高层建筑结构设计的要点探析

文智斌

(广西华信建筑勘察设计有限公司，广西南宁 530022)

随着我国城市建设发展脚步的不断加快，高层建筑得到了前所未有的发展，应用于建筑工程中的材料、形式、力学分析模式也越来越复杂，结构体系更是多种多样，高层建筑结构设计也成为了工程设计师所面临的一项重大课题。因此，为了能够满足建筑的功能需求，在对结构进行设计之前，对其中所涉及的要点进行探讨和分析是必不可少的，只有在充分掌握设计要点的基础上，才能够设计出符合建筑功能要求的整体结构。

1 建筑结构设计要点

高层建筑结构设计主要是指在满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的要求下，按有关设计标准的规定，对建筑结构进行总体布置、技术经济分析、计算、构造和制图工作，并寻求优化的过程。建筑结构的设计特点主要可以分为以下几个方面:

1)水平荷载是决定因素。水平荷载对高层建筑结构具有重要的作用，也是高层建筑结构设计中所主要考虑的因素。在高层建筑中，由于竖向荷载所引起的轴力与建筑高度的一次方成正比，而水平荷载所引起的倾覆力矩及竖向构件的轴力与建筑高度的二次方成正比。由此可见，随着高层建筑高度的不断增加，这个值也会随之逐渐增大，对建筑结构的影响也必然会越来越大。

2)结构延性成为重要设计指标。延性主要是在高层结构抗震设计中采用的，结构延性主要是指材料的结构、构件或构件的某个截面从屈服开始至达到最大承载能力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力。随着荷载的不断增加，受弯构件受拉位置的混凝土就会出现裂缝的情况，严重的还有可能导致构件被破坏。

3)轴向变形也同样很重要。轴向变形在结构设计中也是不容忽视的。高层建筑中所涉及到的竖向荷载值往往都比较大，很容易引起柱中的轴向变形，从而对连续梁弯矩产生一定程度的影响，同时还会影响到预制构件的下料长度。因此，建筑设计师一定要对此给予高度的重视。

2 高层建筑的结构体系

设计师如果想要对建筑的结构进行科学合理的设计，就必须全面了解其体系的构成。就我国目前高层建筑的结构体系来看，主要包括以下几个方面:

1)剪力墙体系。剪力墙主要是指承受风荷载或地震作用所产生的水平剪力的墙体。而剪力墙体系主要是受力主体结构全部都是由平面剪力墙的构件组成的一种体系。其不仅能够承担结构中水平构件所产生的竖向荷载，而且还能够承担外部因素所引起的振动作用，比如地震作用以及风力等。剪力墙本身具有较高的强度和刚度，同时具有一定的延性，是一种不错的结构体系。

2)框架—剪力墙体系。由于剪力墙本身具有较好的强度和刚度，因此，在框架体系的强度和刚度达不到建筑使用需求的时候，往往会采取安装剪力墙的方法来代替部分框架，二者所形成的体系就是框架—剪力墙体系。其中，框架所承受的主要是垂直荷载的力量，剪力墙所承受的是水平剪力。剪力墙的设置不仅能够在很大程度上增强建筑的侧向刚度，使其水平位移变小，而且还能够使框架所受的力实现均匀分布。

3)筒体体系。筒体结构体系由框架—剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和发展而来的。筒体结构体系是将剪力墙或密柱框架集中到建筑的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。其特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空间，目前在高层建筑中被广泛应用。

3 高层建筑的结构分析

3.1 高层建筑结构分析的基本假定

在进行高层建筑结构分析基本假定的时候，结构分析人员通过采用弹性假定的方法来进行。目前，弹性的计算方法已经成为了工程上最为实用的结构分析方法。通常情况下，建筑结构在垂直荷载和风力的影响下，会处于一个弹性工作阶段，在这种条件下，这种弹性假定是基本符合现实情况的。但是如果遭受到地震和强台风作用的时候，建筑就会根据实际情况产生不同程度的位移，进入到弹塑性的工作阶段。此时工作人员如果按照弹性方法对内力和位移情况进行计算，那么其结果必然不能够充分反映结构的工作状态，因此，必须要采用弹塑性动力的分析方法进行分析。此外，刚性楼板假定也是高层建筑结构分析基本假定的内容之一。我国目前有很多随着当今建筑结构的不断改革和创新，剪力墙成为了建筑结构设计不可缺少的重要形式。因为剪力墙结构的抗侧刚度比较大、侧移能力较小、良好的抗震效果相对而言比较良好。剪力墙结构在高层建筑的设计中应用越来越普遍，人们对剪力墙结构的要求随之越高。在原来的剪力墙基础上，我们可以结合框架结构优点和弊端，从而设计出一套灵活的剪力墙结构体系，提高当前建筑结构设计的水平，具体问题具体分析，最大程度上提高和优化整体结构的设计水平。

3.2 高层建筑结构静力分析方法

剪力墙的受力特性与变形状态一般都是由它的开洞情况造成的。一般剪力墙中，它的墙肢截面高度都是厚度的8倍。短肢剪力墙的截面高度是厚度的6.5倍左右。剪力墙结构的计算方法可以利用平面有限单元法。此方法具有精准性和高效性，适用于多种多样的剪力墙。它的一些弊端也是显而易见的，比如特殊开洞墙、框支墙的过渡层的设计情况相当复杂，容易出差错等。

4 建筑结构工程特征

合理利用土地资源、空间和节约施工成本以及保证施工的质量，是高层建筑施工过程中的主要目的。所以具备良好的空间工作性能成为高层建筑设计的必然要求，我们可以利用剪力墙结构的双向布置，设计出完整的结构空间。结构体系的主要作用是提高建筑物抗震性能，完善设计的结构，从而保证剪力墙在应用过程中的最佳质量。

梁、板、柱、墙和基础等构成了建筑形体的力学构件和体系。其实每个部位的建筑都是相辅相成的，形成一个整体的结构，才能定制出一套合理的工程施工方案。所以不同建筑的结构构件及体系的尺寸和构成比例都需要合理科学地设计。另一方面，结构区别于机械，它不存在零件，它的构件具有固定性和整体性，构件划分也可以是人为的，比如房间或楼层等部分的划分，就比较具有随意性和不确定性，达到零件化的效果具有一定的挑战性，也很难达到部件的规范性和全面性。为了满足现代复杂多变的建筑结构的要求，需要定制一套新的高层建筑施工方案。

5 结语

随着我国建筑行业的不断发展，人们对建筑质量的要求也会越来越高。为了能够将人们的要求充分满足，建筑结构必须进行科学合理的设计，这样，不仅能够有效解决目前市场上土地价格上涨给工程造价带来的影响，有效降低了开发商的成本，而且还能够在确保建筑整体质量达到规范标准的基础上，使建筑的结构设计能够满足客户的诸多需求。同时，还在很大程度上实现了房屋外形美观，结构实用、舒适的目标。最重要的是实现了开发商们取得最大经济效益的目的。

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