高层建筑结构的合理布置

高层建筑结构设计

高 层 建 筑 结 构

设 计 论 文

学 校：

学 院： 土木与建筑工程学院

专 业： 土 木 工 程 论文题目：高层建筑结构的合理布置姓 名：

学 号：

指导老师

时 间： 2015·5·31

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高层建筑结构设计

高层建筑结构的合理布置

（1.皖西学院 建工学院土木工程专业，）

摘要： 建筑结构的总体布置，是指其对高度、刚度、立面和体型等的选择，除了应该考虑

到建筑使用功能、建筑美学的要求以外，在结构上应满足强度、刚度和稳定性的要求。地震区的建筑，在结构设计时，还应保证建筑物具有良好的抗震性能。设计要达到先进、合理的要求，首先取决于清晰合理的概念，而不是仅依靠力学分析来解决。

关键词：高层建筑；抗震，抗震剪力墙；实例分析

Reasonable layout of tall buildings

(West Anhui University Civil Engineering Institute of Civil Engineering,Class 1203，2012011928) Abstract: The overall arrangement of building structure, is refers to the choice of height, stiffness, elevation and somatotype, except to architectural function and architectural aesthetics requirements should be considered, in the structure should meet the strength, stiffness and stability requirements. The buildings in earthquake zone should have good seismic performance when the structure is designed.. Design to reach the advanced, reasonable requirements, first of all depends on a clear and reasonable concept, rather than relying on mechanical analysis alone to solve.

Keywords: tall buildings; earthquake resistant; shear wall; case analysis

随着我国经济的快速发展，我国的高层建筑也发展迅猛。其结构体系和建筑平面布置与书香体型也越来越复杂，当年四川汶川地震的发生，给高层建筑结构的抗震分析和设计提出了更高的要求。作为高层建筑工程抗震设计的重要来源，高层建筑的抗震分析和研究处于非常重要的地位。为达到奥层建筑安全、舒适及经济等的多方位的统一，有必要对高层建筑结构抗震设计思想与方法进行改进和完善。

建筑结构的正确选型

高层建筑结构设计的结构选型时，要综合考虑高层建筑的实际高度、实际功能与用途、周围的的环境条件、抗震性能等各种因素，择优选择最合适的建筑结构体系。一般情况下，钢结构体系，框架-剪力墙结构以及剪力墙结构是高层建筑结构设计中比较好的几种结构体

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系。这其中，框架-剪力墙结构的框架与剪力墙分别承受垂直方向和水平方向上的荷载，具有良好的抗震性能与较强的刚度。针对各类建筑结构的优势，在设计实践中，要根据建筑实际功能与用途、高度以及抗震要求等，选择最佳的结构设计体系。 合理布设

高层建筑结构设计应注重概念设计，重视结构选型与平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系，加强构造措施。在抗震设计中，应保证结构的整体性能，使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。结构应满足下列规定： （1）应具有必要的承载力、刚度和变形能力。 （2）应避免因局部破坏而导致整个结构破坏。 （3）对可能的薄弱部位要采取加强措施。 （4）结构选型与布置合理，避免局部突变和扭转。 （5）宜具有多道抗震防线。

在正确选择建筑结构体系的基础上,要进行结构的合理布置,在高层建筑结构的布置中, 要满足如下要求。对于竖向承重结构而言, 结构布置要均匀, 且要具有规则性, 以防止内收或者外挑等情况产生并确保其侧向刚度变化均匀、上小下大, 楼层侧向刚度应大于等于70%的上部邻近楼层侧向刚度。

结构布置中要确保其具有足够的刚度、变形与承载能力,防止由于局部构件造成建筑结的综合承重能力的丧失, 避免因扭转效应或局部突变形成薄弱的部位。

科学合理分布水平建筑结构或者竖向建筑结构的承载能力与刚度, 避免连续倒塌的情况产生

。

抗震设计理念

目前的建筑结构抗震设计的理念主要分为常规的抗震设计理念和基于性能的抗震设计理念。

常规的抗震设计理念主要依据“小震不坏、中震可修、大震不倒”三水准，一般按照多遇地震下的弹性分析和罕遇地震下的弹塑性分析两个阶段进行抗震设计。基于性能的抗震设计理念将主体结构、非主体结构、内部设施及装修等多种因素考虑进去，将结构性能水准细化为四个性能水准，一般按照多遇地震下的弹性分析、设防烈度下的中震分析和罕遇地震下的弹塑性分析三个阶段进行抗震设计。同时注重结构非线性、荷载不确定性及结构损伤等复杂因素的精细化分析。 结构体系

高层建筑结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、

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地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较而定。具体体现： （1）结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；

（2）结构体系应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力；

（3）结构体系应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力； （4）对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

多道抗震防线

多道抗震防线指的是：

①一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作，如框架——抗震墙体系是由延性框架和抗震墙两个系统组成；双肢或多肢抗震墙体系由若干个单肢墙分系统组成；

②抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列分布的屈服 区，以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。高层建筑抗震结构体系应尽量设置多道防线，增加冗余设计。特别是当地震卓越周期与建筑物基本周期相同或接近时，多道抗震防线就更显示出其优越性，当第一道抗侧力防线因共振而破坏，第二道防线接替后，建筑物自振周期将会出现较大幅度的变动，与地震卓越周期错开，使建筑物的共振现象得以缓解，减轻地震的破坏作用。

框架一剪力墙结构

当在框架结构平面中, 于适当部位, 在柱间设置剪力墙后, 便构成了框架----剪力墙结构（下图是框架----剪力墙）

框架一剪力墙结构

剪力墙可以是现浇或者预制装配的, 也可以是装配整体的。通常, 剪力墙沿建筑物全高设置。设置剪力墙后, 便改善了框架的受力及变形性能。此时, 也即产生了框架与剪力墙的协同工作问题。所谓协同工作, 是指框架剪力墙共同承受水平力。从问题的本质以及人们所要研究的具体内容来说, 是指在水平力作用下, 它们二者相互之间的依赖关系,亦即水平力在它们之间的分配以及在水平变位方面它们相互的制约。此种协同关系, 便构成框剪结构设计中的特殊性。

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剪力墙合理数量

高层建筑中，钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系既能提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧能力，已被广泛用于各类建筑。框架-剪力墙结构中，剪力墙配得太少时，对抵抗水平荷载作用的帮助很少，结构产生很大的侧向变形而无法满足安全和使用要求；但是，剪力墙配得太多时，既增加了材料用量、增大了结构自重，又减小了结构自振周期，增大了地震作用效应，造成了经济上不必要的浪费。所以，合理地确定剪力墙数目（剪力墙的总抗弯刚度），是关系到结构安全性与技术经济合理性的关键问题。

框架——剪力墙结构中的框架

框架—剪力墙结构在水平地震作用下，框架部分计算所得的剪力通常较小。按多道防线的概念设计要求，墙体是第一道防线，在设防地震、罕遇地震下先于框架破坏，由于塑性内力重分布，框架部分按侧向刚度分配的剪力会比多遇地震下加大，为保证作为第二道防线的框架具备一定的抗侧力能力，需要对框架承担的剪力予以适当的调整。抗震设计时，框架—剪力墙结构对应于地震作用标准值的各层框架总剪力若小于0.2VO,则各层框架承担的总剪力应按min （ 0.2VO 和1.50.2Vfmax）采用。 框支柱

部分框支剪力墙结构，在转换层以下，落地剪力墙的刚度往往远大于框支柱的刚度，落地剪力墙几乎承受全部地震剪力，框支柱的剪力非常小。实际工程中由于：①转换层楼面出现的显著面内变形，将导致框支柱剪力显著增加；②落地剪力墙裂缝出现后的刚度下降，也将导致框支柱剪力的增加。所以按转换层位置的不同以及框支柱数目的多少，对框支柱剪力的调整增大作了不同的规定(《高规》10.2.17)。

框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端框架梁的剪力和弯矩；框支梁的剪力、弯矩、框支柱的轴力不作调整。此处仍需注意：上述基底剪力是指整体剪重比和薄弱层调整后的剪力。

结构平面布置

结构布置的原则是：

（1）满足使用要求，并尽可能地与建筑平、立、剖面划分相一致； （2）满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的工作能有效进行； （3）结构上受力可靠，变形小；

（4）妥善处理温度、地基不均匀沉降以及地震影响； （5）施工简便； （6）经济合理。

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结构布置包括： （1）平面布置； （2）竖向布置；

（3）变形缝设置。其中平面布置的要点为： 1）简单、规则、均匀、对称；

2）承重结构应双向布置，偏心小，构件类型小；

3）平面长度和突出部分应满足有关要求，凹角处宜采用加强措施。同时，在相同的面积条件下，剪力墙沿周边分散布置有利于结构抗扭能力的提高。下面用一个规则平面结构布置例题、一个不规则平面结构布置例题以及框架－核心筒结构的构件合理布置加以说明结构布置对结构受力性能的影响。

结构竖向布置

高层建筑应选择有利的竖向布置。沿竖向高层建筑结构的强度与刚度宜均匀、连续、无突然变化。在地震区尤其要避免刚度过大突变，以防治严重震害。同时，为了保证建筑物在水平力作用下不发生倾覆，并保证建筑物的整体稳定性，高层建筑高宽比不宜过大。

高层建筑结构的竖向布置应满足以下基本要求：

（1）竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。

（2）抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的 80%。

（3）A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑不宜小于75%。

（4）抗震设计时，结构竖向抗侧力结构宜上下连续贯通。竖向抗侧力结构上下未贯通时，底层（部）结构易发生破坏。

（5）抗震设计时，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度 H 与房屋高度之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B不宜小于下部楼层水平尺寸的确0.75倍；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸的 0.9倍，且水平外挑尺寸不宜大于4m。

结 论

本文在介绍高层建筑结构定义、发展意义以及简况的基础上，总结了高层建筑结构体系、体系的受力特征，进而对高层建筑结构选型与布置及剪力墙合理数量加以研究，得出结论：

高层建筑的选型包含竖向承重结构选型、水平承重结构选型以及下部结构选型；结构布置包括结构平面布置、结构竖向布置及变形缝布置。设计中应根据房屋的高度、高宽比等多

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方面因素选取合理的结构体系，不能认为只要计算能通过接可以了。

参考文献

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SHENG Pu-sheng.High - level architectural design. Beijing: China Building Industry Press,2006

【2】魏忠泽，秦桂娟．框剪结构体系中剪力墙合理数量．沈阳建筑工程学院学报，1996 WEI Zhong-ze,QIN Gui-juan.Reasonable number of shear wall in frame shear structure system, Journal of Shenyang Academy of architectural engineering, 1996

【3】黄世敏，魏琏，程绍革．地震区框架-剪力墙结构最优剪力墙数量的研究．工程抗震， 2003，35(1)：1-5

HUANG Shi-min,WEI Lian,CHENG Shao-ge.The study of the optimal shear wall number of the frame shear wall structure in seismic area., 35, 2003 (1):1-5

【4】王社良，赵祥，申兆武等.带边框柱剪力墙模型结构抗震性能试验研究工业建筑2005年第35卷第1期

WANG She-liang,ZHAO Xiang,SHEN Zhao-wu.Seismic performance test of shear wall structure with border column thirty-fifth volume first phase of industrial building in 2005

【5】田铁刚.《超限高层建筑结构抗震设计》城市建设理论研究，（10）

TIAN Tie-gang.Research on the theory of urban construction in the seismic design of overrun tall buildings (10)

【6】刘冠雄.《关于超限高层建筑的结构抗震设计探讨》城市建设理论研究，（11） LIU Guang-xiong.Research on the theory of urban construction in the seismic design of the structure of overrun tall buildings (11) 【7】武汉大学出版社《高层建筑结构设计》

Wuhan University press \

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hxm3.html