移成为控制指称
　　与低层建筑不同，结构侧移己成为高层建筑结构设计中的关键因素，随着楼层的增加，水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。设计高层结构时，不仅要求结构具有足够的强度，能够可靠地承受风荷载作用产生的内力；还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，保证良好的居住和工作条件。这是因为高楼的使用功能和安全，与结构侧移的大小密切相关：
　　1.3结构延性是高层建筑设计重要性质
　　延性是指构件和结构屈服后，在承载能力不降低或基本不降低的情况下，具有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比来表示。对于受弯构件来说，随着荷载增加，首先受拉区混凝土出现裂缝，表现出非弹性变形。然后受拉钢筋屈服，受压区高度减小，受压区混凝土压碎，构件最终破坏。从受拉钢筋屈服到压区混凝土压碎，是构件的破坏过程。在这过程中，构件的承载能力没有多大变化，但其变形的大小却决定了破坏的性质。提高延性可以增加结构抗震潜力，增强结构抗倒塌能力。高层建筑相对低层结构而言，结构设计更柔一些，如果遇到地震，震动作用下的建筑结构变形更大一些。为了做好防震设计，避免倒塌，建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，特别需要在构造上采以适当的设计，确保建筑设计具有很好的延性。
　　2建筑结构设计要考虑到经济性
　　建筑结构经济性包括内容注重经济性的建筑设计包含非常广泛的内容。传统中只强调改进建筑材料保温性、改善建筑体形系数、提高建筑材料的气密性等一系列节能降耗措施，现在建筑随着形势的发展，人们对居住环境不仅从结构性出发，更要在建筑结构的经济性角度考虑，如空间组织、技术组织、结构设置、能源与资源利用，以及建筑循环再利用等方面全面地确立经济性的原则、方法。
　　3抗震设计原则
　　3.1等强度与耗能设计原则
　　在结构设计的过程中，一定要避免设计不当, 造成在地震力作用下部分主要构件破坏,或是整幢建筑物连续破坏的局面,故结构整体设计要注意加强薄弱部位,尽量做到等强度。 如角柱的配筋适当加强,防止角柱先破坏,以免引起其它部位的破坏。
　　3.2 结构延性设计原则
　　地震区搞设计必须对结构延性有清晰的概念。结构延性一般用延性系数来表示,它表示的是结构破坏变形△(位移、转角、曲率)与屈服变形△Y的比值。即:u=△u/△y延性越大, 则结构在强震下可忍受大的塑性变形而不致倒塌、 破坏,即结构延性好。因此在结构设计中应注意钢筋级别、配筋率大小、构造措施等。
　　3.3强柱弱梁设计原则
　　这个原则在框架结构抗震设计中是很重要的原则, 其目的是为了保证在强震下,框架结构的塑性铰在梁上产生,而不发生在柱上。使结构在强震时能降低地震对结构的作用。增大结构延性,使框架产生塑性变形。
　　3.4充分考虑地震耦合作用
　　地震是非平稳随机过程,它对建筑物作用是综合的,不是单一的,是水平,垂直、 扭转三个分量同时作用的,我们应充分考虑地震的耦合作用。
　　4抗风设计原则
　　风作用是外界施加在建筑物上的作用, 是从空中传递过来的,风作用使建筑物受到双重作用: 一方面风力使建筑物受到一个基本上比较稳定的风压力;另一方面风又使建筑物产生风力振动。风作用具有静力和动力双重性质, 在建筑结构设计时我们应充分予以考虑, 对风作用我们应采取以下措施来改善建筑物抗风的能力:
　　(1)保证足够的刚度及强度,承受风作用下产生的内力,控制建筑物的位移。
　　(2)选择合理的结构体系和建筑体型,园形、 正多边形平面可以减小风压数值。
　　(3)尽量采用对称的平面形状和对称的结构布置,以减小风力产生的扭转作用影响。
　　(4)外墙、窗玻璃、女儿墙及其它周围装饰构件必须有足够的强度,并有可靠的连接,防止产生建筑局部损坏。 市综合技术大楼抗风设计基本上是按照上述措施进行的,建筑平面为矩形,结构布置也是左右对称的,质心和刚心基本重合。
　　5适宜刚度
　　建筑结构设计中,刚度的大小直接影响到结构设计的合理性。调整刚度中心是解决扭转的有效途径在大量的工程设计实例中发现。对于高层建筑,即使结构布置是对称的,由于质量分布很难做到均匀对称,质心和刚心的分离是在所难免的。 当建筑层数很多时,上部各层偏心引起的扭转效应在下层的积累更对下部几层不利。即使是很对称的结构或正交结构,周期比也会不满足规范。因此在结构布置时,除了要求各向对称外,还应使结构具有较大的抗扭刚度。 增加四周结构的刚度,在结构外围增加墙体、减少核心简的刚度、增加外围连梁的高度等可以控制周期比,使结构的扭转周期靠后,从而满足规范要求。刚度大小基本上可从自振周期、 总位移得到反应。周期小、位移小则刚度大,反之则刚度小。我们要确定一个适宜刚度,就要用位移、自振周期控制,要通过几次或多次试算后方可得出一个适宜刚度。
　　参考文献
　　1. 刘继明.高层建筑结构设计.科学出版社..2005
　　2. 王小娜.论高层建筑结构设计原则.价值工程.2011.06
　　

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