浅析高层建筑的结构设计

李判判 王芳芳

【摘 要】高层建筑在我国的发展可以说是异常迅速，其高度不断在增加，而建筑的类型和功能也是有着越来越复杂化的趋势，结构体系也是更加多元化起来。本文从高层建筑结构设计方面的问题进行探讨，希望对建筑结构设计事业有进一步提高。

【关键词】高层建筑；结构设计；原则；问题

一、高层建筑结构设计现状分析

以住宅建筑来看，由于建筑高度不断攀升，从经济适用性和应用普及来看，近几年来，与大多高层商业建筑采用钢结构不同的是：高层住宅建筑结构主体更多采用钢-混结构进行高层建筑的建造和设计。而近几年针对民用高层建筑采用主体结构的是以钢结构还是钢-混结构为主攻方向的争议就没有停止过。推崇钢结构为主攻方向的一部分学者认为：在当前住宅产业化趋势之下推行钢结构具有：赞同强度高、自重轻、施工速度快、防潮、抗震性能好，便于安装和拆卸（便于实施产业化住宅实施以及二次优化设计），但钢结构存在防火和腐蚀的典型问题，而作为民用建筑住宅的成本来看，钢结构的经济成本较高。

随着近年我国房地产业发展以及国家对抗震等硬性指标的规范，以往砖混结构的住宅正在逐渐被钢-混结构所替代，虽然钢-混结构较之砖混结构成本会高出很多，但在抗震等规范指标下与钢结构主体比较成本要低出许多。这也是近年来我国民用高层住宅建筑多采用钢-混住宅结构的因素之一。

二、高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构与多层建筑结构有着很多的不同特点，高层建筑物同时承载着垂直荷载和水平荷载，垂直荷载就是由建筑物高度引起的；水平荷载就是由建筑物外界的风力所引起的。当然，高层建筑物的抗震效果一定是要高于低层建筑物的。而由于低层建筑物的楼层比较低，所以产生的垂直荷载也非常小；由于多层的平面要较高层小的很多，所以多层的水平荷载也是非常的微乎其微。影响高层建筑物荷载的主要因素大多数是外界的风力和地区的地震等自然因素。高层建筑物的位移也是不可忽略的，建筑物的位移快慢与建筑物的高层是成正比的，建筑物的高度越高，位移就会越快，而位移快了不仅会对建筑物的使用情况产生了影响，还会对使用者在使用当中的舒适度造成影响，更严重的会对建筑结构产生一定的影响，从而对使用者的安全也会造成一定的影响。因此在高层建筑物中一定要控制建筑物的位移程度，要控制在不影响建筑物的安全性、使用性等的范围内，更好的设计出优秀的建筑结构设计方案。

三、高层建筑结构的设计原则

1.结构坚固、耐久

除按荷载大小及结构要求确定构件的基本断而尺寸外，对阳台、楼梯栏杆、顶棚、门窗与墙体的连结等构造设计，都必须保证建筑物构、配件在使用时的安全。

2.应用先进技术

在进行建筑构造设计时、应大力改进传统的建筑方式，从材料、结构、施工等方面引入先进技术、并注意因地制宜。

3.合理降低造价

各种构造设计，均要注重整体建筑物的经济、社会和环境的三个效益，即综合效益。在经济上注意节约建筑造价，降低材料的能源消耗，又要有利于降低经常运行、维修和管理的费用。还须保证工程质量，不能单纯追求效益而偷工减料，降低质量标准，应做到合理降低造价。

4.注意美观大方

建筑物的形象除了取决于建筑设计中的體型组合和立面处理外，一些建筑细部的构造设计对整体美观也有很大影响。例如栏杆的型式、阳台的凸凹、室内外的细部装修，各种转角、收头、交接处的接头设计.都应合理处理.并相互协调，注意美观大方。

四、影响高层建筑结构设计的主要因素

1.外力作用的影响

作用在建筑物上的各种外力统称为荷载。荷载可分为恒荷载（如结构自重）和活荷载（如人群、家具、风雪及地震荷载）两类。荷载的大小是建筑结构设计的主要依据。也是结构选型及构造设计的重要基础，起着决定构件尺度、用料多少的重要作用。风载是高层建筑水平荷载的主要因素，风力随着地面的不同高度而变化，在沿江沿海地区，风力影响更大，设计时必须遵照有关设计规范执行。

地震荷载也是主要荷载。地基土的纵波使建筑物产生上下颤动；横波使建筑物产生前后或左右的水平方向的晃动。但这三个方向的运动并不同时产生，其中横波的振动往往超过风力的作用，所以地震力产生的横波是建筑物的主要侧向荷载。地震的大小用震级表示，震级的高低是根据地震时释放能量的多少来划分的，释放能量愈多，地震越大，震级也愈高。故震级是地震的大小指标。

在进行建筑物抗震设计时，是以该地区所定地震烈度为依据，地震烈度是指在地震过程中，地表及建筑物受到影响和破坏的程度。

2.气候条件的影响

我国各地区地理位置及环境不同，从炎热的南方到寒冷的北方，气候条件有许多差异。太阳的辐射热、自然界的风、雨、雷、霜、地下水等构成了影响建筑物的多种因素。有的构、配件因热胀冷缩而开裂；有的部位出现渗漏水现象；有的因室内过冷或过热而妨碍工作等等.放在进行构造设计时，应该针对建筑物所受影响的性质与程度，对各有关构、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保温、隔热、设伸缩缝、设隔蒸汽层等等。以防患于未然。

3.各种人为因素的影响

人们在生产和生活活动巾，往往遇到火灾、爆炸、机械振动、化学腐蚀、噪声等人为因素的影响。故在进行建筑构造设计时，必须针对这些影响因素，采取相应的防火、防爆、防振、防腐、隔声等构造措施，以防止建筑物遭受不应有的损失。

五、高层建筑结构设计应注意的问题

1、考虑受力性能

对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。

2、提倡使用概念设计

所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题巾，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，也是判断计算机内力分析输LH数据可靠与否的主要依据。近十余年来我国的高层建筑建设可谓突 猛进，其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。但是，从设计质量方面来看却不容乐观，多数设计追赶流行时尚。闶此在实际中应考虑长远因素。

六、结束语

随着高层建筑进一步的发展，高层结构的设计越发重要起来，结构设计是一项集结构分析，数学优化方法以及计算机技术于一体的综合性技术工作，是一项对国家建设有重大意义的工作，同时，亦是一门实用性很强的工作。为了革新高层建筑，体现其魅力，追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。

参考文献

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