高层建筑结构设计探讨

刘威

（桂林市建筑设计研究院　广西　桂林　541002）

高层建筑结构设计探讨

刘威

（桂林市建筑设计研究院广西桂林541002）

随着我国社会经济的不断发展，城市化不断加剧，城市地少人多，越来越多的高层建筑开始林立于各个大中小型城市，这对高层建筑结构设计提出了更高的要求。本文将对现今高层建筑结构设计的特点进行总结，对高层建筑结构设计的发展进行深入探讨，对未来的高层建筑结构设计发展进行分析。

高层建筑；结构设计；综合讨论

随着我国社会经济的不断发展，城市化不断加剧，城市人口也不断的增多，城市地少人多，导致人们不得不向“高处”发展，因此，越来越多的高层建筑开始林立于各个大中小型城市。

另一方面，随着我国人民物质文化生活水平不断提高，建筑已经不再是一个单纯的遮风避雨的场所，而是生活质量和生活安全的归宿及落脚点。因此，对建筑行业特别是高层建筑也提出了更高的要求。

综上所述，高层建筑的大面积出现具有很深的社会原因，同时也是当今社会价值的具体表现。所以对于设计行业而言，在高层建筑的设计中，结构设计不仅仅保证的是整个建筑的外观形态的表现，更应该注重建筑的稳定和安全、人们的生命和财产。

1　高层建筑结构设计特点

在高层建筑的结构设计特点中，一般可以分为3种特点，分别是承载力、侧向位移以及结构延性。

1.1承载力

在高层结构设计中，满足承载力要求是一项最基本的条件。对于上部结构，承载力要满足结构的梁、板、柱、墙等构件的构件承载力；而对于基础，基础的计算则是需要满足地勘部门提供的地基承载力的要求。结构的构件承载力在结构设计上主要是通过配筋率来控制，现浇钢筋混凝土结构是通过钢筋与混凝土的共同作用来承担荷载的作用，其中就对构件的配筋率有一定的要求，在构件中配筋率过低会造成少筋破坏，不利于结构的延性；而配筋率太高则会造成超筋破坏，会使结构直接发生脆性破坏；只有当结构有适当的配筋率时，才能充分的发挥钢筋与混凝土这两种不同材料的性质，使它们更好的共同作用，满足高层结构设计中对于承载力的要求。

1.2侧向位移

侧向位移会发生在所有的建筑中，在结构设计中，随着建筑物的高度的增加，侧向位移对建筑物的影响会越来越大，所以控制侧向位移在一定的数值范围内就显得尤为重要。

因为建筑物自身的重量的关系，所以在建筑物轴力值和弯矩值会随着建筑物的高度的增加而增加；而倾覆力矩是由结构的水平荷载形成的，建筑物高度越高，水平荷载就会越大，进而建筑物底部的倾覆力矩也会变得越大。而水平荷载的产生主要是由于风荷载和地震作用产生的。在一定高度的前提下，一般建筑物的竖向荷载会保持基本不变，水平荷载的数值也会因建筑物处于不用形式的地形的变化而变化。所以，随着建筑物高度的增加，侧向位移就会越来越变成主要的设计控制条件

1.3结构延性

结构构件的延性指的是构件从屈服开始至达到最大承载力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力。在结构设计中，当地震发生时，延性指标的控制就显得尤为关键了，它能使结构构件在承担超过其最大承载力时还没有产生完全的破坏，这就给人们在地震发生时的逃生提供了宝贵的时间。如何控制好延性，这是在一开始做设计时就需要考虑到的事情，在建筑方案的前期，需要结构师的参与，合理的结构选型、合理地布置柱网以及合理地建议建筑师对建筑立面和建筑细部的处理这些等等的东西都是至关重要的。

2　高层建筑结构设计体系

在高层建筑结构设计的体系中，有多种结构类型的体系，例如：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构等等。下面我们来具体分析一下高层建筑结构设计体系中的框架结构和剪力墙结构这两种结构。

2.1框架结构

在高层建筑结构的设计中，使用较多的是框架结构体系。在框架结构的设计时候，一定要利用建筑提供的基本组成平面合理地布置柱子和梁从而形成稳定的框架，在建筑平面内，利用好梁与梁的连接，形成稳定的平面框架；而在竖向的范围内，利用好梁与柱的连接，以此能使平面框架组合的整体空间结构体系得以实现。其框架结构的主要优势在于可以非常灵活的布置建筑平面，比如，在对于空间较大的会议室或者餐厅的设置时可以进行非常灵活的布置和细致的划分；而在很多时候，增加轻质隔断的安装来围合空间、或着拆除轻质隔断来合并空间，可以在建筑平面中划分出大小且功能不尽相同的居室，来达到更好的满足用户的需求与使用的目的。而在高层建筑的外墙使用的是非承重的构件，可以使建筑物的立面设计进行非常灵活的调整和修改。不过，框架结构也会存在着缺点，比如框架结构的侧向刚度比较小，具备的抗侧力的能力比较弱。在发生地震的时候，由于地震产生的水平作用力和竖向作用力会共同进行作用，具有框架结构性能的建筑物会在此时产生较大幅度侧向位移。

2.2剪力墙结构

在高层建筑中的剪力墙结构，一般是指的以采用平面布置的钢筋混凝土剪力墙来作为建筑主体抵抗竖向荷载和抵抗水平力的结构。在高层建筑结构的设计中，竖向荷载与水平作用力一般都是按一定的比例作用在单片的剪力墙内，而在结构计算中依靠刚性楼板假定的理论进行设计，使建筑物能在地震和风荷载的作用下不出现太大的侧向位移从而保证结构的稳定性。在进行高层建筑结构设计时，剪力墙的使用有很多的优势，比如抗侧刚度大、承载力大，并且传力非常均匀，有着很好的整体性，特别是当超出现浇钢筋混凝土框架结构的适用的最大高度时，剪力墙结构是个具有稳定状态且性能良好的结构体系。

3　关于高层建筑结构设计的综合发展

上文已经对高层建筑的结构设计特点及体系进行了详细的分析，下面我们来探讨一下关于高层建筑结构设计的综合发展：

3.1形成内核作用

高层建筑与低矮层建筑相比，最大的区别在于高层建筑中有垂直交通集中的核作用。核在现今的高层建筑结构设计中非常重要，它直接影响了高层建筑中的构成模式。而在高层建筑结构设计中，因为受到了筒体结构影响，现在的高层建筑中层数也越变越高，这种情况下就需要刚度较强的筒来承受扭矩与剪力，而这些因素都要与结构设计的相关要求相符合。在高层建筑的中央，是要依靠功能型的服务进行围护组成的，如果此时设计时使核心筒的筒体位于中心位置，那么就可以非常好的形成形体中心与刚度中心以及结构中心的重合，在很大程度上能使高层建筑拥有更好的结构力学性能，从而更好地实现建筑物抗震的要求。

3.2底部空间变化

随着我国建筑行业的不断发展，以往传统的底部空间模式已不再适用于现今高层建筑的要求了。以往传统的高层建筑底部空间一般是面向街道，一进门就是电梯，然后再由电梯向各楼层送达。而现今的高层建筑在进行底部空间设计的时候有了非常大的变化，在很大程度上可以满足人们对品质生活的需求。比如，在现在的负一层或负二层中增加了停车场，其电梯也可以直达停车场。在大厅中央也可以有更多地方进行活动规划。由此可见，现在的高层建筑底部的空间设计已经将以往传统的环境与建筑关系进行了研究和融合，其结果已经可以使人们生活需求得到了极大的满足。

表1　A市与B市2012～2014年高层建筑项目完成度

表2　2012～2014年某市建筑项目增长表

3.3核分离与核分散

社会经济在不断的发展，而时代也跟着快速的进步，现今人们对于建筑功能已经有了很高的需求与追求，在对于高层建筑结构设计上也因此出现了各式各样的不同侧重点。虽然中央核心筒主流的建筑模式在现今的社会中应用较广泛，但是如果能将其加以改善，效果会更佳。在建筑结构设计中，对建筑物采用核分散的平面布置，可以更好的加强结构四周的刚度，增大其抗扭能力。由此可见，设备用房与垂直交通布置于高层建筑的周围，这样能让结构拥有更好的抗震性能。不仅如此，这种核分散的结构也对巨型的框架结构更为适用，能使巨型框架结构中的巨型支撑柱可以发挥更好的力学性能。

由表1可见，运用传统高层建筑结构设计的A市，在2012～ 2014年高层建筑项目的完成度上远远低于运用新型高层建筑结构的B市。由此可见，高层建筑结构设计的创新对于建筑施工效率的影响非常大，所以一定要重视高层建筑的结构设计。

由表2可见，在2011～2014年某省的高层建筑工程增长数据与增长率都处于一个持续上升的阶段，这也在很大程度表明了在现阶段中，社会对于高层建筑工程结构设计的要求会越来越高。所以只有很好的对高层建筑工程的质量进行控制，制定出有效率的结构设计方案，只有这样才能促进建筑行业更好的发展。

4　结束语

综上所述，我国对于建筑行业中高层建筑结构设计一定要引起重视，只有非常优秀的结构设计方案，才能使高层建筑的质量得到保证，才能促使我国城市能得到稳定的发展。

[1]王续晶.高层建筑结构设计问题探讨[J].价值工程，2013（08）：2～13.

[2]罗运松.高层建筑工程结构设计的综合研究[J].中华民居（下旬刊），2014（06）：78～79.

[3]郑日男.高层建筑结构设计要点探讨[J].中华民居，2012（09）：69～70.

TU973

A

1673-0038（2015）32-0029-02

2015-6-25

刘威（1987-），男，助理工程师，本科，主要从事房屋建筑结构设计工作。