探讨高层建筑结构设计特点

仇扬军

安徽省歙县建筑设计院



探讨高层建筑结构设计特点

仇扬军

安徽省歙县建筑设计院

摘 要：随着科学技术的不断发展，功能俱全的高层建筑越来越多。高层建筑结构设计也越来越成为建筑结构工程师的重要工作内容。高层结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，在这过程中任何遗漏或错误都有可能对结构造成安全隐患。这就要求结构设计人员在工作中严格要求自己不断学习新规范，力求掌握更为合理的结构设计方法。

关键词：高层建筑结构设计；设计特点；常见问题

前言

众所周知，高层建筑已经成为了今后建筑行业发展的一个重要趋势，尤其是对于一些房屋建筑以及办公建筑来说，高层建筑更是已经成为了最为突出的一个方面，对于这种高层建筑的施工建设来说，最为关键的一点就是应该保障其具备着较强的安全性和稳定性，而这种安全性和稳定性的保障又必须要从高层建筑的结构方面进行相应的控制和管理，因为高层建筑的自身特点决定着其这方面的设计难度是比较大的，并且当前人们对于高层建筑结构所提出的要求也越来越多，因此，针对当前我国现阶段高层建筑的结构设计工作进行优化和完善也就显得极为必要，并且已经成为了今后相关设计人员研究的一个重点所在。

1高层建筑结构设计特点

1.1水平荷载成为决定因素主要有如下两方面

一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比。另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

1.2 轴向变形不容忽视

高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整。另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

1.3 侧移成为控制指标

与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

2不同类型高层建筑，选择合理的结构体系

2.1 结构的规则性问题

新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息﹑嵌固端上下层刚度比信息等。而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案”。因此，结构工程师在遵循新规范的些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

2.2 结构的超高问题

在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B 级高度的建筑。因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B 级高度建筑甚或超过了B 级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期﹑造价等整体规划的影响相当巨大。

2.3 嵌固端的设置问题

由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置。因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计﹑嵌固端上下层刚度比的限制﹑嵌固端上下层抗震等级的一致性﹑在结构整体计算时嵌固端的设置﹑结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

3高层建筑结构设计中的扭转问题

3.1 减轻扭转破坏的方法

由于地面运动﹑建筑物质量分布的不均匀﹑结构刚度计算的局限性﹑设计假定与实际地震波相符程度以及抗扭构件的非对称性破坏等将引发结构的扭转振动，高层建筑结构的扭转振动是难以避免的。在设计中应尽量防止结构具有较大的扭转效应，同时，在构造上采取措施，以减小扭转。

3.2 改善扭转效应

改善扭转效应的原则：削弱中间，加强周边。改善扭转效应主要的方法有：建筑平面及其抗侧力结构平面布置规则﹑对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变；尽量加大周边构件截面，增大平面抗扭刚度；加厚离质心较远处的剪力墙厚度，使质心与刚心重合，减小偏心率；平面凹凸不规则处加拉梁，有条件的应增设拉接楼板；刚度很大的简体可加设结构洞以减小刚度偏心，楼板薄弱处局部加厚。总之，一幢建筑结构的动力性能基本上取决于它的建筑布局和结构布置。

3.3 抗扭措施

1）根据建筑高度的不同，选择合适的结构类型。

2）框架结构和框架一剪力墙结构中，框架和剪力墙均应双向设置，柱中线与剪力墙中线﹑梁中线与柱中线之间的偏心距不宜过大。

3）关于剪力墙：剪力墙宜贯通房屋全高，且横向与纵向剪力墙宜相连；设置在墙面不需要开大洞口的位置；房屋较长时，纵向剪力墙不宜设置在端开间；剪力墙洞口宜上下对齐。

4）框架一剪力墙基础应有良好的整体性和抗转动能力。

5）框架的角柱，其调整后的组合弯矩设计值﹑剪力设计值尚应乘以不小于1.1 的增大系数。

6）剪力墙各墙肢截面组合的弯矩设计值，一级剪力墙的底部加强部位及以上一层，应按墙肢底部截面组合弯矩设计值采用，其他部位应乘以增大系数1.2。

4高层建筑结构分析和计算问题

在结构计算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进。因此，结构工程师也应该有一个清晰的认识。

5地震作用下建筑结构设计

地震时，由于地震波的作用产生地面运动，通过房屋基础影响上部结构，使结构产生振动，房屋振动时产生的惯性力就是地震荷载。地震波可能使房屋产生垂直振动与水平振动，但一般对房屋的破坏主要是由水平振动引起。因此，设计中主要考虑水平地震力。大量震害表明：与低层建筑相比，高层建筑受地震影响的范围更广一些，振害后果也更严重一些。所以较确切地估计高层建筑的地震作用，是十分必要的。

6结语

随着现代社会经济的不断发展，人民生活质量水平不断提高，人类的居住环境﹑居住条件和居住需求也在不断的变化，建筑物越来越朝着高层建筑的方向发展，建筑类型与功能愈来愈复杂，结构体系的更加多样化。因此，结构设计人员要提高水平，使建筑的结构设计更安全﹑更合理。

参考文献：

［1］赵旭.针对高层建筑结构设计的要点研究［J］.黑龙江科技信息，2015，09∶164.

［2］王慧君，徐勇.高层建筑结构设计的要点探析［J］.科技与企业，2014，06∶171.

［3］杨留学.论高层建筑结构设计的注意事项和要点分析［J］.门窗，2012，08∶225-226.