关于高层建筑结构设计的深刻分析

曹嫔娅

【摘要】我国高层建筑发展主要特点表现在建筑高度不断增加且结构体型日趋复杂、钢-混凝土混合结构应用较多，同时由于我国高层建筑大多要考虑抗震、抗风的问题，设计难度较大。高层建筑结构相关的规范标准及研究工作在高层建筑发展中发挥了重要作用。针对我国高层建筑超高、复杂、混合的特点，今后应进一步加强相关结构设计分析。

【关键词】高层建筑结构设计 设计原则 体系设计

前言：

高层建筑结构设计是个系统的，全面的工作，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。作为结构设计人员，必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。

一、浅述高层建筑结构设计的一般原则

1.1根据周边环境，选择合适的基础方案。

设计不能因工程而破坏周边的自然环境和改变周边的生态环境。工程围绕环境进行设计施工，使工程与自然很好的融入到一起，使得两者和谐共存。在基础方案的设计中，要把所有的相关因素全部的包括在内，综合各方面的因素，对工程进行整体的评估，对方案进行正式的审核，最后施工。一切立足由可持续发展的观念进行施工，工程的质量一定会得以保障。

1.2 选择合理的结构方案。

高层建筑具有很复杂的结构特点，在施工的过程中要考虑的方面很多，像是供水问题、线路等各方面都是我们要考虑的。结构设计方案中重要的有以下几点：材料的要求、施工的环境、还要充分的考虑抗击自然灾害的能力。要严格的遵循平面和竖直的设计原则，结构方案施工单位与使用方要达成一致，在设计方面以及今后的发展方向要进行详细的展望，选取得结构方案要合理，最大限度的达到预期的目的。

1.3预防安全事故，选用恰当的计算简图

结构计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当而导致结构安全的事故屡有发生，因此选择恰当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的刚结或铰结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

1.4正确分析计算结果

在结构设计中普遍采用计算机技术，但由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、技术条件等全面了解。在计算机辅助设计时，由于程序与结构某处实际情况不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

二、浅述高层建筑结构设计的特点

2.1轴向变形不容忽视

通常在多层建筑结构分析中，轴向变形只考虑弯矩项，因为轴力项影响很小，而剪切项的经济性一般可不考虑。但高层建筑结构就不同了。由于高度大，层数多，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数值和分布产生显著的改变。

2.2 水平设计对建筑的重要性

水平力是一个建筑最主要的因素，这种因素在高层建筑的体现中更为明显，随着高度的增加，水平力的作用会使建筑物产生内力和位移，这源于高度的不断增加。把房屋结构看成一根最简单的竖向悬臂构件，轴力与高度成正比，水平力产生的弯矩与高度的二次方成正比，水平力产生的侧向顶点位移同建筑的高度的有着正向的关系。所以水平力的设计上我们给出的其数值是随着动力的变化而变化的。

2.3结构延性是重要设计指标

对于多层结构而言，由于高层结构较高，在地震作用下的变形也会更大。为了能让建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，尤其需要在构造上采用恰当的措施，来保证结构有足够的延性。

2.4侧移成为控制指标

高层建筑与多层建筑不同的是，结构侧移是高层建筑结构设计中的关键因素，在水平荷载作用下结构的侧向变形随楼层的增加而迅速增大。设计高层结构时，不但要求结构具有足够的强度能承受风荷载作用产生的内力，而且还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限值之内，保证良好的工作和居住条件。

2.5抗震设计要求更高

近几年来地震灾害频繁发生，震级在不断地增加，建筑物损坏造成严重的后果危机人们生命安全和财产安全。因此高层建筑的抗震性能更值得关注，结构工程师在对结构进行设计的时候必须加大在抗震的设防方面的研究力度，把高层建筑的抗震性能有效的提高，使得高层建筑物结构质量达到做到小震不坏、大震不倒。

三、简述高层建筑的结构体系设计

3.1 框架结构体系

框架结构是主要承重结构，由梁、柱、基础构成平面框架。对于框架柱而言，轴压比越小在往复水平上荷载下的滞回曲线也会越丰满，即耗能能力越大，延性就愈好。其优点：建筑平面布置灵活，可以依据自身的要求设计。其缺点：框架结构本身刚度不大，抗侧力能力差，水平荷载作用下会产生较大的位移，地震荷载作用下较易破坏。框架体系中，角柱的受力比别的柱差，为了防止角柱遭遇扭转变形或是弯压变形，柱截面不宜过小，同时还要加密箍筋，起到增加受压区混凝土约束的作用。在框架结构体系中，一定要考虑高层建筑的底部柱，柱截面的大小要注意，在高层建筑中，应尽量采用钢管混凝土柱、型钢混凝土柱或是高强混凝土柱，通过增加体积配箍率或是沿着柱身增加箍筋达到提高延性。

3.2、剪力墙结构体系

当建筑结构的框架体系强度和刚度不能满足设计要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，从而形成了框架一剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系，在体系中框架主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。当墙体受力主体全部由剪力构成的话，就会是剪力墙体机构，剪力墙结构体系是把建筑物墙体当作承受荷载的结构体系。对于剪力结构墙间距一般为3～8m，墙体同时作为维护及房间分隔构件。其优点：刚度、强度都比较高，传力直接均匀，有一定的延性，整体性好，抗倒塌能力强，结构体系特征明显。现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好，刚度大，在水平荷载作用下变形小，承载力要求容易满足，适于建造较高的高层建筑。其缺点：剪力结构墙间距设计方面不能太大，空间平面布局不太灵活，自重大，开洞小等。在高层剪力墙结构中，应该选用跨高比较大的连梁，减少其剪切破坏，按常规设计方法配筋，进行截面抗剪设计，保证其延性。

3.3框架—剪力墙结构体系

框架—剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件，框架和剪力墙协同工作的体系。在框架一剪力墙结构中，由于剪力墙刚度大，剪力墙承担大部分水平力（有时可以达到80%～90%），是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载，提供较大的使用空间，同时承担少部分水平力。

3.4筒体结构体系

选用筒体为抗侧力構件的结构体系统称为筒体体系，主要有筒体-框架、筒中筒、单筒体等形式。筒体分空腹筒和实腹筒两种类型，它是一种空间受力构件。空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。

结束语：

在高层建筑结构设计中应从结构的安全、使用功能、建筑美观等方面进行全盘考虑。只有综合考虑各项原则，结合建筑物的使用功能，对整体结构进行把握，运用科学的方式方法，把好高层建筑结构设计的关口。

参考文献：

[1] 汪大绥，周建龙. 我国高层建筑钢-混凝土混合结构发展与展望[J]. 建筑结构学报. 2010（06）

[2] 荆玉明. 浅谈高层建筑结构发展趋势[J]. 科技创新导报. 2009（12）