高层建筑结构设计要点分析

林风珍

【摘要】随着高层建筑在我国的迅速发展，建筑高度的不断增加，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，给结构设计人员也提出了更高的要求，由于高层建筑结构具有其自身的特点，所以在建筑结构设计中要充分考虑其自身特点从而保证结构设计的合理性，从而保证建筑的后续建设的顺利性。本文基于高层建筑结构设计人员在实践中的体会，分析高层建筑结构设计的特点及设计要点，以期为建筑业的发展提供参考思路。

【关键词】高层建筑；结构设计；要点分析；

一、高层建筑结构的特点

1.水平载荷成为决定因素

高层建筑的设计和建造过程区别于低层建筑，不仅要考虑竖向载荷，更重要是考虑水平载荷的影响。高层建筑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，仅与建筑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，对一定高度建筑来说，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，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

2、抗震设计要求更高

相对于低楼层而言，高楼层具有独特的特性，高楼层拥有更好的柔性，由此在地震作用下的变形更大一些。所以高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

3、轴向变形不容忽视

在有外力作用的情况下，建筑结构会发生一定的位移，包括弯曲、轴向变形和剪切变形。对于低层建筑的结构，一般的结构构件轴向和剪切变形的影响相对小，由此不会涉及到轴向变形和剪切变形问题的考虑。但是高层建筑的轴力相对较大，由此产生的轴向变形就会比较显著，由此在建筑結构设计中就要把轴向变形考虑进去。

二、高层建筑结构体系

1、框架结构体系

整个结构的纵向和横向全部由框架构件组成的结构成为框架结构。框架既负担重力荷载又负担水平荷载。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可提供较大的内部空间。但由于结构属于柔性结构体系，在水平荷载作用下，强度低，刚度小，水平位移大，在高烈度地震区不宜采用。目前，主要适用于10～12层左右的商场，办公建筑。如果过高，就要靠加大梁，柱截面来抵抗水平荷载，从而导致结构的不经济，因此在高层建筑的使用时应该重点考虑。

采用框架结构的高层建筑，框架底层往往出现塑性变形集中现象。这是因为建筑地面以下基础部分的抗推刚度很大，相对而言，建筑底层的抗推刚度就很小，形成刚度突变。在遭遇地震时，建筑容易因框架底层的塑性变形集中而导致破坏。如果在框架的地上一二层采用型钢混凝土，可以减小该处的刚度突变。

2、剪力墙体系

剪力墙体系是另外一种结构体系。一般用于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。在承受水平力的作用时，剪力墙相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。它与框架结构相比，它的特点就是刚度比较好，不易变形，空间整体性好，在钢材的使用上比较节省，成本方面比较经济，空间处理也比较容易，在抗震设计上，由于不易变形，所以能够较好地满足抗震要求。

3、框架―剪力墙结构体系

框架―剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件，框架和剪力墙协同工作的体系。在框架一剪力墙结构中，由于剪力墙刚度大，剪力墙承担大部分水平力（有时可以达到80%～90%），是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载，提供较大的使用空间，同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙，其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了，在地震作用下层间变形减小，因而也就减小了非结构构件（隔墙和外墙）的损坏。这样无论在非地震区还是地震区，都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成简体结构，布置在内部，外部柱子的布置就可以十分灵活；内筒采用滑模施工，外围的框架柱断面小、开间大、跨度大，很适合现在的建筑设计要求。

4、筒体体系

将剪力墙在平面内围合成箱形，形成一个竖向布置的空间整体受力的框筒，这就是所谓的筒体体系。通常筒体结构基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。近年来由于高层建筑的高度不断的创新，建筑结构设计受到前所未有的挑战。所以，筒体结构体系的应用越来越受到重视，简体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。

三、高层建筑结构设计要点

1、地基与基础设计方面

高层建筑结构中地基基础设计是建设施工的基础。不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。因此，在进行地基基础设计时，在地基基础设计中要注意对建筑结构和建筑环境进行全面分析，对地质状况进行深入研究，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

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。

4、短肢剪力墙设置问题

短肢剪力墙在规范中是这样定义的：墙肢截面高厚比为5-8的墙。实践表明，短肢剪力墙在高层建筑中的运用增加了相当多的限制。因此，高层建筑结构设计过程中，应当根据情况尽可能少的使用或尽量避短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

5、嵌固端的设置问题

高层建筑通常都有二层或二层以上的地下室和人防，由此嵌固端的设置位置可能在地下室顶板，也有可能在人防的顶板。在进行高层建筑结构设计的过程中，结构设计人员要特别注意嵌固端的设置问题，防止由于嵌固端设置所造成的问题。

结语

高层建筑是一种更为复杂的建筑模式，然而建筑的结构设计效果并不理想，高层建筑安全问题发生的频率相对较高，由此在高层建筑结构设计过程中，建筑结构设计人员更应该根据建筑结构的特点，认真考察建筑具体实际，从而设计出合理的设计方案，保证建筑的安全性和稳定性，发挥建筑的效益，从而满足建筑使用群体的要求，同时为建筑业的更快更好发展做出贡献，使得建筑业可以有更长足的发展空间。

参考文献：

[1]于险峰.高层建筑结构设计特点及其体系[J].建筑技术，2009，（8）.

[2]王永红.某高层建筑结构设计解析[J]《中华建设》2011年第9期