高层建筑受力特点范文篇1

关键词：高层；混凝土；建筑抗震结构；设计

中图分类号：TV331文献标识码：A

一、高层混凝土建筑的结构特点及地震作用下的破坏特点

1、高层混凝土建筑的结构特点

高层混凝土建筑指的是建筑物高于28m，并且楼层超过十层的混凝土建筑。高层混凝土建筑结构其实说白了就是一种竖向的悬臂结构。高层混凝土建筑结构上的弯矩和轴向力是水平荷载跟垂直荷载导致的，建筑的高度跟轴向力实际上呈现线性关系。高层混凝土建筑的层数与水平位移，跟弯矩是呈上升曲线的关系，并且轴向力是与高度成正比例。从受力特性方面来说，当水平荷载离分布较均匀时，建筑的高度跟弯矩是呈二次方变化关系，而当垂直荷载方向不变时，高层建筑的增加高度所带来的受力也很小。

2、发生地震时高层建筑的破坏特点

（1）地基破坏特点。如果高层建筑是处于软弱土层上，就比较容易发生破坏，因为土体液化会引起基础沉降，最终会出现上部建筑结构的倾斜，在一些危险地段所修的高层建筑，如果遇到地震，建筑的基础就会出现不均匀沉降，甚至导致建筑物出现裂缝，并且一旦高层建筑自身的结构周期跟场地周期相同时就会出现共振效应，严重的破坏结构。

（2）结构体系破坏特点。如果高层混凝土建筑是框架填墙结构，一旦发生地震，建筑平面的内框架柱上部就易发生剪切型破坏，而窗洞部分因为窗下墙的作用会导致短柱性破坏。框架剪力墙结构受地震的破坏程度比较轻。底框结构因为底层具有较低的刚度，一旦发生地震，就会受到严重的破坏，而如果使用框架填墙结构，因为底层框架是敞开式，没砌墙时具有较低的刚度，所以，底层会受到严重的破坏。

（3）刚度破坏特点。建筑的主体结构使用矩形平面式，建筑中的电梯井等如果发生偏心，在扭转振动的作用下会加重地震破坏度，而L形和三角形等对称性不强的平面形式，地震中更容易受到扭转振动的破坏，加重震害。

（4）构件的破坏特点。采用框架剪力墙结构的建筑中，柱会比板和梁破坏严重，剪力墙的窗台下部位置比较容易发生交叉性裂缝。而框架柱因为设置了螺旋箍筋，所以，层间位移角比较大，框架柱在地震时具有较强的抵抗力。

二、高层混凝土建筑抗震结构设计

1、设计建筑主体结构的基础

建筑工程的基础结构是否设计的科学，会跟建筑的质量息息相关，相同结构的单元应当设置在地基性质相似的地面上，并且使用一样的结构，如果地基的位置出现了橡皮土、液化土和新填土等承载力不一的土层时，要通过适当的处理措施来增强基础结构的刚度，保证地基足够的承载力。使用底框结构不仅实用性强，而且具有较强的经济性，使用范围相当广泛，但是，这种结构体系下的刚度分布不均匀，存在头重脚轻的可能，最终使得建筑物的整体结构出现不均匀变形，严重者甚至会导致房屋部分开裂，所以，不易在高设防烈度地区使用这种结构，或者在具体设计时，设计人员应当通过适当措施确保上下部分具有一致均匀的刚度，真正有效提升抗震水平。

2、增加抗震防线

高层建筑的抗震结构是由多个延性分体系构成的，并且各个延性构件是相互协调连接的，如框剪力结构就是结合了剪力墙与框架分体而构成的多肢剪力墙结构体系，通常在大型地震出现后会发生余震，所以，若是只设置一道抗震防线，一旦该抗震防线受到余震的破坏，就会严重损伤到高层主体结构，严重者甚至出现倒塌。设计人员必须认真处理结构构件抗震设防体系，并确保同一平面内的主要构件屈服，剩余抗侧力部件处于弹性过程阶段，提高主体结构的有效屈服持续时间，保证主体结构具有加强的延性和抗侧移能力。在进行建筑的抗震设计时，可能会出现某一结构构件的抗侧移值太大的现象，最终引起其他结构构件强度不够，所以在设计时必须适当强化构件的抗侧移能力，必须反复权衡施工中的以大带小与个别抗侧力部件的配筋率提高等设计行为。

3、使用多种抗震计算方法

在进行高层混凝土建筑设计时，必须正确计算抗震结构的位移，定量的分析结构设计方案，将主体结构的变形量控制在一定范围中，确保发生一般的地震时不会出现变形。计算主体结构的承载力时，要实时计算高烈度地震下结构的层间位移角和延性位移，并根据建筑物构件中位移跟结构的变形关系，最终获得主要构件的变形数值，再结合建筑截面的应变情况，明确构件的合理构造要求，另外，还要确保建筑优良的场地条件良好，尽量降低所输入的地震能量，有效降低高层建筑的主体结构的破坏程度。

4、抗震加固设计

在多数情况下，高层建筑都明确了设防抗震要求，所以，高层建筑不但要满足一定的刚度和延性要求，还需满足一定的强度要求，而钢筋混凝土由于本身的自重比较大，特别是底层柱其轴力跟建筑物高度是成正比的关系，而主要构件对延性有一定的要求，在层高既定时，往往以调整轴压比的形式来增强构件的延性，但是轴压比不可太大，要不然就会构成结构短柱，延性相当有限，如果遇上高烈度的地震，易导致剪切破坏，最终会导致整体的倒塌，所以必须进行加固设计。

（1）选用螺旋复合箍筋。框架柱的抗剪能力应该跟强剪弱弯与剪压比想符合，柱子端部的抗弯能力必须满足强柱弱梁限值的标准，而短柱在强柱弱梁与强剪弱弯时，不会导致剪切性破坏，螺旋复合箍筋的突出优点就是可以有效提高柱子的抗冲剪能力，提高短柱抗震性能。

（2）选用分体柱。短柱的抗弯性能强于抗剪性能，所以，在实际地震中往往是抗弯能力还没真正发挥作用就已出现了剪坏破坏，设计时需适当减少短柱的抗弯能力，让它跟抗剪强度相近，才会让短柱在地震中从一开始就满足抗弯的屈服强度。设计中常常使用减少抗弯强度的形式，即把柱子沿竖向设缝，并把它划分成各个分体柱，分体柱的配筋可在柱肢间布置一定数量的连接键，真正增强构件的刚度与抗震性能，常常使用通缝、分隔板和摩擦阻尼器等连接键。选用分体柱，虽说不能增强柱子的抗剪性能，但是在降低了抗弯能力时就提高了柱子的抗变形能力，实现了短柱向长柱的转变，有效提高了短柱的抗震能力。

5、将位移考虑在内，降低输入地震能量

高层建筑受力特点范文

高层建筑结构于传统的多层或平房结构有着基本上的不同，其中具有代表性的特点是水平方向的荷载和垂直方向的荷载要远远大于传统建筑结构类型，所以设计中要重点考虑抗震性能和风荷载，要将高层建筑结构的外观舒适性和功能性在荷载上进行通盘考虑，使高层建筑的结构设计在突出基本特点的同时，形成更为稳定和美观的建筑艺术精品。

2、高层建筑结构的设计要点

2.1高层建筑的构造措施高层建筑结构设计中要重点对剪力、压力、柱体等相关结构和特性进行强化，同时要加强弯力矩的防护，提高拉力的大小，提升构造梁的性能，要注意对薄弱部位的加强，特别重点考虑的构造要点有：延性、温度应力、薄弱层厚度，钢筋锚固长度，抗震结构层次等主要环节，要达到高层建筑结构的设计合理化，就必须做好上述构造方面的设计。2.2高层建筑结构的计算简图计算简图是高层建筑结构设计和高层建筑结构计算时的中要基础，因此，需要选择适宜的高层建筑结构计算简图。在计算简图中要对高层建筑结构的刚节点和铰节点进行重点把握，同时要控制计算简图的误差，使其限定在高层建筑结构设计的允许范围中。在高层建筑结构计算简图的应以中要对构造的重点防护措施进行强化，这样有利于控制高层建筑结构的稳定。2.3高层建筑结构的方案结构方案的经济性、科学性和合理性是整个高层建筑结构设计的关键，要采用高层建筑结构的合理形式和经济形式，这样可以使高层建筑结构得主要性能和要求达到相应的设计。在方案中要注意竖向和水平向的规则，同时，要注意在同一结构单元内不能应用同样结构体系和方式，以避免高层建筑结构出现问题。2.4高层建筑的基础方案在高层建筑结构进行基础设计师要重点考虑高层建筑结构的荷载分布、高层建筑工程的地质条件、高层建筑的施工条件。设计高层建筑结构时要重点考虑到对地基潜力的挖掘，因此，在高层建筑结构设计阶段要对工程地质勘查报告的内容和技术参数进行重点了解，以便形成具有科学性和合理性的高层建筑结构基础方案。

3、高层建筑结构设计的基本要求

3.1高层建筑结构设计的规则性高层建筑结构设计应符合抗震概念设计的要求，应采用规则的设计方案，不应采用严重不规则的结构体系。高层建筑结构设计应该具备多道抗震防线；具有合理的承载力和刚度分布的结构水平和竖向布置，避免因扭转和突变效应造成局部薄弱部位。3.2高层建筑结构设计的平面规则布置高层建筑结构平面布置需要能抵抗竖向和水平荷载，对称均匀，明确受力，传力直接，减少扭转的影响。在地震作用下，建筑的平面要简单规则，在风力作用下可以适当放宽要求。建筑的抗震设防要求建筑的平面形状宜对称、简单、规则，才能达到减震的目的。

4、高层建筑结构设计问题的防范和处理

4.1高层建筑结构设计中的扭转问题在进行结构设计时，我们需要建筑的三心尽可能汇于一点，即三心合一。高层建筑结构设计的扭转问题就是指建筑的三心在结构设计过程中未达到统一，结构在水平荷载的作用下发生扭转振动的效应。4.2高层建筑结构的受力性能对于高层建筑物最初的方案设计，建筑师考虑更多的是应该是它的受力性能，而不是详细地确定它的具体结构。沉降缝两侧单元层数不同时，由于高层的影响，低层的倾斜往往很大，因此沉降缝宽度可按高层单元的缝宽要求来确定。4.3高层建筑结构设计中的其它问题一是，剪力墙的墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应采取在墙与梁相交处设置扶壁柱或暗柱，或在墙内设置型钢等至少一种措施，减小梁端部弯距对墙的不利影响。二是，对各抗震等级框支梁纵向钢筋的最小配筋率提高了要求，同时增加了最小面积配箍率的要求。三是，严格要求各抗震等级剪力墙在各种情况下的厚度与层高。四是，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。

5、结语

高层建筑受力特点范文

关键词：结构设计；建筑设计；转换层；注意事项；

一、关于转换层的定义和特性

在建筑施工领域，我们时常看得到转换层这一建筑结构，但是因建筑物层面的不同，其结构与使用功能也会有所不同，故需以设定转换层的方式为过渡转换楼层的设施与上下部的结构。现如今我国的建筑设计尤其是高层建筑设计往往会采取住宅功能和商业功能相结合的设计模式，在建筑物下部创设举架比较高的大跨度商用建筑空间，而上层则挑选愈加紧密的设计手段，充分彰显建筑的居住功能。为了有利于划分不同的建筑结构与实用功能，则在建筑内部安设转换层从而便于对不同结构件的受力情况的调整，有效保证建筑物的使用安全性与稳定性。一般而言，转换层主要涵盖了以下这些功能：对建筑物内部的剪力墙结构或框架―剪力墙体系进行转换，实现剪力墙与框架之间的变换；改变建筑物上下受力柱的分布情况和分布密度；同时转变建筑层的结构形式和结构轴网，形成上下结构的不对齐布置三种。根据建筑物自身的特点和使用功能的需要，合理的选择转换层的设计模式，充分发挥出转换层在建筑领域所发挥的作用，能够进一步提高建筑物的稳定性，延长建筑物的使用寿命，对我国建筑行业的发展有着积极的促进作用。由于转换层的结构需要同时承受上部构造在重力的作用下产生的垂直荷载，以及悬挂下部结构产生的多层荷载，导致转换层结构内部长期存在有较大的内应力。此外，转换层的存在会对建筑物整体的受力状况造成较大的影响，在一程度上降低了建筑物的整体性，这就要求转换层的结构设计不能单纯遵循传统的建筑设计原则，而是要根据建筑物自身的特点进行灵活的设计，以满足转换层对刚度和强度的需求，确保建筑物的使用安全。

二、原则及分类分析研究

1、转换层的设计原则。首先，由于转换层的设置会造成建筑物纵向刚度的突变，使其成为建筑物的薄弱环节，因此，在进行转换层的结构设计时，应当尽可能减少需要结构转换的纵向构件，并相应的增加直接落地的纵向构件数量，从而降低建筑刚性突变的程度，提高结构的抗震能力。其次，当转换层高度较低时，对建筑物重心与受力状况的影响相对较小，建筑物也因此更加稳固。所以，在进行转换层结构设计时，应当尽量降低转换层所处的位置，保证建筑物结构的稳固。最后，转换层的结构设计应当采取强化下部结构，弱化上部结构的设计思路，并选择具有明确传力路径的设计模式，在保证工程质量的前提下，降低转成的施工难度，控制转换成的施工成本，更好的实现建筑物的经济效益社会效益。

2、转换层的结构设计的分类。一是梁式转换结构。梁式转换结构采用剪力墙、框支梁与框支柱相结合的结构布置方式来提高转换层的强度与刚度，具有结构可靠、施工难度低、传力路径清晰明确等特点，是目前我国建筑转换层结构设计中应用范围最广的转换结构。二是板式转换结构。板式转换结构最显著的特点便是能够在转换层之上随意布置结构形式与轴网，对于建筑物轴网布设较为复杂的建筑来说是十分合适的选择。但是由于转换板的受力状态较为复杂，传力路径不够明确，以及转换板自身特点的限制，使得建筑物在转换层处出现刚度的突变，令转换层成为建筑物的薄弱环节，降低了建筑物对地震的抵抗能力，因而应当谨慎使用。三是桁架转换结构。与梁式转换结构相比，桁架转换结构的受力状态更加明确，且具有较小的自重和良好的抗震性能，可以有效的提高建筑物的质量，去报建筑物的使用安全。但是桁架式转换结构的节点设计难度较大，给施工过程带来了一定的影响，从而限制了桁架转换结构的使用。桁架转换结构适用于高度达到3m以上的转换层设计当中，如果在桁架转换结构中采用预应力技术，则可以进一步减小构件的截面，达到节约空间、提高工程质量、降低工程成本的作用。四是斜柱转换结构。斜柱转换结构在是一种较为特殊的转换层结构形式，能够充分的发挥出混凝土的承压能力，有效的减少转换结构对建筑内部空间的占用。在设计斜柱转换结构时，需要注意结构内部的水平荷载，通过加设拉梁或圈梁的方式，可以找到平衡水平荷载的最短路径，提高转换层的刚度和强度。五是巨型框架结构。巨型框架结构是当前我国转换层结构设计领域发展的新方向，该结构由垂直分布的筒体或大型立柱以及数量不一的大梁构成，形式多变，性能优异，可以大大提高建筑物转换层的强度和刚度。但是需要注意的是，巨型梁的内部往往会存在一定的拉应力，因而应当将其归类为受拉构件进行设计。

三、注意事项分析研究

1、保证转换层的刚度。转换层的高度是决定转换层乃至建筑物整体质量的重要因素，特别是在高层建筑的设计与施工过程中，建筑本身高度与重量上的特点决定了转换层将会承受较大的垂直荷载，而转换层的结构又很容易令建筑物在转换层部位出现刚度突变，使转换层成为建筑物的薄弱环节，降低建筑物的抗震性能。因此，在进行建筑结构转换层设计时，要注意确保转换层的结构刚度不低于其上层结构刚度的70%。为此，应当合理的调整转换层内部剪力墙的分布状况，适度的提高落地剪力墙的厚度，并使用强度等级较高的混凝土进行施工，同时尽可能将纵横墙按照筒体的结构进行排布，从而在根本上保证转换层的刚度，确保建筑物的抗震性能不受影响。

2、提高转换层与建筑物的整体性。通过调整转换层的结构设计内容来提高转换层与建筑物整体性的，能够提高建筑物的稳定性，延长建筑物的使用寿命。为此，应当尽可能对其上下层之间的轴网，简化转换层的设计方案，尽可能令质量中心与刚度中心相对应，使转换层的受力更加明确，从而避免使用板式转换结构，以防止建筑物出现刚度突变的现象，达到提高建筑物整体性的目的。

3、合理安排转换层的位置。由于建筑物的受力模式较为复杂，且建筑物内部的所受作用力的种类和分布都会随着建筑高度的增加而发生微妙的变化，当高度达到一定的范围后，建筑物所受的各项作用力的效果便会呈明显的上升趋势，给建筑物的设计带来困难。如果转换层的位置过高，不仅会令转换层内部的受力状况发生改变，还会对上下层面的刚度与受力方式产生影响，使转换层成为建筑物的薄弱环节，降低建筑物的抗震能力。因此，应当尽量降低转换层所处了位置，通常情况下，转换层的位置应以三层以下为宜，最高不得超过六层。

四、结束语

一般来说，在建筑物内部都会有转换层。因此，认识建筑转换层结构设计的特性、强化其设计效果，不仅能有效确保建筑物的防风抗震性能不会受到任何因素的影响，还能确保建筑物的使用性能，从而有利于我国建筑行业的发展。

参考文献：

[1]邱剑雄.高层建筑梁、板式转换层结构设计方法研究[J].知识经济，2011