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2481 建筑论坛建筑工程技术与设计 2015年12 月下 高层建筑结构的空间刚度及其力的传递方式研究 杨 平 （宁夏煤矿设计研究院有限责任公司 宁夏银川 750011） 【摘要】在实际工程中理想的绝对规则、对称的建筑物几乎上 是不存在的。平面凸凹不规则、楼板局部不连续、不规则、竖向 刚度不连续性、不规则属于平面不规则的建筑结构。建筑结构的 不规则，对结构设计提出了严峻的挑战。 【关键词】高层建筑；空间刚度；整体稳定性；传力路径；抗 震延性；应力集中 1 引言 建筑 不规则性的判断，在建筑 设计中占有非常重要的地位。 因为对建筑 不规则性的判断，能直接影响到 的建模、 布置、薄 弱楼层的判断、位移比的控制，以及最后的施工图设计。从而影 响到整个的 布置是否合理、安全、经济等。 2 高层建筑 的对称性、均匀性问题 1、 高层建筑主体抗侧力结构沿两个主轴方向的刚度比较接近、 变形特性比较相似。 这是因为实际的高层建筑结构都是三纬空间， 实际的地震荷栽、风荷载都具有任意的方向性；高层建筑主体抗 侧力结构两个主轴方向的刚度比较均匀，就是具有比较良好的抗 震抗风性能。 2、 高层建筑主体抗侧力结构沿竖向断面、 构成变化比较均匀、 不要突变。这里主要是指主题结构的剪切刚度不要突变。这种均 匀的高层建筑可以避免因薄弱层的破坏而引起的结构整体破坏， 尤以强震区的高层建筑结构特别注意。 3、高层建筑主体抗侧力 的平面布置，应注意同一主体方向 各片抗侧力结构刚度尽量均匀，应避免在主体 布置中某一、二片 刚度特别大而延性较差的 。如长窄的实体剪力墙。此时，即使结 构仍满足对称性和刚度的要求，但这个刚度巨大的 当发生地震时， 将首先吸收极大的能量，应力特别集中，而容易首先招致破坏， 从而引起整体结构的破坏。 4、高层建筑主体抗侧力结构的水平布置还应注意中央核心与 周边结构的刚度协调均匀，保证主体结构具有较好的抗扭刚度， 以避免高层建筑物在地震荷载或风荷载的扭矩作用下产生过大的 扭转变形而 或非结构构件的破坏。这是因为实际的建筑平面变化 无穷，特别是相邻未来建筑的影响，即使自身对称的建筑，风荷 载仍会产生较大的扭矩，有时将超出设计控制的范围。 3 荷载的传力直接 3.1 垂直荷载的传力直接 1、楼面盖梁系的布置，应尽量使垂直荷载以最短的路径传递 到竖向构件墙、柱上去。必须清醒的是，在正常工作条件下，垂 直荷载并不以人为的计算假定来传递转移，而是根据实际 布置中， 构件的竖向刚度来传递和转移，既刚度大的构件将比刚度小的构 件接受更多的荷载，这是在 设计中尤需注意的，以免失误。 2、竖向构件的布置，应尽量使竖向构件在垂直荷载作用下的 压应力水平接近均匀，以避免竖向构件之间压应力的二次转移， 这点同样可以应用于基础设计中。要注意使基础反力水平接近、 刚度均匀。当然竖向构件在垂直荷载下压应力水平（即轴压比） 绝对的一致是不可能的，但是竖向构件在垂直荷载下压应力水平 就已经有较大差异的高层 显然是不合理的。因为压应力的二次转 移是以楼屋盖梁板的变形协调传递为代价的，势必要使楼屋盖梁 板产生一定的附加二次内应力从而增加其钢量和断面，造成材料 的浪费和造价的增加。 3、转化结构的布置，应尽量做到使上部 竖向构件传来的垂 直荷载通过转换层一次至多二次转换即能传递到下部结构的竖向 构件上去。这就要求在进行带转换层建筑 设计时，建筑师、 工程 师要密切配合，上部、下部建筑结构要贯穿一体整体考虑设计， 不能顾此失彼、互补相干。一个好的建筑设计必然也是一个好的 设计，它们之间的完美统一才是最终目标。那种将上下两部分建 筑 截然分开，依赖于“厚板”的转换设计概念即不经济也不合理， 给结构也带来了隐患。 3.2 水平荷载的传力直接 风荷载是 经常承受的重要水平荷载。从整体上来说， 在风 荷载作用下要满足 顶点水平位移、层间水平位移的一定的限值要 求，避免因整体 过大的侧向变形对 产生不利的附加 P-Δ 效应和 引起非结构构件填充墙、幕墙、电梯的破坏，从而影响建筑的正 常使用。同时高层建筑筑 通常还要满足风震加速度的一定限值要 求，避免因振动过大，使建筑物中的人们生活、工作不舒适，影 响建筑物的使用。风荷载常是首先作用在建筑物表面的墙体、门 窗等建筑配件上，再传递到楼屋盖及周边竖向构件，而后通过整 体结构逐层下传递到基础，它们要计及局部风压增大的效应，要 具有足够的强度、刚度来承受直接的风荷载作用。 地震荷载是高层建筑结构必须要考虑所发生的另一个重要水 平荷载。地震荷载是由于地面运动（地震）而引起地面以上建筑 受迫振动产生的动力荷载。地震作用实际上是一种惯性力。由于 地震波引起房屋基础下的土体的晃动，继而致使房屋的上部 发生 摇晃和颠簸，使 自身受到了力的作用。这种力的作用，就称为地 震作用。鉴于地震波在土体中的传播特性，地震作用有水平方向 和竖向方向两种，而对高层建筑结构影响大的，是水平方向的地 震作用或称为水平地震作用。 所以在设计中要考虑水平地震作用， 只有在 9 度设防的高裂度区，才同时又考虑竖向地震作用。 4 结构的合理刚度 4.1 楼屋盖结构的合理刚度 楼屋盖结构的刚度合理，主要是指楼屋盖梁板断面尺寸选择 合理、 布置适当。 楼屋盖结构刚度过小， 梁板变形过大， 影响美观， 也容易造成地面装修、填充墙、门窗损坏，且容易在人行、设备 运行时引起振动，影响设备正常运行和人们正常工作生活；楼屋 盖结构的刚度过大，梁板断面大，结构自重增加，结构占据的空 间过大，也影响建筑使用，同时将增加建筑物的成本。 4.2 主体抗侧力结构的合理刚度 主体抗侧力结构的刚度合理是高层建筑 设计的重要指标之 一。首先主体抗侧力结构的刚度要满足规范规定的水平位移、整 体刚度、强度延性的要求，保证高层建筑 能正常工作，这是高层 建筑结构主体抗侧力结构的刚度的下限值，必须满足。但是，特 别要指出的是，高层建筑 抗侧力结构的刚度不宜过大，应该合理。 这是因为（1）主体抗侧力结构的刚度过大，结构的基本自 振周期较短，地震荷载加大，结构承受的水平力、侧覆矩加大， 地基基础的负担加大，且此时结构的断面和相应的构造配筋增加 较大，不经济。（2）主体抗侧力结构刚度过大，势必造成所占的 面积、空间加大，影响建筑作用，降低建筑平面利用系数，不合 理。合理的高层建筑 主体抗侧力结构刚度应以满足和略大于规范 限值， 结构的延性和安全储备主要来源于合理的 构造和精心设计； 单纯靠加大结构断面尺寸来加大刚度，有时会适得其反，如果必 须注意的配筋构造措施等没有相应跟上， 反而会造成结构的隐患， 多花了材料、成本反而损坏了结构的延性和安全度。 5 结束语 总之，对建筑结构规则性的判断在结构设计中属于概念设计 的范畴。近年来，结构设计中越来越重视概念设计。概念设计的 合理，可以给以后施工图设计带来很大的方便。 参考文献 [ 1 ] 李亚娥 , 吴德良 , 唐雨虹 , 等 . 带水平加强层的框 -筒结构 受力分析 [ J ] . 低温建筑技术 . 2 0 1 2 1 0 [ 2 ] 马高强 , 张晓光 . 长方形框架 -核心筒结构加强层设置研 究 [ J ] . 低温建筑技术 . 2 0 1 1 0 2 [ 3 ] 王社良 , 苏桥磊 , 周旸 . 风荷载下框 -筒结构加强层位置 对结构位移与周期的影响 [ J ] . 沈阳建筑大学学报 自然科学版 . 2 0 1 1 0 4 [ 4 ] 沈蒲生 , 陈宇 , 张明 . 带两道加强层变截面框架 -核心筒 的振动特性 [ J ] . 湖南大学学报 自然科学版 . 2 0 0 9 0 1 [ 5 ] 刘喜平 . 高层框 -筒结构中加强层对上部伸臂内力和下部 结构沉降性能的影响 [ J ] . 四川建筑科学研究 . 2 0 0 9 0 6 作者简介杨平（1 9 8 2 - ），男，汉族，宁夏盐池人，2 0 0 4 年毕业于宁夏大学土木工程专业，工程师，现主要从事结构设计 工作。 地址地址宁夏银川市金凤区北京中路 1 6 8 神华宁煤集团 D座 1 2 4 室 杨平 收 手机1 5 2 0 9 5 0 6 2 6 6