【摘 要】隨著科技的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，現(xiàn)今社會(huì)的高層建筑向著更高、更復(fù)雜的趨勢發(fā)展，本文就高層建筑的最基本原理展開討論。

【關(guān)鍵詞】高層建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)體系；結(jié)構(gòu)布置

1 選擇合理的結(jié)構(gòu)類型正確認(rèn)識(shí)高層建筑的受力特點(diǎn)

高層建筑從本質(zhì)上講是一個(gè)豎向懸臂結(jié)構(gòu)。豎向荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸向力與建筑物高度大體為線性關(guān)系；水平荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩。從受力特性看，豎向荷載方向不變，隨建筑物的增高僅引起量的增加；而水平荷載可來自任何方向結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種效應(yīng)的原因，統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)上的作用。結(jié)構(gòu)上的作用包括直接作用和間接作用。作用在結(jié)構(gòu)上的直接作用或間接作用，將引起結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力（如軸力、彎矩、剪力、扭矩等）和變形（如撓度、轉(zhuǎn)角、側(cè)移、裂縫等），這些內(nèi)力和變形總稱為作用效應(yīng)，其中由直接作用產(chǎn)生的作用效應(yīng)稱為荷載效應(yīng)。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力，稱為結(jié)構(gòu)的抗力，如構(gòu)件的承載能力、剛度的大小、抗裂縫的能力等。結(jié)構(gòu)抗力與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面形式、截面尺寸及材料強(qiáng)度等級(jí)等因素有關(guān)。結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載產(chǎn)生的彎矩、剪力以及拉應(yīng)力和壓應(yīng)力應(yīng)有較大的強(qiáng)度外，同時(shí)要求結(jié)構(gòu)要有足夠的剛度，使隨著高度增加所引起的側(cè)向變形限制在結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)。因此，高層建筑采用何種結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)取決于其結(jié)構(gòu)體系和材料特性。

2 正確選擇合理的結(jié)構(gòu)體系

建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過程中的兩個(gè)重要的環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)建筑物的外觀效果、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起著至關(guān)重的作用。二者相互協(xié)調(diào)也相互制約，是伙伴還是冤家，就在于能否和諧工作。建筑設(shè)計(jì)師常常把結(jié)構(gòu)放在從屬地位，要求結(jié)構(gòu)必須服從建筑，一切以建筑為先導(dǎo)。通過受力因素分析，下一步就考慮采用什么結(jié)構(gòu)體系，有下面幾種高層建筑結(jié)構(gòu)體系可供選擇，其結(jié)構(gòu)體系有：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)等。鋼筋混凝土常用的結(jié)構(gòu)形式：框架結(jié)構(gòu)：平面布置靈活，抗側(cè)剛度小，但建筑物較高時(shí)就需要較大的梁柱，減小了有效的使用空間，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不太好。剪力墻結(jié)構(gòu)：剛度大、承載力大，但平面布置不靈活，建筑空間受到限制。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)：包含了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)：由無梁樓板和柱及剪力墻組成，層高較矮，節(jié)約能源，但抗側(cè)剛度不好。筒體結(jié)構(gòu)：抗側(cè)剛度較好，可以用于較高的建筑。它有框架核心筒結(jié)構(gòu)（核心筒與周圍稀柱組成）和筒中筒結(jié)構(gòu)（核心筒與外圍框筒組成）兩種表現(xiàn)形式?；旌辖Y(jié)構(gòu)：鋼框架或型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土筒體（或剪力墻組成）?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系由梁、柱、基礎(chǔ)構(gòu)成平面框架，它是主要承重結(jié)構(gòu)，各平面框架再由梁聯(lián)系起來，形成空間結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)體系是利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)體系。墻體同時(shí)作為維護(hù)及房間分隔構(gòu)件。剪力墻間距一般為3-8m，現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好，剛度大，在水平荷載作用下側(cè)向變形小，承載力要求容易滿足，適于建造較高的高層建筑。框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系由框架和剪力墻組成。筒中簡結(jié)構(gòu)體系筒中筒結(jié)構(gòu)體系由一個(gè)或多個(gè)簡體為主抵抗水平力。

3 選擇合理的結(jié)構(gòu)平面布置.協(xié)調(diào)好建筑與結(jié)構(gòu)的關(guān)系

在高層建筑的設(shè)計(jì)中.結(jié)構(gòu)布置一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

3.1 選擇合理的結(jié)構(gòu)平面布置，滿足建筑功能要求

結(jié)構(gòu)平面布置：獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元宜形狀簡單規(guī)則，剛度和承載力分布均勻，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則平面布置，也就是要求：1、平面宜簡單、規(guī)則、對(duì)稱，減少偏心。2、平面長度不宜過長，突出部分不宜過大。3、不宜采用角部重疊的平面圖形或細(xì)腰形平面圖形。伸縮縫的最大間距：框架結(jié)構(gòu)55米，剪力墻結(jié)構(gòu)45米，這是規(guī)范規(guī)定的。框-剪結(jié)構(gòu)，我們一般取中值50米。建筑物的開間、進(jìn)深、層高、層數(shù)等平面關(guān)系和體型除滿足使用要求外。還應(yīng)盡量減少類型，盡可能統(tǒng)一柱網(wǎng)布置和層高，重復(fù)使用標(biāo)準(zhǔn)層。

3.2 高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在其結(jié)構(gòu)的布局上比較關(guān)鍵

現(xiàn)代的高層建筑在規(guī)劃的規(guī)程中，各功能區(qū)的設(shè)計(jì)，需要基于現(xiàn)代人的生活理念，進(jìn)行合理的布局。高層結(jié)構(gòu)在承受力方面，尤其是垂直方向，需要承受較大的壓力。因此，在高層建筑的地基設(shè)計(jì)時(shí)，首要的任務(wù)就要保障地基受力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。于是，在地基的設(shè)計(jì)過程，地基的承載力是最大的，隨著樓層的增加，結(jié)構(gòu)的受力逐漸的減小。這樣的設(shè)計(jì)理念，可以很好的平衡建筑結(jié)構(gòu)的受力狀況。

3.3 高層建筑設(shè)計(jì)不僅需要考慮安全問題，還需要注意經(jīng)濟(jì)合理

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅考慮安全問題，還需注意經(jīng)濟(jì)合理。在方案設(shè)計(jì)的過程中，我們要考慮以下幾個(gè)方面：1、平面規(guī)則；2、豎向規(guī)則；3、轉(zhuǎn)角盡可能少； 4、形心合于重心；

5、跨度合理。板跨度越大，板厚度就越大，配鋼筋也多，不經(jīng)濟(jì)。故能加梁的地方盡可能加梁來分隔板跨；6、一般8*8柱網(wǎng)的樓面，從經(jīng)濟(jì)性來講如何布置梁：井字梁優(yōu)于十字梁，十字梁優(yōu)于沒有梁（厚板）；7、豎向構(gòu)件上下對(duì)齊，少轉(zhuǎn)換，不轉(zhuǎn)換；8、采用輕質(zhì)隔板，圍護(hù)墻。高層建筑的埋置深度為：一般取1/15H且不小于3米，樁可取1/18H（由室外地坪到承臺(tái)底），多層建筑在滿足地基穩(wěn)定和強(qiáng)度變形要求的前提下，基礎(chǔ)宜盡量淺埋。但埋深應(yīng)不小于凍土深度。

3.4 在地震區(qū)為了減少地震作用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體和局部的不利影響

如扭轉(zhuǎn)和應(yīng)力集中效應(yīng)，建筑平面形狀宜規(guī)正，避免過大的外伸或內(nèi)收，沿高度的層間剛度和層間屈服強(qiáng)度的分布要均勻，主要抗側(cè)力豎向構(gòu)件，其截面尺寸、砼強(qiáng)度等級(jí)和配筋量的改變不宜集中在同一樓層內(nèi)。防震縫設(shè)計(jì)：抗震設(shè)計(jì)時(shí)，高層建筑宜調(diào)整平面形狀和結(jié)構(gòu)布置，避免結(jié)構(gòu)不規(guī)則，不設(shè)抗震縫。當(dāng)建筑平面復(fù)雜而又無法調(diào)整其平面形狀和結(jié)構(gòu)布置使之成為較規(guī)則的結(jié)構(gòu)時(shí)，宜設(shè)置抗震縫將其劃分為比較簡單的幾個(gè)結(jié)構(gòu)單元。最小縫寬為70mm，其高度≤15米。超過15米時(shí)，6度、7度、8度、9度相應(yīng)增加高度5m、4m、3m、2m、縫寬加寬20mm--框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)取前值的70%，剪力墻結(jié)構(gòu)取前值的50%，但均不應(yīng)小于70mm。另外，不同的結(jié)構(gòu)體系，縫寬應(yīng)該按不利的結(jié)構(gòu)類型確定。縫兩側(cè)房屋高度不同時(shí)取較低房屋的高度。結(jié)構(gòu)的豎向布置，高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化。不應(yīng)采用豎向布置嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通。高層建筑宜設(shè)置地下室。各結(jié)構(gòu)單元的平面形狀應(yīng)力求簡單且規(guī)則，立面體型應(yīng)避免伸出和收進(jìn)，避免結(jié)構(gòu)垂直方向剛度突變等。

4 結(jié)語

隨著我國城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)，其在建筑結(jié)構(gòu)上，越來越追求高層建筑。而高層建筑在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，在設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法上都有嚴(yán)格的要求。建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過程中的兩個(gè)重要的環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)建筑物的外觀效果、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。而對(duì)于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮建筑的用途和功能進(jìn)行全面的設(shè)和規(guī)劃。

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