高层建筑结构设计的特点及发展趋势分析.docx

高层建筑结构设计的特点及发展趋势分析摘要：高层建筑能够节约城市土地缩短公用设施和市政管网的开发周期从而减少市政投资加快城市建设这些优势特点使得高层建筑在近些年得到了快速的发展。文章主要对高层建筑结构的特点及其发展趋势进行了探析。关键词：高层建筑建筑结构特点世界各城市的生产和消费的发展达到一定程度后莫不积极致力于提高城市建筑的层数。实践证明高层建筑可以带来明显的社会经济效益。当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时它的功能适用性、技术合理性和经济可行性都将发生质的变化。与低层建筑相比在设计上、技术上都有许多新的问题需要加以考虑和解决。1.高层建筑结构的特点高层建筑结构与低层建筑结构以受竖向载荷为主不同需同时承受水平和竖向的荷载或作用例如在遇到巨大风力和地震力时所产生的水平侧向力。在低层建筑结构中竖向荷载往往就是设计的控制因素但在高层建筑结构中较大的建筑高度造成了完全不同的受力情况水平荷载不仅是主要荷载的一种跟竖向荷载共同起作用而且往往还成为设计中的控制因素。因此在水平荷载作用下若高层建筑结构的抵抗侧向变形能力或侧向刚度不足将会产生过大的侧向变形不仅使人产生不舒服感觉而且会使结构在竖向荷载作用下产生附加内力会使填充墙、建筑装修和电梯轨道等服务设施出现裂缝、变形甚至会导致结构性的损伤或裂缝从而危及结构的正常使用和耐久性。因此设计高层建筑结构时不仅要求结构有足够的强度而且要求结构有合理的刚度使水平荷载所产生的侧向变形限制在规定的范围内、同时有抗震设防要求的高层建筑还应具有良好的抗震性能使结构在可能的强震作用下当构件进入屈服阶段后仍具有良好的塑性变形能力即具有良好的延性性能。高层建筑还具有建筑功用上的特点。人们常说建筑是凝固的音乐优美的高层建筑犹如艺术品成为城市的标志景观。建筑同时是时代跳动的脉搏高层建筑占地面积小符合了地价昂贵时代的需求它可以节约建设用地或获得史多的空闲地面以作为绿化等环境用地并因向高空方向发展而缩短了城市道路和各种管线的长度减少了基础设施的投资、当然大量高层建筑的建设也会给城市带来不利的影响如人口会密集化而造成交通拥挤问题；城市局部热场发生不利的变化以及地质的沉陷、消防的复杂化等问题。综合高层建筑的上述受力特点可知与低层结构不同高层建筑结构在强度、刚度和延性三方面要满足更多的设计要求、抗侧力结构的设计成为高层建筑结构设计的关键。2.高层建筑结构发展特点及趋势分析高层建筑结构所需承担的载荷和倾覆力矩将越来越大在确保高层建筑物具有足够可靠度的前提下为了进一步节约材料和降低造价高层建筑结构构件将不断的更新设计理念也将不断发展。2.1结构材料高强度化随着建筑高度的增加结构面积占建筑使用面积的比例越来越大为了改善这一不合理状况采用高强度钢和高强度混凝土势在必行。随着高强混凝土材料的研制和不断发展混凝土的强度等级和韧性性能也不断得到改善。C80和C100强度等级的混凝土已经在超高层建筑中得到广泛使用。可以减少结构构件的尺寸减少构件的自重必将对高层建筑的发展产生严重的影响。高强度且具有良好可焊性的厚钢板将成为今后高层建筑结构的主要用刚而耐火钢材FR钢的出现为钢结构的抗火设计提供了方便。采用FR钢材制作高层钢结构时其防火保护层的厚度可大大减不从而降低钢结构的造价使钢结构更具竞争力。2.2结构形体多样化城市建设的发展使得人们对建筑的功能需求更加深入对建筑的体型要求也逐渐呈现多样化。高层建筑结构的复杂度和不规则度将会不断的呈现例如建筑结构的平面形状会出现：矩形、方形、八角形、扇形、圆形、菱形弧形、Y形、L形等各种吸引人们眼球的形状立面出现各种类型转换、外挑、内敛、大底盘多塔楼、连体建筑、立开大洞等复杂体型的建筑。2.3建筑结构综合化经合理设计的组合结构可取得经济合理、技术性能（如抗震性能）优良的效果且易满足高层建筑的侧向刚度的需求可建造比钢筋混凝土结构更高的建筑。因此在较高的建筑中混合结构往往仍是合理、可行的结构方案今后建造混合结构的比率将会越来越大。在强震国家日本组合结构高层建筑发展迅速其数量已超过混凝土结构的高层建筑。目前应用较为广泛的有：外包混凝土组合柱、钢管混凝土组合柱以及外包混凝土的钢管混凝土双重组合柱等多种组合结构。特别是由于钢管内混凝土处于三轴受压状态能提高构件的竖向承载能力从而可以节约大量钢材。巨型组合桩首次在香港的中国银行大厦中应用获得成功并取得了很大的经济效益上海金茂大厦构中也成功地应用了巨型组合结构。随着混凝土强度的提高以及结构构造施工和施工技术上的改进创新组合结构在高层建筑中应用将进一步扩大。巨型框架结构柱体体系以其刚度大在内部便于设置大空间等优点