1、高层建筑结构设计优化的思考摘 要：随着高层建筑在我国的迅速发展，复杂的不规则高层建筑越来越多，如何正确进行结构设计和结构计算，以满足新规范的要求，成为了结构设计师面临的主要问题。本文简要论述了现有的各种高层建筑结构设计的特点和原则，并阐述了高层建筑结构分析与设计方法，最后对抗震分析与设计在高层建筑的应用进行了探讨。从而进一步完善高层建筑结构设计，促进高层建筑的发展。 关键词：高层建筑设计；结构体系；设计特点原则措施 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 高层建筑结构不但承受着由于外界的风产生的水平方向的荷载，同时也承受着在垂直方向的荷载，并且对于地基的抵抗能力也有要求，一般情
2、况下，建筑结构受低层建筑结构水平方向上的影响较弱，但是在高层建筑中，外界地震的影响和外界风产生的水平方向的荷载的影响是主要的因素。随着建筑物高度的增加，高层建筑的位移增加较快，但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度，同时使得建筑物的使用受到影响，并且容易损坏结构构件以及非结构构件。 一、高层建筑结构设计的特点 1、轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测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
3、竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。 2、结构延性是重要设计指标：相对于低层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。 3、水平荷载成为决定因素：一方面，因为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
4、性的不同而有较大幅度变化。 二、高层建筑结构的相关问题分析 1、结构的超高问题：在抗震规范和新规范中，对结构的总高度有着严格的限制，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 级高度以外，增加了 B 级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。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、短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为58 的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，
5、因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。 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。 4、结构的规则性问题：新旧规范在这方面的内容出现了较
6、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这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。三、高层建筑结构设计优化策略 1、抗风设计优化策略 高层建筑的抗风结构设计可以从四个方面入手： 第一，是基础设计，既建筑物的根基设计，坚实的地基基础是高层建筑物抗风能力的有力保证，选用级配较高的砂石，保证回填材料的密实程度，防止水平作用力对结构产生倾覆性的威胁。 第二，是根据能耗的原理，设计高层建筑物支撑、剪力墙、梁柱。楼板构件等，让
7、其形成一个减震系统，减耗自然风能。 第三，提高建筑物的承载力和刚度，也是高层建筑物抗风设计的重要因素，根据风荷载的多变性和复杂性的特点，笔者认为承载力和风荷载务必经过周密计算，并根据相关的规范设计要求，通过合理的结构设计提高建筑物的抗风能力。 2、抗震结构设计优化策略 抗震是每个建筑物必须考虑的重点内容，尤其高层建筑物，抗震设计更加至关重要，其优化设计的内容如下： 第一，提高建筑物结构设计的规则性，合理设置抗侧力构件的位置，以此形成承载力的合理性分布体系，垂直方向需要通过抗侧力构件刚度和强度来提高，满足其连续和均匀稳定性。 第二，地基的抗震设计。地基沉降现象是地震时建筑物结构破坏的最直接原因，
8、当地基发生沉降的时候，建筑物的结构会发生开裂等破坏，因此，地基施工的时候，必须结合地震对其的破坏特点，进行针对性设计。一方面，简化建筑物的建筑平面，减少阴角的平面布置，将外部形状和高度存在差异性的建筑物以栋为单位分割，通过施工设计安排，提高地基的刚度和强度，另一方面则是将桩埋置在一定的深度内，将群桩、上部结构重点控制在同一直线上。 第三，剪力墙结构设计。剪力墙是重要的承重构件，剪力墙是用来提高承重结构构件的抗侧力的部分，满足承载力的延续性和耗能能力，有效的提高抗震承受能力。 第四，消防结构设计的优化。高层建筑的消防结构设计目标定位于提高建筑物使用者生命及财产的安全性，防患于未然，提高建筑物的消防功能，对于消防结构设计的优化首先应该从优化防火间距出发，精确计算建筑物之间的距离，因地制宜设计提高消防装置的灵活性，让问题出现时能够为使用者逃生提供更多的机会。 四、小结 随着城市经济水平的不段提高，以及人们对物质文化生活需求的不断提升，人们对于建筑物的关注不断从舒适角度出发，同时要从安全角度出发，考察设计者的设计理念，关注建筑物的使用性能。 参考文献： 1肖峻高层建筑结构分析与设计J中化建设 2008（12） 2范小平高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析J福建建材 2008（6）
