浅析高层建筑结构设计要点

张生

（贵州省建筑科研设计院贵州贵阳550000）

浅析高层建筑结构设计要点

张生

（贵州省建筑科研设计院贵州贵阳550000）

随着科学的发展和时代的进步，近年来，高层建筑俨然已经成为城市中一道亮丽的风景线。其中，结构设计工作在高层建筑的建设中，也成为了重大研究课题。本文就高层建筑的设计原则、结构设计要点以及结构设计的注意事项展开论述，希望对于提高高层建筑结构设计的水平有所启发。

高层建筑；设计原则；设计要点；注意事项

引言

随着我国城市化进程的加快和国民经济的快速发展，人口不断增加，导致城市中的住房建设用地十分紧张。这就必然会给结构工程师们在对高层建筑的设计方面带来更高的挑战和许多新的课题。每个结构设计师所必须具备的基本素质就是要正确处理高层建筑设计过程中出现的问题以及掌握高层建筑结构设计的要点。

1　高层建筑结构设计方面的设计原则

1.1选择合适的计算简图

计算简图不仅影响着高层建筑结构计算式，还应该保证有相应的高层建筑构造措施，没能合理的选择计算简图，严重的将会导致高层建筑结构发生安全事故，由此可见选择恰当的计算简图是保障高层建筑结构安全的重要前提。还有，不可避免的是，在计算简图时容易出现误差，但是要尽量将误差控制在高层建筑结构设计允许范围内。

1.2选择合理适用的结构方案

合理经济适用的结构方案是合理的高层建筑设计的基础，换句话说，就是在高层建筑结构设计中要选择可行务实的结构形式和结构体系。对于结构体系而言，要求在同一个结构单元中不得将不同的结构体系混合在一起使用，应使结构体系达到受力明确，传力简捷的效果。在对高层建筑结构设计过程中，应与相关专业协商，综合分析各种影响因素，然后具体确定出最合理的高层建筑结构设计方案。

1.3正确分析、审核计算结果

由于目前市面上计算机软件种类较多，而计算机技术又在在高层建筑结构设计过程中得到普遍应用，但是不同的计算机软件计算的结果存在差异，因此这就对高层建筑结构设计师提出了更高的要求，为了防止在计算机辅助结构设计计算时，由于程序不能适应结构、软件自有的缺陷的实际情况等计算机软件程序的因素而导致工程建筑结构设计出现差错，就要求其必须全面了解计算机的程序软件的适用范围和使用条件。除此之外，要防止计算机辅助计算结构设计中人为性的失误，不仅需要结构工程师在后续工作中，对数据进行慎重审查，合理分析，同时还需要设计师输入数据时要认真，从而做出最准确的判断。

2　高层建筑结构设计的要点

2.1地基与基础设计

地基是高层建筑结构中极其重要的一部分，其在高层项目的整个工程造价中，占有很大一部分，因此，建筑设计师特别重视地基与基础设计，我国幅员广阔，各地的地质情况都有所差异，在高层建筑的地基设计当中，为了确保设计及施工的顺利进行，避免对整个工程的设计造成严重的影响，结构工程师首先要对当地的地质情况有个深入的学习过程，在设计之前要对当地的地质条件有详细的了解。不同于多层建筑的是，高层建筑设计首先要对地下水水位进行了勘探及了解施工场地的地质情况，从而得出相关的数据，同时还要对施工条件、使用功能及高层上部结构的类型等进行全面的考虑，除此之外，为了有效地保证建筑物建成后发生倾斜或沉降的可能，还要考虑到施工时对周围的建筑安全性的影响。同时为了施工的顺利进行及施工中的安全，还要了解地下的设施的位置及标高及周边构筑物，从而保证设计的科学性，保障施工的正常进行。

2.2高层建筑水平荷载的设计要点

高层建筑结构设计过程中应重点考虑的因素就是水平荷载，对于高层建筑结构的意义和价值都十分重要。高层建筑结构出现倾覆力矩主要是水平荷载引起的，高层建筑的净高的平方与力矩大小成正比；水平荷载还会引起高层建筑结构竖向构件的轴力，其大小也同高层建筑净高的二次方成正比，所以，不难得出结论：在高层建筑体积越来越大、结构越来越高的发展趋势下，要重点考虑水平荷载的因素，这是设计高层建筑结构的必然要求，同时也是维护高层建筑结构稳定性的需要。

2.3高层建筑结构延性的重要性

高层建筑在地震中的稳定性与其结构延性越好坏有着直接的关系。高层建筑结构延性一般是指：在破坏前的抗变形能力，也指建筑结构承载能力的最大值。为了有效保证出现高层建筑结构在震动正抵抗裂缝和变形，高层建筑结构在当今这个社会变得越来越复杂，这就需要有效保障高层建筑结构延性，以期实现有效提升高层建筑结构抵御破坏能力，更好地保障高层建筑结构的安全性能。

2.4高层建筑结构轴向变形的重要性

在高层建筑复杂化的趋势下，轴向变形的因素变得越来越重要，特别是在高层建筑高度升高的情况下，大幅度增加竖向的荷载，而导致高层建筑结构的稳定性下降，就是由于高层建筑结构中柱体出现轴向形变的原因，从而引起高层建筑结构的连续梁上出现弯矩的现象，因此要高度重视高层建筑结构设计中要对轴向变形。

2.5剪力墙结构设计

剪力墙结构在高层建筑中得以广泛使用，因为其既能抵抗水平力又能承担垂直荷载作用。剪力墙作为一种刚性结构，即使有水平荷载作用下，也不会发生较大的侧移量，因此将房屋的内、外墙都做成实体的钢筋混凝土结构，其有楼盖的支撑，同时面积又较大，所以其自身有较大的侧向刚度。对于15～35层的高层建筑非常适宜。但剪力墙也有自身的弱点，一旦发生地震，地震力会完全作用于剪力墙上，由于其是刚性结构，自身的刚度较大，因此如果在施工中处理不好，就会造成较大的破坏。同时，剪力墙则无法完成需要的较大空间的公共建筑，因为剪力墙在布置时对间距有非常高的要求，间距不能过大，同时平面布置也不灵活。

2.6注重抗震设计

在需要抗震设防的高层建筑中，尽可能不采用纯框架体系，可以采用框架一剪力墙、筒体结构体系或剪力墙，根据我国的具体条件，进一步总结高层建筑的刚度要求，以便能够更经济合理地布置筒体及剪力墙等抗侧力构件。结构的抗震等级如表1所示。

表1　结构的抗震等级

3　高层建筑结构设计中的注意事项

3.1高层建筑基础设计中注意事项

在高层建筑基础设计中有三项注意事项：①高层建筑基础要足够的耐久，经常受到地下水的浸渍或者受潮，所以这就要求高层建筑的基础采用的材料具有耐久性能高的特点，譬如加强钢筋混凝土基础中的钢筋保护层；②为了能够最大程度均匀的将高层结构传到高层建筑的地基上，并且保证安全的承接高层建筑上层结构传来的荷载，高层建筑基础要有足够的厚度；③要综合性的考虑高层建筑基础方案，不仅要考虑高层建筑受到冲击后是否可以达到变形稳定的要求而且还要考虑相邻建筑的影响度以及高层建筑的整体高，达到合理、经济的施工条件。

3.2高层建筑结构设计中的共振问题

共振的发生是需要一定的条件，发生地震的地点要比较接近和建筑物的自震周期要相同，所以增大高层建筑物的自震周期和建筑物发生地震地点的特征周期的差距，然后可以采取相应的估计建筑物发生地震场所的特征周期，来达到防止发生共振的效果。

3.3高层建筑结构设计中的水平移动问题

高层建筑结构设计中不仅要注意对周期和地震等因素的综合性考虑，其水平位移也不应该仅仅停留在满足于高层建筑规程的要求。比如因为地震力的大小与结构刚度大小相关，成正比例的关系，在高层建筑结构抗震设计时，设计的结构刚度小，但是位移在规范允许范围内，地震力小，结构周期长，所以这种结构设计是不合理的。

4　结束语

随着城市化进程的迅猛发展，城市建筑的重点就是高层建筑结构的设计，城市中对空间规划有了相当大的要求，在设计中要综合多方面因素进行考虑，因为在结构设计过程中，高层建筑结构因较多层建筑要具有较大的复杂性。为了保证高层建筑物的结构设计安全，防止留下设计中的安全隐患，对参数的选取及各部位的受力情况要进行仔细的研究和分析，从而保证高层建筑的安全性。

[1]王翔宇.浅析高层建筑结构设计要点[J].城市建设理论研究：电子版，2014（19）：324.

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TU318

A

1673-0038（2015）14-0042-02

2015-3-21

张生（1982-），男，汉族，贵州贵阳人，工程师，本科，主要从事建筑结构设计工作。