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時間:2023-07-30 10:09:12
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1前言
由于復雜高層與超高層建筑建設難度相對較大,為保證人們居住的安全性,相關建筑結構設計人員就應該以提高建筑結構安全性為主要目標,找出更有利于高層建筑建設的結構設計措施,從而在促進建筑行業發展的同時,保證復雜高層與超高層建筑建設能夠具有合理性、抗震性,提高人們居住的舒適度與安全性。
2高層建筑整體結構設計特點
高層建筑整體結構設計特點主要體現在以下幾方面:一是由于高層建筑相對較高,建筑水平荷載對建筑整體會產生一定的豎向軸應力,并在水平上受到自然災害、風力等因素影響。因此在設計高層建筑整體結構時,除需要考慮到建筑豎向荷載外,也應該深入考慮到建筑水平荷載。二是由于高層建筑頂部壓力相對較大,建筑在后期使用過程中,會出現軸向變形的問題,從而影響建筑梁彎距。因此為了保證高層建筑整體安全性,在結構設計時就應該加強對建筑梁彎矩的重視,避免發生高層建筑軸向變形問題[1]。三是對高層建筑整體抗震性的要求。高層建筑在設計過程中應該重視其結構延性,保證高層建筑能夠更好的抵抗地震災害,從而保證居住人們的生命安全。
3復雜高層與超高層建筑結構設計要點
3.1提高對建筑結構設計的重視,優化結構設計方案
復雜高層與超高層建筑結構設計方案直接決定了建筑結構后期應用的安全性?;诖?,在進行結構設計時,相關人員就應該提高對建筑結構設計的重視,從而能夠結合建筑工程周圍實際情況,優化已經研制出的結構設計方案。首先,復雜高層與超高層建筑結構設計人員應該重視概念設計,在前期設計階段需要堅持結構設計規則性、整體均衡性等原則,保證建筑結構各個部分都能夠發揮出更有力的支持作用;其次,在完善復雜高層與超高層建筑結構設計時,結構設計人員應該加強與工程施工人員的溝通,從而在外觀效果、施工效果的角度上實現對建筑結構設計方案的優化,避免建筑結構出現后期轉換的問題[2]。最后,由于計算機技術在結構設計過程中發揮了重要的作用,因此相關人員還應該積極采取有效的計算機軟件,實現對結構設計方案更科學的優化。
3.2深入分析建筑結構設計指標,提高結構設計的合理性
建筑結構設計指標不僅是復雜高層與超高層建筑結構設計人員應該遵循的指標,也是保證復雜高層與超高層建筑結構設計合理性的重要因素。因此在設計建筑結構時,相關人員就應該加強對以下幾點內容的重視,從而提高復雜高層與超高層建筑結構設計的合理性。一是地震荷載指標:在研究人員的深入分析下,發現超高層建筑結構自震周期在6秒至9秒之間,因此在地震荷載指標的影響下,建議復雜高層與超高層建筑結構設計中直線傾斜下降時間控制在十秒左右。同時在分析該項技術指標時,也要全面結合建筑周圍的實際情況,從而保證評估結果能夠滿足建筑結構合理性的要求;二是風荷載指標:由于復雜高層與超高層建筑主要會受到地震以及風力的影響,因此相關人員還應該遵照當前所提出的風荷載指標對建筑結構設計進行全面評估,從而實現對建筑變形的控制,提高建筑居住的安全性。
3.3根據相關建筑結構設計規范,保證結構設計的抗震性
由于建筑結構直接影響著人們的生命安全,因此在建筑行業快速發展的背景下,國家制定了科學、合理的建筑結構設計規范。針對復雜高層與超高層建筑提出的設計規范,有以下兩種:《高層建筑混凝土結構技術規程》和《高層建筑抗震規程》。要想保證復雜高層與超高層建筑結構設計更加合理,能夠更好的滿足建筑抗震性要求,相關人員在設計復雜高層與超高層建筑時,就要嚴格按照相關建筑結構設計規范進行設計工作。同時也要全面考慮到當前建筑項目所處的外部環境、需求的抗震類別以及施工條件,以保證復雜高層與超高層建筑結構設計抗震能力為建設目標。在按照相關規范設計后,利用相關分析方法對復雜高層與超高層建筑進行結構抗震性的深入分析。
3.4重視后期居住的舒適性,保證建筑結構設計的科學性
在復雜高層與超高層建筑結構設計中,除需要重視上述設計要點外,還需要考慮到后期人們居住的舒適性。一方面,這是當今社會人們生活水平提高后對建筑結構提出的要求,另一方面,也是復雜高層與超高層建筑必須達到的建設目標。由于復雜高層與超高層建筑豎向荷載相對較大,因此在前期施工以及后期居住中,都會出現一定的壓縮變形問題[3]。基于此,為了保證后期人們能夠居住的更加舒適,在進行建筑結構設計及施工過程中,就應該積極采取預變形技術,并通過計算機軟件進行詳細的模擬演練,從而保證建筑結構設計能夠更加科學合理,更好的滿足人們居住要求。
4總結
綜上所述,相關結構設計人員在設計復雜高層與超高層建筑時,要深入分析建筑結構設計指標、相關建筑結構設計規范以及居住的舒適程度,從而保證設計人員能夠設計出結構更加合理、抗震性能更高、科學性更高的復雜高層與超高層建筑結構方案,保證復雜高層與超高層建筑使用壽命與安全性,為人們居住、工作提供更安全的環境。
參考文獻:
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[2]關偉,于連友,賈國熠.關于超高層建筑的相關結構設計討論[J].門窗,2013(2):215~216.
關鍵字:高層建筑;結構設計;特點;問題;措施
中圖分類號:[TU208.3] 文獻標識碼:A 文章編號:
一、高層建筑結構設計的特點
(一)水平荷載起著決定性作用
在高層建筑中水平荷載成為結構設計考慮的決定性因素。一方面,高層建筑物多在十五層之上,其自身重量會與使用荷載會導致結構中豎向構件產生軸力。而高層樓房自重與樓面使用荷載在豎向構件中引起的軸力與彎矩的數值和樓房高度只是呈一次方正比。另一方面,根據力學原理,風荷載、地震作用等水平荷載的大小與結構的動力特性有密切關系,對結構產生傾覆力矩在構件中引發的軸力與樓房高度則呈二次方正比。對此,高層建筑結構設計過程中應注重水平荷載問題,以保證高層建筑整體高度與彎矩值成正比。
(二)結構側移是重要控制指標
在高層建筑結構在設計中,結構的側向位移會在水平荷載作用下以及新材料、新建筑形式的應用下隨著建筑物高度的增加而不斷增大,出現側向變形的幾率也會增加。如果結構的側向位移控制不好,很可能會使填充墻等建筑裝飾出現開裂,甚至會發生房屋側塌而危害人民的生命財產安全,所以高層建筑結構設計中應注重將高層建筑結構的側向位移控制在合理的限度內,以保證建筑物質量安全。
(三)結構延性尤其重要
由于高層建筑物結構相對更柔和,在發生地震或者地基不規則沉降時會增加結構變形的幾率,也會使結構變形更大。對此,高層建筑單位應在結構設計過程中應注重對構造采取適當的措施,以保證結構能夠具有足夠的延性,從而有利于使高層建筑結構在進入塑性變形階段后仍能夠具有較強的變形能力。同時,高層建筑結構設計還應考慮地震荷載,注意加強抗震設計,以保證高層建筑結構具備良好的抗震性能。
二、現階段高層建筑結構設計應注意的問題
(一)高層建筑結構超高現象嚴重
我國高層建筑結構設計的高度具有嚴格的控制,且抗震規范與高層規程已制定了新的限制高度與設計方法要求,分為A級高度與B級高度兩個標準。但目前高層建筑結構設計過程中超高問題比較普遍,存在不少高層建筑結構設計沒能嚴格遵守國家規定的結構體系最大適用高度,而是忽視抗震規范高度限制與高層建筑處理措施和設計方法的要求變更,使施工圖紙審查沒能得以通過,從而導致建筑工程工期與造價等造成巨大的影響。
(二)短肢剪力墻的設置問題
目前我國高層建筑設計規范對于短肢剪力墻已經作出明確的定義與新的規定,對于短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的應用也提出了具體的要求。但現實中,存在不少高層建筑單位在結構設計過程中沒有注重減少采用或者不用短肢剪力墻,造成建筑工程后期設計工作出現麻煩,也為建筑工程竣工質量檢驗造成問題。此外,我國現行高層建筑結構設計中的抗震設防標準相對較低,具體的抗震計算方法不夠精確、構造安全度也不夠高,使得結構失效損失加大。
(三)地基與基礎設計不標準
高層建筑結構設計的地基與基礎階段的設計好壞對工程后期設計以及整體設計工作的進行產生重要的影響,也是高層建筑工程造價的決定性因素。倘若高層建筑沒有做好地基與基礎設計,所造成的問題很可能會導致巨大的損失。地基與基礎設計需要根據高層建筑結構設計所在地形、地質條件以及當地的經濟狀況等,但在實際工作中,有的高層建筑結構設計單位沒有對施工當地進行深入調查與了解,不能熟練掌握各種地基基礎類型與設計處理方法,使得地基與基礎設計不能達到國家規定的標準,從而很容易導致后期工作難以順利進行。
三、提高高層建筑結構設計水平的措施
(一)進行科學的概念設計
在高層建筑結構設計過程中應注重考慮結構的平面布置與剛強度,應根據建筑具體情況使高層建筑的平面布置簡單而規則,盡量減少凸出或凹進等復雜結構。同時,可以通過進行科學、合理的概念設計促進設計方案更合理化與人性化,增加結構自身抵抗扭轉的性能與減少因為地震作用引發的建筑結構扭轉問題,從而使結構設計工作更完善。
(二)建立合理的結構體系
在高層建筑結構設計工作中選擇合理的結構體系很重要,設計師應根據建筑工程的實際要求與當地人文環境等進行科學、合理的結構體系選型?,F階段我國高層建筑結構設計體系多采用簡體結構體系、框架結構體系、抗震墻結構體系、板柱—抗震墻結構體系、框架—抗震墻結構體系等,每一種結構體系都有優缺點,其適用環境也不相同,設計師應在建筑工程具體要求與理論和計算方法的基礎上,進行科學、合理的結構體系,以保證高層建筑結構的安全性、經濟性以及可靠性,從而有效提高建筑工程的質量與安全。
(三)加強結構構件設計
首先,高層建筑結構設計單位應注重合理增加抗彎結構體系的有效寬度,調整結構的抗側剛度。通過增加抗彎結構的寬度可以增大抵抗力度,有利于減小抗傾覆力,從而有效提高整個建筑結構的抗側剛強度。其次,可以根據高層建筑工程實際情況采用框架與剪力墻組合而成的結構體系,即框架—剪力墻結構體系,這樣不僅可以承受更高的水平負載力,而且經濟實用、布局靈活多樣,從而有利于延長高層建筑的使用壽命。
(四)進行科學計算
在進行高層建筑結構設計過程中,設計師科學、準確地進行各類數據的計算是不可避免的。設計師應注重結合高層建筑結構的實際具體情況選取合適的計算模型,并注意在進行概念設計時盡量簡化計算過程,從而有利于保證設計工作的時效性。隨著各種專業計算機軟件與工具的廣泛應用,設計師需要熟悉掌握其操作流程,從而可以在將各種實地測量數據輸入到系統后短時間內計算出所需的各種專業數據,不僅可以提高設計師的工作效率,而且增強了設計方案的準確性。
四、結束語
總之,隨著我國高層建筑事業的快速發展,高層建筑結構設計要求越來越高。在結構設計過程中不僅需要考慮建筑工程的具體情況,而且還得需要考慮建筑的安全性、抗震性、經濟性等。對此,設計師應不斷應用新的理念與方法、積累良好的經驗,以最大限度提高高層建筑結構設計的合理性、安全性、經濟性與可行性。
五、參考文獻
【關鍵詞】高層建筑;結構設計;問題及對策
引言
我國科學技術不斷進步,高層建筑結構優化設計是我國高層建筑設計與管理中較為重要的一個環節,其主要的目標就是在于提升高層建筑的結構合理性和經濟性。但是,在我國高層建筑結構設計的優化過程中還存在很多的問題,無論是管理體制方面還是在具體的實施過程中,都存在很多的不足之處,所以我們需要加強高層建筑結構設計的優化工作,保證各個環節都能夠做到科學嚴謹、合理,從而使得高層建筑結構設計的優化能夠得到最大程度的保障,為我國的經濟發展做出應有的貢獻。
1 高層建筑結構設計的重要意義
目前,我國高層建筑結構設計大多數是運用鋼筋混凝土作為最基本的材料。鋼筋混凝土具有造價低、來源豐富、形狀多樣等特點,可以實現結構設計師的各種創意設計,還能有效地節省鋼材。鋼筋混凝土結構在耐久性、耐火性以及承載能力方面有著明顯的優勢,并且通過建筑設計師的巧妙設計,還能實現非常理想的抗震性。鋼筋混凝土結構也有一些缺點,例如:斷面大、自重大,而且費模費工。
伴隨著社會的進步與發展,人們生活水平不斷提高,高層建筑也正在飛速發展,并形成更具有商業化、城市化以及工業化的結果??茖W技術的不斷進步,出現的輕質高強的材料,為高層的建筑發展提供了有利的條件。近些年以來,高層建筑在世界各地不斷涌現,因此,對高層建筑的結構設計特點與結構進行全面的了解成了首要的問題,唯有如此,才能達到先進的,安全的并且能保證質量的設計產品,才能真正提高高層建筑結構設計的品質,進而滿足人們居住的條件。社會經濟的快速發展,對高層建筑的結構設計來講起到很大的促進作用,同時,對設計的質量也提出更高的要求,要把高層建筑結構設計的質量提高到更高的檔次,就必須提高建筑設計師的設計水平,并且要把握結構設計中的獨特的特點,把這些重要的要素結合在一起并進行有效的運用,才能實現高層建筑結構設計的完美品質。
2 高層建筑結構計算中要點和優化策略
2.1 優化高層建筑結構計算中的計算軟件選用
在進行高層建筑結構設計時,應該按照實際情況選擇適當的計算軟件進行處理,在選擇三維空間分析軟件時不能選取力學模型相同的,特別是在遇到受力比較復雜的情況下,譬如在對框支剪力墻進行分析的過程中,因為其產生了多次的變換,所以選擇軟件的過程中需要特別注意。同時在分析局部受力比較繁瑣的構件時,還需要根據分析的結果對配筋設計進行改動。
2.2 優化高層建筑結構計算中的計算參數取值
首先,將建筑物的抗震功能考慮到建筑結構設計中時,需要考慮結構的平扭轉耦聯,將其加到結構計算的過程中,要保證振型數等于或者大于十五,多塔結構的振型數需要大于或者等于九倍的原振型數,同時還需要保證振型參與質量大于等于結構總質量的90%,如果達不到這個要求,就會在后面的計算過程中出現較大的誤差,計算結果也不再具有參考意義。
其次,計算高層建筑結構的內力位位移時,如果只考慮梁、柱等關鍵部位結構構件的剛度,而不計算非承重結構構件的剛度,那么最終測量計算出來的自振周期就會比實際測量的值大,這樣最終設計出來的結構受到地震的作用也會相對較小。特別是在設計框架結構過程時建筑的剛度很大,過多的實心墻體運用會使得整個周期實測值變?。贿\用剪力墻結構時,較少的磚塊使用量能夠保證墻體的剛度較小,這樣就能夠保證測量值和實際計算值之間的差距較小。因此在對建筑結構進行設計過程中,在考慮建筑結構的抗震性能時需要將非承重結構的剛度等因素考慮進去,使用數據時也需要結合非承重墻相關方面的數據,通過一定的計算進行相應的改動,但是現在很多建筑設計師在對結構設計進行改進時,通常都是利用軟件的默認值1.0,這樣就會導致很多有其他結構的建筑都會存在很大的安全隱患,抗壓抗震能力十分微弱。
3 高層建筑結構設計中的要點與優化策略
3.1 優化高層建筑結構設計中梁柱構造
如果梁的腹板高度hW≥450mm,就應該在梁的兩側分別依照高度來配置縱向安排鋼筋,每側縱向鋼筋的截面面積不應該比腹板截面積(bhW)的0.1%還要小,同時間距不應該比200mm大。在實行抗震設計的過程中,框架柱應該達到剪壓比的需要,它的截面關鍵應該讓軸壓比來掌控。不過在結構設計里面常常會產生軸壓比μN達上限甚至超限的現象,但箍筋的體積配箍率ρV卻無法達到規程需要的狀況。這就違背了框架柱的強剪弱彎準則,同時對柱的延性產生了一定的作用。
3.2 優化高層建筑結構設計中過渡層設計
假使剪力墻結構在轉換層或者是過渡層中,例如:底層框架剪力墻結構,這種結構在應對地震時能夠展現出最大的抗剪切力合抗傾覆力矩,而且這種結構不利于它在地震中的受力。而且,因為受到了垂直均勻荷載的作用,轉換層或者過渡層在受到剪力墻壓剪以及拉剪作用,結構的橫向荷載發生作用,會導致轉換層或者過渡層剪力墻結構受到的很像承載力減少,同時結構的抗裂性也會降低。通過實驗不難發現,一旦結構中的反復橫向荷載和垂直同時作用時,轉換層或者過渡層所受到的橫向荷載以及承載力就會減少很多??墒侨绻凑掌匠5臋z驗和計算對其進行檢驗時,如果結構的垂直荷載或者結構高跨比較小時,那么最后估算出來的剪力墻承載力就會比較大,這樣會導致整個建筑的安全系數較低,抗震能力較弱。因此,在設計建筑結構轉換層或者過渡層時應該在每個結構部分里加入構造柱和圈梁,這樣就能夠形成一個類框架系統,整個系統的抗震能力就得到了顯著提升,結構過渡層或者轉換層傳送剪切力更加靈敏,延展性等各方面的性能會大大增強,整個建筑會更加趨于安全。
4 結語
綜上所述,我國高層建筑正在不斷發展,高層建筑的結構設計正在不斷優化,其在高層建筑工程發展中慢慢體現出了極其重要的作用。在當前國內外經濟形勢的一片大好的發展背景下,加強高層建筑結構設計的優化管理,有著非同尋常的作用。與此同時,通過對高層建筑結構設計的科學優化,能夠促進投資成本在工程項目的質量安全和環保節能等方面進行合理而均衡的分配,從而使高層建筑項目獲得更高的增值,并進一步推動我國經濟建設以及城市化步伐的加快。而負責高層建筑結構設計優化的相關人員,要對這些工作有充足的把握。在這種情況下,才會完成好高層建筑結構設計的優化等一系列工作,進而保證高層建筑工程項目設計管理的順利進行。
參考文獻:
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[2]姜海菊.江浙地區高層建筑基礎的選型與優化設計___以某高層住宅樓工程為例[J].建筑,2011(08).
關鍵字:高層民用結構,建筑設計,結構體系
Abstract: China as a big country, it is always the question of the development of the society forward a contradiction. Among them, the land for construction and for the problem and the life of people most closely related. Along with the social development process forward great, big cities house prices high, small city house prices all the way up the phenomenon will float for a long time, so high building will become solve urbanization process of the problems of the gastronome. But now with the high building more and more be developers and consumers, it has exposed. This paper through the high civil buildings on the structure of the subtle analysis, and then put forward the corresponding solutions and opinion planning.
Key word: high civil structure, building design, structure system
中圖分類號:TU318 文獻標識碼:A 文章編號:
城市發展的進程必將伴隨著土地價格的不斷攀升,現代人們對生活質量的要求亦越來越高。建筑行業同樣如此,民眾對民用建筑的需求和要求一樣逐漸增強,如何設計出令群眾滿意,且建筑自身安全性高、經濟、舒適的房屋,已經成為當前建筑、結構設計師們首要考慮的問題。
一 高層建筑結構的特征和設計原則
高層建筑在經受由于風的外力所產生的橫向荷載的同時,也要經受其豎向的荷載,并且還要十分注意其對地震的抵抗能力。一般情況下,影響高層建筑的主要因素就是外界地震和風力所產生的縱向及水平方向的荷載。其次,與低層建筑樓房相比,高層建筑的設計要更柔和一些,因此如果發生地震,這些建筑物的變形就可以更大一些。為了避免房屋倒塌,需要特別在建筑構造上采取一定的措施,以此來保證建筑足夠的延展性。
考慮到上述結構設計特征,設計師在規劃時必須要遵循一定的原則,才能保障高層建筑的安全性及居住的舒適性。
首先,選擇合理的高層建筑結構計算簡圖。設計師們必須選擇合理的結構計算簡圖。如果選擇了不合理的計算簡圖,最后就很可能會造成結構安全事故的發生。鑒于此,我們經常說,高層建筑結構設計安全的前提就是合理的計算簡圖的選擇。除此之外,設計師們要應該時刻要求自己采用相應的構造方法,以此來保證最終的安全。
其次,選擇合理的高層建筑結構基礎設計。我們在選擇基礎方案的時候,應該使各個地基具有的潛力得到最大限度的發揮,并且在一定的情況下要求進行地基變形的驗算。正常情況下,設計師應該按照高層建筑地質條件進行基礎設計的選擇。如果沒有高層建筑的詳細的地質勘察報告,那么我們就要進行現場勘察,并且,想方設法獲取周圍建筑物的相關資料。在正常情況下,我們應該采用相同的基礎方案去設計相同的結構單元。
第三,選擇合理的高層建筑結構方案。滿足經濟性的需求,和滿足結構形式以及結構體系的要求,是我們進行合理的結構方案設計所必備的三個要素。受力明確和傳力簡單是結構體系的兩個要求。在相同的結構單元當中,我們當然應該選擇相同的結構體系來處理,但是如果我們在地震區建立高層建筑,那么其應力就需要平面和豎向的規則。我們確定的結構方案,應該是在進行了地理條件的考察,工程設計的需求,施工條件的考核,以及材料的分析等基礎上,并和建筑、電力、暖氣和水等專業的綜合協調下才確定的。
第四,對計算結構進行準確的分析??萍嫉倪M步使我們的計算技術被廣泛的應用于建筑結構設計當中。但在當前市場上卻存在著各種各樣、眾目繁多的計算軟件,這樣就導致我們采用不同的軟件會得到不盡相同的計算結果。所以,建筑結構設計人員務必先要了解各種不同軟件的使用范圍和條件之后,再選擇合適的軟件進行計算。另外,往往由于計算機的程序和高層建筑結構的實際情況不盡相符,所以計算機在進行輔助設計的時候,會出現人工輸入錯誤或者因為軟件本身的缺陷而導致計算、結果不準確的問題,基于此,結構設計工程師如果得到計算機軟件計算出的結構之后,必須進行核對,然后進行合理判斷,這樣才能得出準確的結果。
最后,高層建筑的結構設計要采用相應的構造措施。強柱弱梁,強剪弱彎 ,強節點弱構件,這是高層建筑結構在設計時的通用原則。因此,在設計師進行高層建筑結構設計的過程中,必須首先理解上述原則,然后掌握它,加強薄弱部位,對鋼筋的執行端錨固長度給予足夠的重視,并且還要重點考慮構件的延展性和溫度應力對構件的影響。
二 對高層建筑結構的分析
多層和高層結構的差別其實主要就在于其層數和高度的不同,但從實際情況上來看,二者其實并沒有本質的差別,它們都要抵抗豎向以及水平荷載的作用,從設計原理及設計方法而言,基本上是相同的。但是在高層建筑當中,我們往往要使用更多的結構材料來抵抗外界荷載,尤其是水平荷載。因此抗側力結構就成為眾多工程結構設計的主要問題。鑒于此,設計時我們往往要滿足多種要求,尤其是自身有別于多層建筑的特殊要求和設計特點。
因此,我們在進行高層建筑結構的設計時,要重點把握以下幾個方面:第一,水平荷載問題。隨著樓層高度的增加,水平荷載會成為控制作用。因此,在水平力作用下結構是否優化,材料用量都有很大的差別。第二,隨著樓層高度的增加,地震作用對高層建筑危害的可能性也在相應增加。所以,高層建筑的抗震設計理應受到設計師們的高度重視。第三,結構側移日漸成為高層建筑結構設計中的重要因素。隨著建筑高度的增加,水平荷載作用下結構的側移變形會迅速增大,所以應該將結構在水平荷載作用下的側移控制在一定的限度之內。
三 高層建筑結構設計問題分析及對策
首先,超高是高層建筑結構中普遍存在的問題?;谶@個問題,我國的建筑規范對高層建筑結構的高度有著嚴格的規定。對于這個高層建筑的超高問題,在新規范中不但把原來限制的高度規定為A級高度,此外,還增加了B級高度,這就使得高層建筑在結構的處理及設計方法和措施等方面都有了改進。而在工程設計的實施過程中,由于建筑結構類型的改變而造成對高層超高問題的忽略,在施工圖審查時將不會得到通過。這種情況下,會要求重新進行設計,另外,可能也會進行專家的會議論證等。如果一旦出現這種情況,那么整個建筑工程的造價和工期都會受到極大的影響。
第二,高層建筑結構設計中短肢剪力墻的設置。目前,我國的建筑新規范中,短肢剪力墻指的就是墻肢的截面的高度和厚度比在4~8之間且截面厚度不大于300mm的墻,2010版《高層建筑混凝土結構設計規程》對短肢剪力墻的設置有所限制,規程規定:抗震設計時,高層建筑結構不應全部采用短肢剪力墻,B級高度高層及9度區A級高度高層不應采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構。因此,在高層建筑的結構設計中,我們必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。
第三,超高層建筑結構設計嵌固端的設置。我們知道,在一般情況下,高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。在地下室的頂板或者人防的頂板的位置設置高層建筑的嵌固端,結構工程設計人員必須考慮到嵌固端設置有可能會帶來的問題??紤]嵌固端的的樓板的設計,綜合分析嵌固端上下兩層的剛度比,并且要求嵌固端上下兩層的抗震等級是一致的。我們在進行高層建筑的整體計算時必須要考慮到嵌固端的設置問題。綜合分析嵌固端的位置和高層建筑結構的抗震縫設置的協調問題。
第四,高層建筑結構的規則性。我國關于高層建筑的規范中,政府部門對于高層建筑的規則性提出了很多的限制要求,例如,規定了結構嵌固端的上下兩層的剛度比,包括平面規則性等等,并且硬性規定了高層建筑不能采用嚴重不規則的設計方案等等諸如此類的問題。因此,設計師如果要避免后期施工階段的改動,那么就必須在進行高層建筑結構的設計時就嚴格遵循規范的限制條件。
【關鍵詞】高層建筑;剪力墻;設計要點
前言:剪力墻結構體系具有整體性優、剛度強、造價低等特點,因此高層建筑常用剪力墻結構,可把隔墻與承重墻有機統一且施工成本更為經濟,除此以外,剪力墻結構與框架結構相比,沒有出現梁、柱外露等情況,且外立面造型更加美觀,內部功能更加多樣化。隨著剪力墻在高層建筑的廣泛應用,社會大眾對剪力墻結構設計要求進一步提高,《高層建筑混凝土結構技術規程》對剪力墻結構的類型選擇、布置盡管沒用作出細致規定,我們設計人員則應當結合建筑工程實際條件,加強剪力墻結構設計與優化。
1、高層剪力墻結構布置要求與特點
1.1剪力墻布置要求
通常剪力墻沿主軸方向進行布置,設計人員在建筑平面內布置的剪力墻應當保持平均,剪力墻寬度與高度尺寸均較大,且其厚度偏薄,剪力墻主要承受水平作用、彎矩以及豎向荷載,因此剪力墻結構應具有抗風、抗震的能力,所以其結構體系應滿足延性變形與抗脆性剪切的要求,在剪力墻設計過程中設計人員應盡量考慮其彎曲延性。
1.2剪力墻結構類別
高層剪力墻建筑結構類型主要包括整體墻、聯肢墻等,根據墻體的差異性特點以及其受力形式,對剪力墻體內力進行配筋,整體墻主要涉及山墻、局部開洞墻、結構片墻,而聯肢墻則是將剪力墻通過梁進行連接,剪力墻建筑結構體系如下圖所示。剪力墻在高層建筑中充當豎向承重與抗側力結構的構件,設計人員在剪力墻上可以進行開洞設計,如洞口開設越大時,從受力體系上更接近于剪力墻框架體系。
1.3剪力墻結構特點
(1)優點:高層剪力墻結構體系承載水平較高,自身側向剛度較大、變形小,平面布局較為規整,剪力墻結構體系適用層高較小建筑,如高層住宅、高層賓館等。
(2)缺點:高層建筑剪力墻結構體系自重偏大,且建筑平面布置空間存在局限性,為了滿足業主對大建筑空間的需求,可將剪力墻轉化為框架-剪力墻、框支剪力墻結構體系,框架-剪力墻結構體系是把剪力墻、框架作為承載構件,承受水平與豎向作用荷載,而框架結構來承受豎向荷載,剪力墻則承受水平方向的剪切力??蛑?剪力墻結構體系是把高層建筑底部設計為框架體系,這種結構體系適用于帶有轉換層的建筑。
2、剪力墻厚度與墻肢長度確定
2.1剪力墻厚度
根據抗震規范規定要求,當高層建筑抗震等級為一、二級抗震設計人員需要對剪力墻底部進行加強,其墻厚應大于200mrn,而且大于高層建筑層高1/16,對于非加強區域墻厚不得低于160mm,在進行剪力墻設計過程中,設計人員如遇特殊情況,應對高層建筑展開概念設計分析,積極控制與調整墻肢軸壓的數值,確保高層建筑的連續性,確保剪力墻結構設計滿足規范要求。
2.2墻肢長度
在設計過程中,設計人員對高層建筑剪力墻結構長度有著明確控制,墻肢長度一般低于8m,因此在剪力墻結構設計過程中設計人員應保證剪力墻體系延性,為了消除剪力墻結構發生脆性破壞,可把剪力墻的高寬比大于3,增強剪力墻的延性,在地震作用下使其發生彎曲破壞,在以往設計過程中筆者發現墻體過長,為了確保墻體的高寬比值大于3,可通過開設洞口等措施將長墻分割成具有均勻性肢墻,對于洞口筆者認為選擇彎矩比偏小的連梁。
3、剪力墻結構設計原則
設計人員在進行剪力墻設計中,首先結合設計規范具體要求對結構的合理性進行考量,在結構設計過程中,設計人員從技術層面應滿足下列原則,從而能夠推動剪力墻設計科學化、規范化。
3.1調整層間最小剪力系數
設計人員為了控制剪力墻結構自重,避免地震出現,盡量少布置剪力墻,但基于一個前提是要求短肢剪力墻所承受第一振型傾覆力矩應低于地震傾覆力矩總數的40%,設計人員可擴大剪力墻開間,增加剪力墻結構的側向剛度,保證層間最小剪力系數滿足規范要求,從而能夠控制建筑工程成本支出。
3.2調整層間層高比與最大位移
層間扭轉與剪切變形是高層建筑結構設計的重點,其中剪切變形主要根據豎向構件數量來判斷的,如某建筑豎向構件布置過多,必然增大剪重比,造成結構設計不合理,扭轉變形加大,且無法滿足樓層間位移要求,對此,在建筑物中應盡量減少扭轉變形,而不能單靠增加豎向構件的剛度來調整樓層之間的位移。
4、剪力墻結構設計優化措施
4.1加強大墻肢的結構處理
在設計過程中筆者發現剪力墻結構由于本身具有延伸性要求,對此在實際施工過程中也應具備其延展性能,設計人員應重視剪力墻結構整體性工作,剪力墻在實際破壞中以彎曲破壞為主,極易造成脆性破壞,這對結構的抗震極為不利。針對這種情況設計人員對于墻肢較長的剪力墻設計不僅滿足承載力要求還需進行分層設計,將其分割成為均勻單元,對于較短墻肢在受彎條件下出現裂縫較小,從而能夠有效發揮墻體配筋作用,為消除這些不利現象出現,對于墻肢長度超過8m可選擇下列處理措施:第一,開設施工洞,在施工過程中需對墻體孔洞預留,同時對預留孔洞需布置填充墻,這樣能夠將長墻肢隔成短墻肢。第二,開設計算洞,設計人員主要在結構計算時假設其有洞,但在實際施工過程中仍為混凝土墻,這種計算洞的開設,能夠發揮墻肢配筋性能。
4.2加強剪力墻結構均衡設計
在高層剪力墻建筑結構設計過程中,設計人員應當采取恰當優化措施實現結構受力均衡,不僅能夠提高剪力墻結構安全度,還能夠控制工程的投資造價,設計人員根據剪力墻的平面布置情況能夠真正實現剪力墻結構的設計優化,根據施工現場條件,制定正確的剪力墻設計方案,設計人員加強剪力墻施工質量的督查,制定科學的施工管理機制,強化施工管理人員的安全意識,要求其按照操作流程與設計圖紙進行施工作業。
結束語:
總而言之,隨著我國城鎮化進程加快,剪力墻結構在高層建筑結構中得到廣泛應用,對增強剪力墻結構安全性、抗震性具有積極作用,對此設計人員需要考慮剪力墻的結構問題,制定科學的剪力墻結構設計方案,結合建筑工程的實際條件,對此充分做好現場的勘察設計準備工作,保證建筑物整體的設計水平,最終推動我國建筑行業的可持續發展。
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關鍵詞:高層建筑 結構設計 常見問題 解決措施
一、高層建筑的結構設計特點
1、建筑設計中的水平荷載
有關建筑設計中的水平荷載問題,我們可以從以下兩個方面來說明:一方面,樓房的自身重量和建筑樓面所承受的載荷作用于豎向構件中,其所引起的軸力和彎矩數值與建筑物高度的一次方成正比關系。在建筑結構中,水平載荷產生的傾覆力矩和豎向構件中所引起的軸力,都是與建筑物的垂直高度的平方成正比關系。另一方面,對于某一特定的高層建筑物來說,其豎向載荷能力基本上已經是定值,而在水平載荷方面則不同,它還會受到一定的風力影響和地震作用影響,水平載荷的數值會隨著建筑物結構的動力特性的變化而不斷變化。
2、建筑設計中的軸向變形
在高層建筑的結構設計中,建筑物豎向載荷的數值一般都比較大,如果設計時考慮不周,會在柱體中引起一定的軸向變形,對連續梁彎矩有一定的影響,這種情況會減少連續梁中間支座處的負彎矩值,而端支座的副彎矩值和跨中正彎矩則會出現增大的情況;在建筑設計中,需要根據軸向變形來計算相應的數值,對預制構件的下料長度進行細致的調整;有關軸向變形的問題,還會影響到構件的剪力和側移的幅度,從而引起建筑設計的安全問題。
3、建筑設計中的結構延性
對于高層建筑物來說,它相對于一些較低的建筑物有更為柔和的建筑結構,在一些突發的震動情況下會產生較大的變形。為了使建筑結構在塑性變形后仍然具有良好的變形能力,避免出現建筑倒塌,我們在建筑設計時要采取一定的措施,以保證高層建筑的結構具有適合的延性。
4、建筑設計中的側移幅度
在高層建筑的設計過程中,建筑結構產生側移的問題是高層建筑結構設計的關鍵要素,隨著高層建筑的高度不斷增加,其水平荷載能力也在隨之變化,建筑物結構側移的幅度迅速增大,為了確保高層建筑的質量安全,必須把建筑結構水平載荷下的側移幅度設計控制在一定限度之內。
二、高層建筑結構設計的常見問題
1、高層建筑結構的規則性問題
有關高層建筑結構設計的規則性問題,在新出臺的建筑規范章程上出現了很大的改動,新的規范標準在結構設計方面增加了一系列的限制性條件,例如,新的規范制度用強制性的條文規定了“建筑物不應該采用嚴重不規則的建筑設計方案”。因此,建筑結構設計人員在進行設計工作時應注意遵守新規范制度中的限制性條件,對于設計中的不符合規定問題必須及時的調整,以免為后期的相關工作造成隱患。
2、高層建筑的高度問題
根據我國《高層建筑混凝土結構技術規程》中的有關規定,從考慮經濟與適用原則的角度出發,規定了各種常見建筑結構體系的最大適用高度。在我國的社會經濟發展水平、建筑科研水平和施工科學技術水平的相關背景下,這一高度是比較安全穩妥的,它是目前我國土木工程規范體系中最相協調的標準高度。但是在實際的建筑工作中,很多混凝土結構的高層建筑在高度設計上已經超過了這一限制,例如,中信廣場是采用混凝土結構進行建造的,其高度達到了322m;金茂大廈采用的是組合結構進行建造,其整體高度達420.15m。對于目前這種超過高度限制的高層建筑物,我們必須以謹慎的科學態度對待。因為如果發生地震的話,這些超高建筑物在受到破壞后會發生很大的變形,嚴重影響建筑物的安全。隨著建筑物的高度不斷增加,它的一些規范指標的適用范圍也發生了變化,在安全指標、材料性能、延性要求等方面都要做適當的調整,從而使建筑物具有穩定的安全性能。在建筑物的抗震規范建設標準與高度建設規定中,對于建筑物整體結構的總體高度都有嚴格的限制性規定,超過規定的高度,建筑物的設計方法和處理措施都會發生很大的變化,這一問題對建筑工程的各方面影響巨大,我們必須嚴肅對待。
3、高層建筑嵌固端的設置問題
通常情況下,高層建筑的底部都建有二層或二層以上的地下室,它是高層建筑的根基所在。建筑物的嵌固端有時會設置在人防頂板的位置,有時也會設在地下室的頂板處,這是建筑結構設計中的一個細節問題,在建筑結構設計中,如果設計人員忽視了嵌固端的設置,會引發嵌固端的樓板設計、嵌固端的上下層剛度比例限制、嵌固端的上下層抗震等級的一致性、建筑整體建構設計與嵌固端位置協調等一系列的問題,任何一個細節問題的忽略都可能導致后期施工工作中的安全隱患。
4、高層建筑的地基與基礎設計問題
高層建筑的地基與基礎設計問題一直是建筑結構設計人員比較重視的問題之一,該階段設計工作的好壞會直接影響后期結構設計工作的順利進行,同時,建筑物地基基礎也是整個工程造價高低的決定性因素。在地基基礎設計這一階段,極有可能出現一些問題,如果不加以重視,將對建筑工程造成巨大的損失。設計人員在地基基礎設計的過程中,一定要重視地方性規范標準。由于我國的幅員遼闊,不同地區的地質條件各不相同,僅憑國家標準的《地基基礎設計規范》根本無法達到對全國不同地區的地基基礎都進行詳細的適用描述和規定,因此,各地方出臺的地方性“地基基礎設計規范”更適合本地區的地基基礎設計工作,其對施工設計的相關規定更為準確和詳細,在進行地基基礎設計工作時,一定要深入的學習地方性建筑規范,避免對后期的設計施工工作造成不良的影響。
5、建筑材料的選用和結構問題
通常情況下,在地震多發的一些地區,工程技術人員對采用何種建筑材料或建筑結構體系的問題都非常的重視。在我國,150m以上的建筑物主要采用框一筒、筒中筒和框架一來支撐三種常用的建筑結構體系。這三種建筑結構體系在其他國家的高層建筑中已經被普遍采用。在國外的地震多發地區,高層建筑物主要以鋼結構為主,而在中國,建筑物有將近90%的比例是鋼筋混凝土結構或其他沙石混合結構。在混合結構的鋼筋混凝土內筒部位,通常要承受80%~90%的地震作用剪力,這種情況對建筑物來說是十分危險的。在結構設計中,由于建筑結構是以鋼筋混凝土核心筒為主,所以對建筑材料的變形控制要考慮鋼筋混凝土結構的位移。由于鋼筋混凝土結構的彎曲變形側移幅度較大,如果我們只采用剛度很小的鋼架來減少側移,效果并不明顯,而且還會增加鋼結構的承載能力。有時會采取加大混凝土內筒的剛度和設置伸臂結構等方法以達到滿足規范側移限制的標準。所以,在高層建筑材料的選用方面,根據我國現有建筑市場上的鋼材類型、品種和有關鋼結構的加工制造能力,建議在高層建筑中盡可能采用鋼管混凝土結構或鋼結構、鋼骨混凝土結構,以達到改善高層建筑結構的抗震性的目的。鋼骨(鋼管)混凝土通常作為高層建筑的首選建材,這是由它的堅固和穩定性能決定的。
6、建筑設計中的軸壓比與短柱問題
在采用鋼筋混凝土建筑的高層建筑中,設計人員為了控制柱的軸壓比,使得柱的橫截面很大,在柱的縱向鋼筋中則是構造配筋,即使在建筑中采用高強度的混凝土,建筑柱斷面的尺寸也沒有明顯的減小。為了使建筑中的柱體處于偏壓狀態,防止混凝土被壓碎,要限制柱體的軸壓比數值。建筑中主體的塑性變形能力越小,其建筑結構的延性就越差,當發生地震災害時,就會出現吸收和耗散地震能量較少的情況,導致建筑結構遭到不同程度的損壞。在建筑結構設計中,應根據強柱弱梁的原則來進行設計,同時選擇具有良好延性的梁具,就可以使柱子進入屈服的可能性大大的減少,也可放松軸壓比限值。此外,雖然很多高層建筑物的底部柱體長度與直徑比都小于4,但并不能說明這一柱體就是短柱。確定短柱參數的依據是柱的剪跨比,只有當柱體的剪跨比小于2時,才能確定該柱體是短柱。曾經有建筑專家提出高層建筑的抗震規范應采取較高的軸壓比,但通過實踐表明,雖然調整了建筑物的軸壓比限值,但柱面并沒有因為這一調整而減小,所以在建設具有抗震性能的高層建筑物時,采用鋼筋混凝土材質是否合理還有待研究。
三、總結:
一個好的設計結構也就是一個好的耗能體系,在設計中,要充分注意到等強度設計、高度等重要問題,從而增強建筑結構的整體性,在保證整個建筑結構安全性的基礎上,同時增加了建筑的使用期限。
參考文獻:
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2、趙西安,高層結構設計[M].中國建筑科學研究院結構研究所,2008
關鍵詞: 高層建筑;結構設計;抗震概念;應用
中圖分類號:TU97文獻標識碼: A
0引言;近年來,由于人類對于自然環境的不斷破壞,各類自然災害發生的較為頻繁。高層建筑結構設計中抗震概念設計是對建筑抗震設計的宏觀控制,合理的運用抗震概念和原則是建筑結構抗震設計的必要前提,在高層建筑工程一開始從建筑的場地選擇、平立面形式、結構布置以及延性等方面進行考慮,從根本上消除高層建筑中抗震的薄弱環節,再通過計算與結構措施,能夠保證設計出的高層建筑具有良好的抗震能力,顯著的提高高層建筑的抗震可靠度。
一.高層建筑結構設計中抗震概念設計的意義
高層建筑結構設計中應該非常重視抗震概念設計,因為高層建筑結構非常復雜,當發生地震時具有動力不確定性特點,人們對地震時對結構認識的局限性,再加上材料性能和施工安裝的變易性、模擬地震波的模糊性等因素,導致計算結果和實際之間具有很大的差異。簡單的依賴數值計算獲得結構并不能有效的解決高層建筑的實際抗震問題,尤其是地質特征的差異性原因,導致許多國家甚至是地區指定的抗震規范都有明顯的差異。高層建筑結構抗震概念設計在依據數值計算的基礎上,還增加了實踐經驗元素,并且結構概念設計甚至比分析計算更重要,使得這一抗震設計理念能夠滿足區域差別下從事高層建筑結構設計的實際需求。強調高層建筑結構設計中抗震概念設計的重要性,其目的是為了引起高層建筑結構工程是在進行建筑結構設計時,特別重視相應的結構規程以及抗震概念設計中的相關規定,從而擺脫傳統的結構設計中只重視計算結果的誤區,要求結構工程師嚴格的按照結構設計計算原則,再結合地區的抗震規范,以此保證高層建筑結構的抗震性能。
二.影響建筑物抗震效果的因素
2.1 建筑結構建造過程中所使用的材料和施工過程在實際抗震設計時,抗震 效果與建筑結構的材料具有十分密切的關系。但在許多時候工作人員往往意識不到這一點。建筑材料的質量的好壞與建筑物所受到的地震作用力有直接的關系,質量好的材料所受到的地震作用力就小,則質量差的則所受到的力就大。因此一些輕型材料的應用,對于提高建筑物的抗震性能具有非常好的效果,不僅施工材料對于抗震性能有所影響,施工過程中的每一個具體環節都會對抗震效果有所影響,所以在高層建筑施工中,要控制好施工的質量,做好相應的監管工作,從而保證高層建筑的施工質量,使建筑的抗震效果有所保證。
2.2 建筑物自身的結構設計
結構設計的好壞直接關乎建筑物的質量,同時也是對抗震效果具有關鍵性的影響因素,所以在實際建筑物結構設計中,保證抗震效果是非常必要的。目前在建筑物抗震結構設計時通常以在震不壞、大震不倒為目標,因此在建筑設計時,無論是點式還是板式建筑,其合理的結構設計都是十分重要的,這對提高建筑物的抗震效果將起到積極的作用。另外建筑物在平面結構布置時,其盡量做到質心和剛心的重合,因為在建筑物平面布置時一般都較為復雜,一旦發生地震如果質心和剛心不一致時則會導致地震的作用力加劇,從而形成較大的破壞性,所以為了有效的提高地城的抗震能力,則需要做到質心與剛心的重合。
2.3 建筑物所處地質環境情況
建筑物所處位置的地質情況對建筑抵抗各種自然災害發生時的破壞性具有非常重要的意義。通常在地震發生時,如果建筑物位于巖石地帶、山體附近、容易產生滑坡的地質情況下時,則一旦發生地震所造成的破壞是十分巨大的。所以為了有效的增強建筑的抗震性能,可以在進行建筑位置選擇時即做好詳細的勘測工作,盡量避開容易在地震中由于導致地表發生變化的不利地段,選擇有利的地點進行建筑物建造。
三.抗震概念設計在高層建筑結構設計中的應用
3.1抗震概念設計應該重視高層建筑的結構規律。在高層建筑的抗震概念設 計應用中,應該對高層建筑的體型設計進行科學的修正,保證在質量、剛度、對稱、規則上分布均勻,保證設計的整體性,避免局部出現剛度過大的問題。高層建筑的結構布局對抗震概念設計具有十分重要的作用,簡單、對稱的建筑在地震中的應力分析和實際反映很容易做到,并且能夠達到相一致,但是在凹凸的立面與錯層設計的高層建筑中,當地震發生時將會產生復雜的地震效應,很難做到對高層建筑抗震效果的最佳分析。因此,高層建筑的抗震概念設計應該重視結構的規律性。
3.2抗震概念設計在結構體系上的應用。高層建筑抗震結構體系是抗震概念設計的關鍵,抗震概念設計在結構體系上的應用依據高層建筑物的高度以及抗震等級選擇合適的抗側力體系,通過概念近似手算確定結構設計方案的可行性以及主要構件的基本尺寸??拐鸾Y構方案選擇的合理性,直接影響建筑抗震概念設計的經濟性與安全性。合理的選擇建筑結構體系,應該注意以下三個方面: 其一,選擇建筑結構體系時,應該對因為部分結構或者部分構件的破壞而導致整體建筑結構體系喪失對抗震能力或者重力荷載的承載能力,應該堅持抗震設計原則中的贅余度功能和內力重分配功能,這一原則的重要性在許多建筑物地震后的實際狀況中都得到了很好的印證; 其二,選擇建筑結構體系時,不僅僅應該要求建筑體系的受力明確、傳力合理以及傳力路線,還應該有合理的地震作用傳遞途徑和明確的計算簡圖,這些都應該和不間斷的抗震分析相符合; 其三,其中延性是建筑結構中的重要特性之一,結構體系的變形能力取決于組成結構的構件和連接的延性水平,提高結構構件的延性水平,是提高高層建筑抗震設計概念在建筑結構設計應用中的重點問題,通過采用豎向和水平向混凝土構件,能夠增強對砌體結構的約束,當配筋砌體在地震中即使產生裂縫也不會倒塌或者散落,保證高層建筑早地震中不至于喪失對重力荷載的承載能力。
3.3抗震概念設計在結構構件上的應用。高層建筑抗震的實現需要各個構件的支撐,因此,抗震結構體系中的各個構件都必須具有一定的剛度與強度,并且還應該具有可靠的連接性。高層建筑的結構體系是一個多層次超靜定結構,因此其抗震結構也應該設置多道抗震防線,這樣在地震作用下,即使一部分構件先被破壞,剩余的構件依然具備支撐的作用,形成獨立的抗震結構,承受地震力與豎向荷載。因此,合理的預見高層建筑結構先屈服或者破壞的位置,適當的調整構件的強弱關系,形成多道抗震防線,實現對高層建筑結構體系的合理控制,這是結構抗震耗能的一種有效措施,是建筑抗震結構概念設計的重要內容。
四.結束語
總而言之;隨著高層建筑的不斷興起,其抗震結構設計成為人們關注的焦點,目前技術的進步,使高層建筑結構的抗震設計技術和方法越來越先進,越來越完善。但社會需求的不斷提升,也需要設計人員不斷強化自身的專業技能,同時還要做好對建筑環境及地質的分析和研究工作,從而根據實際情況來選擇適合的抗震結構,從而增強高層建筑結構的抗震能力,避免在地震發生時造成嚴重的傷亡和損失。
參考文獻