1、1高层建筑结构设计之我见摘要：随着我国国民经济不断发展和人民生活的迅速提高。高层建筑结构设计给工程设计人员提出了更高的要求，建筑高度的不断增加, 风格的变化多样， 给高层结构设计提出了新的课题和挑战。 本文对高层建筑结构设计进行探讨。 关键词：高层建筑；结构设计；概念；技术分析 中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号： 前言： 近年来，高层建筑发展十分迅速，建筑造型新颖独特，建筑物的高度与规模不断增加。随着高层建筑进一步的发展，满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。实践表明在高层建筑的结构设计与施工过程中，设计、技术人员只有概念清晰，措施得当，才能不断地完善和发
2、展高层建筑。 1高层建筑结构受力概念 对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空问组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。 建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能2将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。 对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是，随着高度的不断增加。竖向结构体系
3、成为设计的控制因素，其原因有两个：其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。 与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形，可见，高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。 不同抗震等级，结构构件的内力增大系数和构造要求是不同的，对结构中某一构件，随着抗震等级的提高，其内力增大系数随之也
4、增大，构造要求也更为严格，因此，实际上也提高了结构的安全度。 超限高层抗震性能目标，增大结构地震作用，实际上加大其构件的内力设计值，对构件的截面和配筋相应也加大，结构安全度也相应的提高。 因此，不管采用提高结构抗震等级的手段还是设定抗震性能目标的方法，均可提高结构的安全度，这是它们的相同点，不同的地方在于出3发点不同，手段不同，结果也有差异。 超限高层建筑抗震性能目标与提高抗震等级之间的差异，首先，设定抗震性能目标，增大结构地震作用，加大其构件的内力设计值；而提高抗震等级通过放大构件内力的手段，从而达到加大构件截面和配筋。 其次，设定抗震性能目标，可以通过结构的刚度关系，有目的地加大重要构件的
5、内力设计值，而提高抗震等级，是普遍地提高其构件的内力设计值，目的性不是很明确。 2高层建筑结构设计的基本要求 2.1 结构的规则性 2.1.1 不应采用严重不规则的结构体系。建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，应符合下列要求： （1） 应具有必要的承载能力、刚度和变形能力； （2） 应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力； （3）对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。 2.1.2 高层建筑的结构体系尚宜符合下列要求： （1）结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免
6、因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位； （2）宜具有多道抗震防线。 2.1.3 规则结构的主要特征。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、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4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。 规则结构一般指：体型（平面和立面）规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀，无突变。 2.1.4 规则平面布置需满足的要求。结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影响。在地震作
7、用下，建筑平面要力求简单规则，风力作用下则可适当放宽。抗震设防的高层建筑，平面形状宜简单、对称、规则，以减少震害。 在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。抗震设计的B 级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑，其平面布置应简单、规则。 3高层建筑结构设计关键技术分析 3.1 水平荷载相对于竖向荷载显得更为重要 结构需同时承受竖向和水平荷载，低层结构以抵抗重力为代表的竖向荷载为主，而水平荷载所产生的内力、侧向位移很小。对高层结构来说，随着建筑高度的增加，水平荷载随建筑高度的增高迅速增大。如把建筑物视作一简单的竖向悬臂构件
8、，构件中由竖向荷载产生的轴力与高度（H）成正比；水平作用产生的弯矩与高度（H）的平方成正比；水平作用产生的侧向位移则与高度（H）的四次方成正比。对某一高度确定的5建筑，结构竖向荷载的大小基本稳定，而水平方向上风载和地震作用的数值大小往往会随高层建筑结构的动力特性不同而存在较大幅度的变化。可见，水平荷载对高层建筑结构的影响大，侧向位移成为结构设计的主要控制目标之一。 3.2 控制结构侧移是关键因素 与低层建筑结构的设计不同，高层建筑结构的侧移是其结构设计过程中的关键决定性因素。随着建筑高度的不断增加，水平侧向荷载下的结构侧移变形会快速增大。侧向位移过大将使结构产生附加内力，特别是对竖向构件，附加
9、偏心力超过一定限值时，将会引起整个结构的倒塌破坏；同时，在风荷载作用下，如果侧向位移过大，将会引起居住者工作者的不适，在地震作用下，如果侧向位移过大，更会让人感到不安和惊慌。 3.3 结构轴向变形的影响显著 对于高层建筑结构，由于层数多、高度高，轴力很大，从而沿高度逐渐积累的轴向变形很显著高层建筑结构中，一般竖向荷载的数值较大，在柱中会引起较大范围的轴向压缩变形，对结构体系中的连续梁弯矩大小产生显著影响。高层建筑的轴向变形的差异会达到一个比较大的数值，从而引起跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大，连续梁中间支座处的负弯矩值减小。 3.4 结构延性的重要性 高层建筑相对于低层或是多层建筑来说结构更柔
10、一些，受到地震的影响后，结构变化更大一些。所以采取恰当的措施保证结构具有足够的6延性，使结构在塑性变形阶段仍然具有较强的变形能力。 4.结语 近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。 参考文献： 1都凤强。高层建筑结构设计的实践探讨J。科技创新导报，2009， （21）. 2刘露。对某住宅建筑结构设计的分析J。沿海企业与科技，2009， （8）. 3吴晓琳。浅析高层建筑结构设计与特点J。中国高新技术企业，2009， （11）. 4杨琦。高层建筑结构特点及其体系J。沿海企业与科技，2007， （1）.
