1、浅谈高层结构设计的特点及应注意的问题摘要：高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。本文主要就是针对高层结构设计的特点以及应该注意的问题来进行分析。 关键词：高层结构设计 特点 问题 中图分类号：TU318 文献标识码： A 1、高层结构设计的特点 1.1、控制指标侧移 高层建筑物在水平荷载作用下的侧移变形量与建筑物高度的四次方成正相关。对超高层结构顶部，在水平荷载作用下可能会发生多达几米的水平移动，令住户产生眩晕和不安，故高层建筑的水平侧移必须被控制在一个允许的范围内。 1.2、水平荷载是设计的
2、决定因素 对高层建筑结构竖向构件内力中，由楼面使用荷载以及楼体自重产生的弯矩、剪力和轴力值只与建筑物高度呈正相关；由建筑物的水平荷载(风荷载和地震作用)产生的倾覆力矩及其竖构件内产生的轴力值均与建筑物高度成正比。即随着建筑高度增加，水平作用对竖向构件产生的效应逐渐成为高层建筑的控制效应。 1.3、充分重视轴向变形 高层建筑的竖向的荷载非常大，在柱中会引起明显的轴向变形，当设计中未充分考虑轴向变形的影响时，会引起结构的次生内力。 2、高层建筑结构分析与设计方法 由竖向抗侧力构件(筒体、剪力墙以及框架等等) 通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系就是高层建筑的结构。要完全精确地按照三维空间结构进行
3、分析是相当困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。下面是常见的一些基本假定: 刚性楼板假定、弹性假定、小变形假定以及计算图形的假定。 对于框架-剪力墙体系而严，框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大都采用连梁连续化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式也是不相同的。框架-剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体
4、墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的计算方法是平面有限单元法。筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类: 等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法来分析；等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理；比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆-薄壁杆系矩阵位移法。 3、高层建筑结构设计的要点 与低层、多层建筑的设计相比，高层建筑的结构设计显
5、得更为重要。不同结构体系的选择会直接影响建筑的平面布置、楼层数目、各种管道的布置、施工技术要求及投资的多少等。高层建筑结构设计的主要特点如下： 3.1、抗震设计要求更高 高层建筑的抗震设计要努力做到“三水准”的要求，即“小震不坏，中震可修，大震不倒” 。要想在建筑结构抗震领域取得突破就必须在结构与地基的材料特性、动力响应、计算理论、稳定标准等方面得到切合实际的发展。 3.2、侧移成为控制指标 建筑结构的侧移随高度的增加而迅速增大( 侧移量与楼层高度的四次方成正比) ，因此结构侧移成为高层建筑结构设计中的关键因素。 3.3、轴向变形不可忽视 当楼层很高时，由楼房自重产生的轴向压应力可使中柱产生较
6、大的轴向变形，导致连续梁中间支座处的负弯矩值减小，而跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。 3.4、水平力是设计的主要因素 研究表明，楼房自重和楼面载荷在竖向构件中产生的弯矩和轴力的大小仅与楼房高度的一次方成正比，而水平载荷对建筑产生的倾覆力矩及轴力大小与楼房高度的二次方成正比。因此在高层建筑设计中水平力为设计的主要因素。 4、高层建筑结构设计应注意的问题 4.1、结构分析计算所应注意的问题 (1) 非结构构件的设计计算 所谓非结构构件，是指在高层建筑中为了实现美化功能而不在主体承重骨架体系之内的部分。对于这部分的设计，由于高层建筑受到风力和地震的荷载很大，所以在计算过程中要慎重，要综合考虑多方面
7、的因素。尤其是对于高层建筑屋顶结构部件的计算。必须严格遵守规范中的各项要求，保证建筑的安全性。 (2) 建筑物抗震等级的要求 地震是对高层建筑的较大威胁之一，高层建筑要根据当地建筑抗震设计规范来确定抗震强度，适宜的抗震强度不仅可以保证建筑的安全性能，而且还能充分利用建筑资源，既不会达不到要求，也不会造成浪费。抗震设计要遵循“小震不坏，中震可修，大震不倒”的原则。对于高层建筑的地下室部分，地下一层以下部分的抗震等级一般选择三级或者更低的等级。地下一层的抗震等级与上部结构相同。一般高层建筑的裙楼的抗震等级都不低于主楼的抗震等级。此外，应该注意地震对多塔高层建筑的影响，要考虑到各部分之间的干扰因素，
8、对是作为一个整体计算还是分开计算是计算过程中所需要注意的问题，采取合适的计算方法不仅可以节省时间，而且还能提高安全系数，减少安全隐患。 (3) 结构整体计算方法的确认 随着科学技术的不断进步，在结构的数据计算上，电子计算机技术发挥着越来越重要的作用。人们也开发出了许多计算软件，在数据计算上大大地节约了时间和精力。但是由于各种软件的功能各有侧重，并不完全相同，所以在选择过程中要进行多方面综合考虑，选择最合适的方法，确保钢筋混凝土高层建筑整体结构分析计算的合理性。如果选择不合适，不仅造成了时间与精力上的巨大浪费，而且还有可能对建筑结构的稳固造成影响。 4.2、基础和地基的设计中所注意的问题 基础是
9、结构设计的重点之一，基础的稳固有否直接决定着建筑的质量，一旦出了问题所造成的后果是无法估量的。在地基基础的设计过程中要注重遵守规范，特别是地方性的规范，因为我国地质条件复杂，而且在关于这方面的规范统一的参考资料较少，而地方性的资料恰恰可以填补这方面的空白。所以，在设计基础地基的时候，除了要有良好的施工水平，还要对地方规范有深入的学习研究，防止工程出现大的差错。 4.3、结构选型过程中所注意的问题 (1) 保证结构各部分的紧密联系，增强结构的整体性 高层建筑体量庞大，结构复杂，单纯一个整体结构不一定支撑整座建筑，可能需要多个部分连接起来 ，保证各部分的连接紧密性十分必要。高层建筑基础的整体性能及
10、基础和上部结构的稳固连接是结构整体性的重要保障。楼盖的存在为建筑提供着抗力和面内刚度，所以做好楼盖的整体性也是重要工作之一。 (2) 增强结构的抗震性能和强度 地震是对高层建筑的威胁之一，结构的抗震能力是建筑质量的综合反映，由于地震波是分为横波和纵波，所以作用力是多个方向的，建筑的结构也应该满足抵抗各个方向地震作用力的要求。主要是通过增强水平和竖直方向的抗剪力能力来实现。在选择结构材料时除了要有足够的强度，还应该注意减少形变和有较强的抗扭转强度。保证结构在地震情况下的稳定。 (3) 做好框架剪力墙结构的设计优化，在保证功能的前提下尽量简化结构。好的剪力墙结构设计可以把建筑的结构延性和结构刚度完
11、美地表现出来，要根据规范将延性和刚度进行协调，尤其是要做好短肢剪力墙的设置，在高层建筑中，短肢剪力墙由于结构复杂，功能作用较小，使用率也比较低，在设计过程中，为了减少后续的工作修改和结构维修的麻烦，一般尽量少采用或者不采用短肢剪力墙。 (4) 在结构设计过程中要注意控制建筑物的高度，要严格按照规范执行 高层建筑对于设计和建造方面都有十分苛刻的要求：首先，随着建筑高度不断增加，对施工技术工艺的要求增加，设计成本也会不断增高，建成之后的运营和日常维护的费用也会增加；其次，建筑高度增加，对于自身承担各种荷载的能力也是一种考验，存在较高的安全隐患；此外对环境保护和资源节约也有消极作用，过高的高度对城市
12、自然环境造成不利影响，产生一系列连锁反应，还会使建筑材料资源不能得到充分利用，能源消耗也会增加，与当今可持续发展战略背道而驰。在项目工程审核过程中特别要注意建筑物过高的问题。 (5) 高层建筑的结构不仅应该满足其功能要求，更应该合理，减少设计的随意性。 由于高层建筑本身体量巨大，对于其结构要求要素也比较多。首先是要保证结构的安全系数，只有结构稳定了建筑物才能稳定。其次要满足其功能要求，要做到实用。此外，高层建筑物的体量大，结构方面应该注重整体化，高层建筑物的结构一般较为简单，设计严谨，并不刻意追求设计理念的随意性，些许的改变有可能影响整个建筑的安全系数。 总之，我国的高层建筑正随着经济的高度发
13、展越来越多,这对高层建筑的施工质量也提出了相当高的要求。高层建筑好的基础施工质量是整个高层建筑工程质量的关键。但是在高层建筑的基础施工过程中,一些看似对工程质量没什么影响的违规操作却为建筑的质量埋下了巨大的安全隐患。所以在高层建筑基础的施工过程中,施工人员要熟练掌握地基基础的处理技术和桩基础的土建施工技术。施工单位要制定相关的施工质量标准,对施工部门要加强培训和管理工作。要通过技术人员和管理人员的共同努力来控制施工质量,切实保障高层建筑的安全性与稳定性。 参考文献 1王旭.高层建筑结构设计中应注意的问题J.江西建材,2012,02:65-66. 2吴勋.高层建筑结构设计应注意的问题J.江西建材,2012,03:31-32. 3傅龙君.试析高层结构设计J.知识经济,2013,08:86. 4包焕康.试论高层建筑结构设计特点及关键技术J.商品混凝土,2013,05:99-100. 5郭峰,梁利生.高层建筑结构设计的问题及解决措施方案应用J.科技传播,2013,13:135-136.
