探讨高层建筑结构设计的影响因素

於 翠

（海南元正建筑设计咨询有限责任公司重庆分公司，重庆 400030 ）

前言

结构体系的选择主要是受高层建筑的层数、高度及功能的影响，在高层建筑结构设计的过程中，关键是要控制好高层建筑物的水平力，尤其是在地震频发的地区，更要加强对高层建筑水平力的控制，选型是关键。

1 水平作用是涉及的核心要素

不论是哪个建筑结构都要具备抵抗竖向荷载与水平荷载的作用。与高层结构设计不同，低层结构设计是以重力为代表的竖向荷载为主，而高层结构设计则是水平作用发挥主要功能。从原因来看，是侧移与内力随着速度的变化而迅速增加导致的，例如：悬臂杆件，受到竖向荷载作用的影响，产生轴力与高度成线性比例，但在水平荷载影响下弯矩会增加。所以，在进行高层建筑结构设计过程中，关键是要控制好水平荷载。对高度一定的建筑物，水平荷载的风荷载与地震作用会随着结构与动力特征发生不同的变化。

2 侧移是控制的主要目标

高层建筑结构的设计不仅要满足强度的要求，同时还必须要具备一定的抗侧移的刚度要求，进而确保水平荷载下产生的侧移在可控范围之内。

（1）作为高层建筑的要害问题，控制侧移主要是由于侧移过大，建筑物内可能会出现不平衡状况，因此，侧移的控制主要是为了提高建筑物的使用功能。

（2）如果建筑物的侧移较大，高层建筑物内的填充墙、建筑装饰与电梯轨道等服务设施就会出现裂缝，影响使用功能。

（3）如果侧移超过规定，可能导致建筑物出现损坏或者裂缝，进而影响到结构的正常使用及耐久性。

（4）结构侧移是决定地震破坏大小的关键因素，如果结构的变形能力无法抵御地震的影响，就会出现倒塌，造成重大损失。

3 做好抗震设计工作

在进行结构的抗震设计过程中，必须要考虑到正常的竖向荷载、风荷载，还必须要改善其抗震性能，提高抵御地震的能力。结构延性的计算难度较大，结构或构件的延性是通过构造措施来实现的。为了保证高层建筑的结构延性，构件必须要有足够的截面尺寸，同时轴压比、量、与剪力墙的配筋率要适当，必须要按照规程进行施工。

4 加强对轴向变形的重视

所有建筑物的结构受到外力影响都会产生位移、轴向变形、剪切变形和弯曲。而高层建筑受到自身层高、轴力大等因素的影响，主要会出现轴向变形的问题。因此，设计人员要对其格外的重视。同时，高层建筑的剪力墙截面相对大，在设计的过程中，不能忽略轴向变形的问题，在进行高层建筑的力学计算过程中，采用的计算方法有差异，所计算的构件也存在着一定的差异。对于简化助手计算方法，一般只计算最基本的变形。采用计算机方法计算时，计算的变形因素要多一些。

5 要将概念设计与理论计算放在等同位置考虑

长期以来高层建筑的设计都过于重视概念设计，而忽略理论设计，但事实上，二者都处于同等重要地位，不仅改善了结构的抗震水平，同时也解决了抗震中存在的不足。根据问题采取必要的对策，设计出抗震效果好且令人满意的高层建筑。现代高层建筑的结构设计必须要遵循概念设计的基本原则，在设计中要按照以下内容进行：首先要注重建筑结构自身的规则；其次是根据实践选择合适的建筑结构体系，不仅要计算简图与合理的地震功能的传递方式；同时还要注意避免由于部分结构构件破损而导致的整个结构失去承重功能、风载、与地震的功能；结构体系还必须要有良好的承载能力及变形能力，形成良好的耗能能力；另外，不能忽略建筑结构的抗震功能，这是目前高层建筑设计的首要问题。

6 采取必要的措施降低高层建筑的自重

与低层建筑先比，降低自重的意义对高层建筑而言意义更加重大。从地基承载力或桩基的承载力角度进行思考的话，在桩基或地基相同的前提下，房屋自重的降低是在造价保持不变，不增加处理防范对策的前提下，增加建筑的层数，在软土层上的突出经济效益十分明显。通过计算我们看到，建筑的自重是与地震效应成正比的，自重的降低就在一定程度上意味着可以改善高层建筑的抗震能力。高层建筑的质量增加，不仅是作用在结构上的地层剪力增加，同时受到中心高、地震作用倾覆力矩大等因素的影响，可能会产生较大的附加弯矩，影响建筑使用功能的发挥。

7 提高对结构整体稳定性的认识及倾覆的问题

7.1 提高建筑物的整体稳定性

在竖向荷载的影响喜爱，由于构件的影响，非常容易发生失稳的情况，从当前的状况来看，我国的高层建筑楼高维持在中等水平，40层以下的居多，刚度较大，因此，整体失稳现象并不多见。但是如果高宽比H/B>5时，就要对其整体的失稳性进行计算了。

7.2 解决倾覆问题的对策

受到高层建筑层高的影响，由于其高度的总值较大，基底的面积也很小的情况下，水平荷载与水平地震的影响下，会出现较大的倾覆力矩，按照要求大小要控制在稳定力矩之内，如果超过这一数值，倾覆问题就会发生，地层灾害就是倾覆而导致的。在抗震倾覆的计算过程中，倾覆力矩按风荷载或地震作用计算其设计值。计算稳定力矩时，楼面活载取50%，恒载取90%，要求抗倾覆的稳定力矩不小于倾覆力矩设计值。如果高层建筑物的楼高超过150m的情况下，必须要进行整体稳定性与倾覆的计算，保证建筑物的稳定性。

8 结语

总之，高层建筑是国家经济发展与技术水平的一个证明，但是也要加强对高层建筑设计的控制，要与城市的发展保持步调一致，同时还要与城市自身的发展情况相结合，做好协调，不仅满足城市经济发展的需求，更满足城市人文发展的要求。

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