高层建筑结构设计要点分析

张朔元

摘 要：随着高层建筑技术的迅速发展，人们对建筑的要求也提出了更高的要求，如何设计出舒适、安全经济实用又符合人们的精神生活要求的建筑已成为首要解决的问题。

关键词：高层建筑；结构设计；要點

一、高层建筑结构设计特点

1、水平荷载是决定因素

首先，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引发的轴力及弯矩的数值，仅仅和楼房高度的一次方成正比，但是水平荷载对结构产生的倾覆力矩和在竖向构件中由此引起的轴力，与楼房高度的两次方成正比；另外，对一些一定高度楼房来说，竖向荷载基本上是固定值，但作为水平荷载的地震作用和风荷载。

2、侧移是控制指标

和低层楼房不同，高层楼房结构设计中的结构侧移是关键因素。随着楼房高度的不断增长，水平荷载下结构的侧移变形也随之迅速增加，结构顶点侧移与建筑高度的四次方成正比。所以结构在水平荷载作用下的侧移必须要控制在一定限度之内。

3、结构延性成为重要设计指标

延性是指构件和结构屈服后，在承载能力不降低或基本不降低的情况下，具有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比来表示。受弯构件会随着荷载的增加，首先受拉位置混凝土出现裂缝，表现出非弹性变形。然后受拉钢筋屈服，受压位置高度降低，受压位置混凝土被压碎，最后导致构件被破坏。

4、轴向变形也不容轻视

在高层建筑理，竖向荷载数值会较大，会使柱中引起很大的轴向变形，从而会导致对连续梁弯矩产生一系列的影响，使连续梁中间支座处的负弯矩值变小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值变大，对预制构件的下料长度也会产生影响，这就要求依据轴向变形计算值，对下料的长短做出相应调整；另外对构件剪力和侧移也会产生影响，和考虑构件竖向变形相比较，结果会偏于不安全。

二、高层建筑结构设计的原则

1、建筑结构设计往往会涉及到一些关键的理念，如：“强柱弱梁”，“强剪弱弯”等，这些设计师需要注意。结构体系是由不同的构件协调组成的，因此各构件都发挥着不同的作用，在整个建筑中有轻重之分。

2、在设计过程中的安全架构必须是层层设置，尤其是当灾难发生时的抵抗外力破坏将发挥有效作用。如果只是将抗风险的希望都集中寄托在建筑的某一个结构上，这是非常不稳定的。多肢墙优于单片墙，框架剪力墙好于纯框架好等等，这些都是防御层的设计思路的重要体现。

3、需要坚持科学建筑结构的优点互补的原则。结构过于刚性其变形能力差，如果建筑受到巨大的破坏力则，应该要承受的损害更大，常常发生局部破坏，但结构过于限制外力，但往往因为变形过大而难以正常使用。

三、高层建筑结构设计要点

1、地基与基础设计

高层建筑结构中地基是建设施工的基础。建筑设计师在进行高层建筑结构设计的过程中要对建筑地基进行全面了解，要对建筑结构和建筑环境进行全面分析，确保将环境和施工有效结合在一起，提高设计的可实行性。我国的建筑环境差异较大，地质情况各不相同，因此在进行设计的过程中设计人员要对地质状况进行深入研究，确保施工顺利进行。设计人员要首先对地质水位进行勘探，对地质数据、上层结构类型、使用功能、施工条件进行综合考虑。其次要对周围建筑环境安全进行研究，观察建筑物沉降或倾斜状况。最后要对建筑物设置位置及标高进行了解，对建筑施工科学性进行分析，确保施工顺利进行。

2、水平荷载问题

施工的过程中影响建筑质量的因素主要有：垂直荷载、风力产生的水平荷载、地震抵抗力等。水平荷载对建筑质量起决定性作用。水平荷载是建筑结构设计的主要控制因素，其在楼房自重及楼面自重等方面具有非常好的结构控制效果，可以对楼房结构进行倾覆，加强建筑竖构件的作用力。设计人员要对水平荷载的大小和方向进行分析，对水平荷载可能导致的高层建筑结构问题进行预防和控制，加强对建筑结构的强化效果，减少水平荷载造成的建筑结构问题。

3、结构侧移问题

侧移问题是当前高层建筑设计中的关键影响因素。在高层建筑结构中，水平荷载作用可以导致高层结构向侧面变形，导致建筑结构出现侧移。因此，设计人员要对结构强度进行有效控制，加强对风荷载作用力产生的内力抵抗效果，要对内侧的刚度进行强化，确保在水平荷载下产生的侧移在一定的范围内，降低可能出现的侧移问题，提高高层建筑的使用安全性。设计人员要对高层建筑的侧移进行定时监测，对超出侧移范围的高层建筑及时进行处理，降低可能出现的建筑质量问题和安全问题。

4、结构延性问题

高层建筑结构具有较好柔和性，在地震作用下可以形成更大的形变。为了提高高层建筑结构的抗震作用，设计人员要对建筑结构塑性形变进行强化，保证高层建筑在进行塑性形变的过程中仍具有较强的抵抗变形能力。要在进行高层建筑结构设计的过程中对高层建筑结构进行合理强度强化，对高层建筑边角、高层建筑底座等部分进行合理处理，保证高层建筑结构具有足够的延性，加强高层建筑的安全性和稳定性。

5、结构选型问题

高层建筑结构施工工艺在一定程度上不仅会影响到建筑施工材料的消耗，还在很大程度上影响到工期和质量。因此在进行高层建筑结构选型的过程中，设计人员要对建筑结构体系进行全面控制，对建筑结构工艺进行合理选取。在进行选型的过程中，设计人员要对高层建筑结构平面及立面进行控制，保证将建筑结构的几何中心、刚度中心、结构中心有效汇于一点，提高单独结构的控制效果。要注意将建筑结构力学分析进行完善，保证建筑施工的受力效益和受力特性，对高层建筑结构选型概念阶段进行设计，保证建筑施工的经济效益。设计人员要对选型环境、工艺、施工效果等因素进行全面考虑，提高建筑结构的综合效益，降低可能出现的工程资源消耗和工程资源浪费现象。

6、抗震及连梁问题

在进行抗震设计的过程中，高层建筑一般不采取单纯框架结构体系，常选取框架一剪力墙、剪力墙、筒体结构等完成对自身结构的加固和抗震。这种方法可以有效提高对地震的抵抗效果，加强建筑结构的经济性。除此之外，高层建筑在进行内力和位移计算的过程中还常使用弹性刚度。弹性刚度可以有效对连梁超筋或截面控制超过剪压比的连梁刚度进行控制，提高连梁的效果。在框架-剪力墙结构中，设计人员可以对连梁的刚度进行降低，对刚度系数进行折减。当折减后建筑结构仍不能满足设计的需要和要求，设计人员可以适当对连梁进行内调幅，但是在实际调幅过程中要保证调幅力度低于20%。

结速语：高层建筑由于其层数较多、空间结构的变化性较大，对于安全性、耐久性以及抗震性能具有特殊的要求，混凝土的结构设计状况在更高的程度上，为建筑质量施加直接的影响。因此，高层建筑的建设单位极其注重其中混凝土结构的设计工作。

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