高层建筑结构设计浅析

吕庆甫

摘要：随着国民经济的大力发展，高层建筑大量涌现，对结构设计提出了更高的要求，本文就高层建筑的结构设计特点，结构布置，基础设计等方面做了简要的分析。

关键词： 高层建筑；结构设计；结构布置；基础设计

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

Abstract: with the national economy to develop, high-rise buildings emerge in a large amount, to the structure design put forward higher request, this paper the structure of the high-rise building design features, structure layout, foundation design gives brief analysis.

Keywords: high building; Structure design; The structure arrangement; Foundation design

高层建筑的发展，一定程度上反映了一个国家的科技水平和综合国力。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、降低造价，高层建筑正在不断的更新，设计理念也在不断的发展。在城市的发展进程中，高层建筑能有效的解决人口与土地日益加剧的矛盾，能有效的减轻住房压力，但也带来了很多安全隐患，高层建筑随着高度的增加，结构所需承受的荷载和倾覆力矩也越来越大，对结构设计也提出了更高的要求。

1、结构设计特点

结构设计的特点是需要考虑侧向位移，水平载荷的作用，使结构具有较好的延性和变形能力。①随着建筑高度的增加，水平载荷作用下结构的侧向变形迅速增大，结构顶点侧移随着建筑高度的增加而增大，这在设计的时候就要求保证结构具有足够的强度和足够的抗推强度，使结构在水平载荷下产生的侧移被控制在合理的范围之内，因此侧向位移是结构设计的控制因素。②高层结构在承受侧向荷载的同时，主要承受着以风载荷为主的水平力的作用，水平载荷对结构产生的内力和位移随着建筑物的高度增加而迅速变法，因此水平载荷是设计的主要因素。③高层建筑因为其重要性等级较高，必须具备良好的抗震性能,做到“小震不坏,大震能修”。④在高层建筑结构设计的时候，对于由弯曲变形、轴向变形及剪切变形等因素引起的结构竖向变形也不容忽视，因为高层建筑结构层数多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力分布与数值产生明显的变化，因此在设计计算多层建筑结构的时候，不仅要考虑弯曲变形，也要考虑轴向变形的影响。

2 、结构布置

结构的布置包括结构的平面布置和竖向布置，只有合理的布置结构形式，才能使结构的设计更加合理。

2.1结构平面布置

高层建筑结构的平面布置应该使形状简单，对称，规则。若不规则，对称，将产生较大的偏心力，将引起结构的扭转效应大，加大端部构件的位移，导致应力集中，引起结构的不安全。一般若结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形的比值超过1.1，则认为该结构的扭转太大，结构不规则。对于需要满足使用功能而不规则的建筑结构，可采取将结构体系分割成若干个比较简单、规则的独立单元。但是对抗震要求比较高的建筑，采用简单，对称，规则的原则更为重要。

2.2 结构立面布置

高层建筑结构的立面布置，最基本的原则是均匀、规则。保证上下体型、承载力、刚度、质量分布均匀，以及它们的变化均匀。若为了满足使用功能的要求，体型尺寸有变化，也应上小下大逐渐变化，不应发生过大的突变。若出现上下楼层收进使得体型变小，也得对于收进的尺寸加以限制。

3、 基础设计

高层建筑的上层结构载荷很大，基础底面压力也很大，应采用能满足建筑物容许变形要求和地基承载力的基础形式。根据上部结构的层数、类型、载荷及地基承载力，可以用交叉梁基础、单独柱基、箱形基础或筏形基础；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可以采用复合地基或桩基。以下主要介绍了箱形基础、筏形基础和桩基础的特点。

3.1箱形基础

箱形基础是由钢筋混凝土的顶板、底板、侧墙及一定数量的内隔墙构成封闭的箱体，基础中部可在内隔墙开门洞作地下室。这种基础刚度和整体性都好，调整不均匀沉降的能力较强，可消除因地基变形使建筑物开裂的可能性，减少基底处原有地基自重应力，降低总沉降量。

3.2筏形基础

筏形基础一般有倒无梁楼盖式和倒肋形楼盖式这两种做法，倒无梁楼盖式的筏基，板较厚，用料较多,刚度也较差,但施工较为方便,且有利于地下空间的利用；倒肋形楼盖的筏基，板的折算厚度较小，用料较省，刚度较好，但施工比较麻烦。筏形基础由于其底面积大，故可减小基底压力，同时也可提高地基土的承载力，并能更有效地增强基础的整体性，调整不均匀沉降，因此比较常见。

3.3 桩基础

桩基础一般由桩基承台或桩基本身组成，桩承台一般可利用箱形基础的底板或者筏形基础的底板，这种形式的基础称为桩箱基础和桩筏基础。桩箱基础设计需要满足桩基础和箱形基础的要求，桩筏基础设计需要满足桩基础和筏板基础的要求，而且要处理好设计过程中桩箱或桩筏基础的设计与成本的控制。桩的类型应根据工程地质资料、荷载性质、施工条件、结构类型以及经济指标等因素确定，桩按施工方法区分,有灌注桩和预制桩两种，按受力性能来区分,有支承桩和摩擦桩两种。按在桩基平台面积确定的情况下,不同的桩基持力层、不同桩径会有不同的单桩承载力,桩的平面随之也可以确定。高层建筑桩筏基础在常规设计条件下，桩间土仍承担上部荷载，桩间土地基反力略呈马鞍形，在建筑物完工时可分但小于上部总荷载的26%，为充分发挥筏板底桩间土的承载力，适当增加桩的间距是合适的。

4.结语

高层建筑结构设计是个复杂的工程，涉及到的内容非常广泛，包括建筑结构体系与结构布置，荷载作用与结构计算原则，扭转效应的简化计算，结构形式的内力与位移计算，截面设计与构造要求，基础设计等等，本文只是就其中的几点作了简要分析，只有充分了解了高层建筑结构设计的特点，才能做出更加优秀的设计。

参考文献

[1]李粤献.高层建筑结构及其设计理论[M].北京:科学出版社,2006.

[2]吕西林.高层建筑结构[M].武汉.武汉理工大学出版社.2006.

[3]黄东升、王艳晗.建筑结构设计[M].北京.科学出版社.2006