高层建筑结构设计要点分析

王志勇

【摘 要】最近几年以来，伴随着我国高层和超高层建筑工程不断增多的数量，一系列的弊端与问题在结构设计中不断地涌现了，专业的设计人员必须在实践中不断积累经验和总结经验，本文根据笔者工作经验，结合了某工程案例，主要就建筑结构设计的相关问题进行分析。希望能给专业的设计人员参考借鉴。

【关键词】高层建筑；结构设计

0.前言

现代建筑的结构设计工作的效率与质量要求越来越严格，出现了高度越来越高、层数越来越多、结构体系越来越复杂的新特点。建筑结构的设计应对各方面的因素与条件进行综合考虑，应用先进的设计理论、模式与方法，对设计方案不断完善，从而提供给工程项目建设必须的技术文件，好的结构设计方案不但要兼具经济性、可行性和合理性等特征而且要具有相当的规范标准与技术准绳的要求，专业的设计人员必须在必须加强理论知识的研究与专业知识的学习，这样才能全面提升和有效促进建筑结构设计的质量。

1.现代建筑结构设计的要点分析

（1）起决定性因素的水平荷载是绝对不允许被忽视的，现代的建筑结构设计的过程中：楼面使用荷载和建筑物的自重等因素将在竖构件中通常引起与建筑物高度的一次方成正比例而水平荷载对于建筑结构产生的倾覆力矩及其在竖构件中引起的轴力，则是与建筑物高度的二次方成正比的一定的轴力与弯矩数值，所以，竖向荷载基本是定值，而地震作用、风荷载等水平荷载的数值则会随着建筑结构动力特性的不同，而会出现很大幅度的变化，在建筑结构设计过程中，这种情况经常出现，这是必须在设计工作中进行详细计算与周密分析的原因所在。

（2）在高层建筑结构设计过程中，轴向变形也是必须考虑进去的，可能会由于数值较大的竖向荷载，轴向变形可能在柱中引起一定程度的发生，引起连续梁中间支座处的明显减小的负弯矩值越来越明显，也会产生影响预制构件下料的长度，设计人员要依据轴向变形的实际计算值，合理调整下料长度，而达到影响连续梁弯矩的目的。

（3）设计工作还有一项重要的控制指标——侧移，必须将水平荷载作用下的建筑结构侧移控制在一定的限度之内，原因是：，侧移在高层建筑结构设计中已经成为重要的控制指标，特别是伴随着建筑物高度不断增加，建筑结构的侧移变形在相同水平荷载下增大显著，这是与与多层建筑完全不同的。

（4）设计工作还有一项重要指标——结构延性，在相同的地震作用下变形相对而言比较大，相比较于小高层、多层建筑而言，层数较高的建筑结构会相对更加柔软一些。在结构设计中必须采取相应的工艺与技术措施，以保证建筑结构具有足够的延性，这都是为了保证高层建筑结构进入塑性变形阶段后，依然会具有非常合理的变形能力，避免建筑物倒塌或者发生别的危险。

2.建筑结构设计工程实例

本文以某高层住宅建筑工程这个项目为例，需要指出建筑结构设计的基本流程与注意事项如下：建筑工程这个项目位于某城市的市中心繁华的地段，地上20层，地下1层，建筑总高度达到78.3m，建筑总面积大约25万m2。宅建筑工程这个项目建筑结构的长宽比v为3.8～7.4，高宽比为5.6～10.1。宅建筑工程这个项目所在地有着平坦的地形，以人工填土为主的表层，土层在垂直与水平方向有着非常稳定的分布，一般第四纪沉积土层的以下部分。宅建筑工程这个项目建筑的结构为二级安全等级，抗震设防重要性为丙类抗震设防，基本风压0.45kN/m2，抗震设防烈度为9度抗震设防烈度。

2.1主体结构设计

高层住宅建筑工程这个项目的主体结构采用的是剪力墙——现浇钢筋混凝土框架结构体系。其中框架的抗震等级为二级抗震等级，剪力墙的抗震等级为一级抗震等级。高层住宅建筑工程这个项目中部布置剪力墙，形成筒体，并且将其作为主要的抗侧力构件，设置框架柱在筒体周围合理，这都是结合建筑物的实际使用功能。高层住宅建筑工程这个项目在地下室顶板是结构嵌固端，将板厚设定为180mm，板配筋为双层、双向形式的满布。地上部分的楼层主次梁沿Y向布置，以利于减小主梁的高度，增加使用净高，层楼板厚为110mm。这是为了充分考虑其承受与传递地震作用产生水平力的问题，这是由于本工程受到层高与使用功能的限制。

2.2基础设计

设计人员根据高层住宅建筑工程这个项目X向基础梁的尺寸为900×1800，Y向基础梁的尺寸为1000×2000或1800×2000，这是由于所在地的地质勘探及地基承载力的实际计算结果所决定的。高层住宅建筑工程这个项目由于受到筒体内电梯基坑、集水井局部下沉的影响，因此最终决定采用梁板式筏形为基础，筒体四周的板厚为1.5m，剩下部位为1.0m板厚，所以，非常有可能导致导致主梁难以正常贯通，筒体部位的竖向荷载也相对较大。高层住宅建筑工程这个项目计算基础结构过程中，要特别重视各类技术资料与数据的收集和整理，进行计算时采用弹性地基梁板基础软件，真实性与可靠性是能够确保计算结果的。

2.3框支层结构设计特性质和用途，例如我国天安门城楼，其所以如此雄伟壮观，除了其他条件之外，夸张的色彩、壮丽的城墙给人以坚实、雄厚的感觉是一个重要因素，人民英雄纪念碑也是利用了石材的实体质感以取得庄重浑厚的肃穆效果

除了以虚为主和以实为主的处理外，还有虚实均匀布置，虚实成片集中布置，虚实交错布置，以强烈的虚实对比达到突出重点的效果，或按一定规律的连续重复的虚实布置造成某种节奏和韵律效果。

目前，随着玻璃材料工业的发展，具有各种色彩和性能的玻璃使建筑“虚”的部分具有新的面貌，许多建筑采用了隔热的蓝色茶色吸热玻璃，使建筑增加了不少色彩，大片的镜面玻璃反映着周围环境时刻变幻的景色，更显得光怪陆离。但是更多的色彩还是靠实体墙面实现的。不少公共建筑和居住建筑恰当地利用了这个条件，非常注意实墙面的装饰色彩作用，使建筑艺术得到了充分的发挥。不论虚或实，都要结合恰当的比例、尺度以及其他构图原则，力求避免可能产生的或轻佻、单薄或笨重、呆板等不良效果。

3.案例分析

某游泳中心包括训练、教学、办公、食宿等，是一个综合性场所。设计从各个功能的用途，使用者使用角度出发，分析了它们之间的关系，布局紧凑合理，提供了最大程度的便利性，发挥了综合性场所的优势。在其建筑立面造型设计上通过综合分析各功能之间的关系，从使用者角度出发，将实用性与艺术性相结合，是建筑既融入环境，又独具特色，成为舒适宜人的环境场所。

图1 建筑立面造型设计鸟瞰图

建筑立面造型设计上，首先尊重现有的基地环境，尊重整体风貌，将技术性和艺术性相结合，力求创造一个现代的新型的游泳运动管理中心。建筑形体北高南低，变化错落有致。屋顶造型既保持了整体感，又表现出沉稳的特征。建筑西面正对西平水库设置条形观景落地窗，把自然水景引入建筑内部，建筑与环境完美地融合在一起。不同建筑构件、材质和色彩的搭配，既实用又美观，使得空间流动起来，建筑充满着朝气、活力，环境舒适宜人。

4.结语

从建筑设计经验，笔者认为建筑造型设计应该在平面空间设计的基础上对建筑表现形式从总体到细部作进一步的研究、协调和深化，根据现代建筑的基本特征，建筑形式应能充分反映建筑内容，达到形式和内容的完善统一。这就要求我们首先对建筑造型艺术有充分的深刻认识，掌握设计建筑造型艺术的基本特点和要求，才能为造型创作开辟正确的道路。