关于高层建筑框架结构设计要点分析

【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，这些优点已经逐渐得到公认。对高层建筑，在建筑设计方面框架结构设计是个重要部分，合理的安排框架结构设计步骤，做好内力测算等都是框架结构设计的重点，我们可以采取新的科学分析和研究步骤，以求得最佳设计方案。本文主要介绍了现代高层建筑框架结构设计要点，并对次进行了分析。

【关键词】框架结构；设计要点；分析

世界各国对高层建筑的高度和层数界限的规定并不一致。中国1982 年施行的《高层建筑防火设计规范》中规定，超过10 层的住宅建筑和超过24 米高的其他民用建筑为高层建筑。现代高层建筑是随着城市的发展和科学技术的进步而发展起来的，在土地资源日益紧张的今天，高层建筑有利于节约用地、解决住房紧张、减少市政基础设施和美化城市空间环境。可以说，现代高层建筑的发展，开创了整个建筑时代的新纪元。

1 设计要点

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。与多层建筑相比，在设计上、技术上都有许多新的问题需要加以考虑和解决。

1.1 建筑方面要求

①总平面布局要加大防火间距，处理严重的日照干扰，为大量集中的人口疏散和停放车辆安排通道和场地。②在符合功能要求的基础上将多层重复的建筑平面布局标准化、统一化，以满足主体结构、设备管线、电气配线分区、防火疏散等竖向设计技术的要求。③合理布置竖向交通中心，确定楼梯、电梯的数量和布置方式，保证使用效率和防火安全。④内外建筑装修、构造、用料和做法必须适应因风力、地震、温度变化等所引起的变形和安全问题。⑤在建筑艺术方面要考虑高大体型在城市和群体中的形象和全方位造型效果。

1.2 结构方面要求

①考虑高层建筑遇到巨大风力和地震力时所产生的水平侧向力。②严格控制高层建筑体型的高宽比例，以保证其稳定性。③使建筑平面、体型、立面的质量和刚度尽量保持对称和匀称，使整体结构不出现薄弱环节。④妥善处理因风力、地震、温度变化和基础沉降带来的变形节点构造。⑤考虑在重量大、基础深的地质条件下如何保证安全可靠的设计技术和施工条件问题。

1.3 设备和电气方面

①设计供暖和给水排水系统时， 必须考虑因建筑高度增大的压力，保证管道、炉片具有耐压能力。②特殊处理消防和排烟问题。③在供暖、通风中考虑因高处风力增大而增加的空气渗透和中合面以上、以下的热压变化对于散热量计算的重要影响。④考虑由于增加了电梯、水箱供水和消防动力用电，对电气设计的区域配电和干线、支线布置提出的要求。

1.4 综合问题

①关于城市经济效益和环境效益问题，应遵照城市规划部门指定的地段和控制高度建造，而不能完全根据建筑本身的需要。②高层建筑由于应力增加，设备和装修水平必须提高，施工难度增大，因而造价必然大大高于多层建筑。因此，需要各专业设计人员密切合作使平面布局合理，提高使用系数，做到构造简洁，自重轻，便于安装，综合降低造价。③高层建筑最突出的是防火安全设计，各专业设计人员应严格遵守高层建筑设计防火规范的规定。

2 框架结构设计分析

2.1 设计步骤

2.1.1 根据建筑设计进行结构布置，结构布置时注意第一章介绍的结构布置原则；

2.1.2 选取恰当的平面框架作为计算单元，并由此得到计算简图，注意计算简图为平面刚架；

2.1.3 计算该刚架上所作用的恒载、活载、风荷载和地震作用，方法见第三章；

2.1.4 用分层法或弯矩分配法对框架在竖向荷载作用下的内力进行计算；框架结构的内力组合以及框架梁、柱和框架节点的设计。

2.1.5 用反弯点法或D 值法对框架在水平荷载作用下的内力进行计算，并进行变形验算；

2.1.6 对控制截面的内力值按荷载效应组合方式进行组合；

2.1.7 用在混凝土结构基本理论中所学的知识，并结合框架梁柱节点的构造要求对各构件进行截面配筋设计。

2.2内力计算

2.2.1 分层法

分层法计算原则是“分层———计算———整和（即叠加）”，主要技术步骤：

（1）计算梁柱的线刚度及相对线刚度；

（2）将框架计算简图分层（分层后的各柱远端为固定支座），并对除底层柱外的其它各层柱的线刚度乘0.9 折减系数；

（3）用弯矩分配法计算各层单元的杆端弯矩；

（4）叠加各层的杆端弯矩，注意梁的弯矩值保持不变，柱的弯矩值为各层单元的柱端弯矩的代数和，叠加后若结点弯矩不平衡，可再进行一次弯矩分配；

（5）按静力平衡条件计算出框架的剪力和轴力，并绘出内力图。

2.2.2 反弯点法和D 值法

另外，可由柱的剪力和弯矩来计算梁的弯矩、剪力和轴力以及柱的轴力。这部分应用的是结构力学中的截面法，即计算哪部分的内力，将该部分隔离出来单独分析，分别考虑该部分在水平向和竖向力的平衡及力矩平衡。

2.2.3 框架截面设计

主要考虑设计框架柱与基本构件中偏心或轴力受力柱的不同之处，框架梁与基本构件中梁的不同之处，以及梁柱刚接部位的特殊要求，比如，配筋计算时内力的调整，配筋量的限制及其他的一些构造要求等。

3 结束语

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。与多层建筑相比，在设计上、技术上都有许多新的问题需要加以考虑和解决。本文对影响高层建筑结构设计的各因素进行深入的分析与探讨，为高层建筑的结构设计积累了经验。

参考文献

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