1、解析高层建筑结构设计摘要：随着我国城市化进程的不断推进，高层建筑越来越多，其结构设计质量却并不理想，本文笔者结合自身工作实践，对高层建筑结构设计工作做出分析，希望可以对我国高层建筑的结构设计工作的发展提出一些参考。 关键词：高层建筑；结构设计方法；问题分析 中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号： 前 言： 高层建筑是相对于多层建筑而言的，评判一栋建筑是否为高层建筑通常以建筑的高度和层数作为两个主要指标。多少层数以上或多少高度以上的建筑为高层建筑，全世界至今还没有一个统一的划分标准。在不同国家和各国家的不同时期，其规定也有差异，这与一个国家当时的社会经济发展水平是密切相关的。 我国高层
2、建筑混凝土结构技术规程 （JGJ 3-2010）规定，10 层及 10 层以上或房屋高度大于 28m 的住宅建筑以及高度大于 24m 的其他高层民用建筑混凝土结构为高层建筑。在结构设计时，高层建筑的高度一般是指从室外地面至檐口或主要屋面的距离，不包括局部突出屋面的楼电梯间、水箱间、构架等高度。 随着社会经济的发展和人口的不断增长，我国城市化水平不断提高，人口密度越来越大，可被利用的建筑用地越来越少，高层建筑的发展顺应了这种趋势，它至少具有三个方面的意义：一是节约用地；二是节省城市基础设施费用；三是改善城市市容。 1 高层建筑的结构特点 高层建筑结构设计是针对高层建筑特性的建筑结构设计（Desi
3、gn of building structures):在满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的要求下，按有关设计标准的规定，对建筑结构进行总体布置、技术经济分析、计算、构造和制图工作，并寻求优化的过程，有以下几个特点： 11 应重视轴向变形 在采用框架剪力墙或是框架体系的高层建筑中，边柱的轴压应力是要小于中柱的轴压应力的，所以边柱的轴向压缩变形也是要更小的。房屋越高，这种轴向变形的差异值就会越大，这样就会导致连续梁中间支座沉陷，其负弯矩值就会很小，而相对的跨中正弯矩值以及端支座负弯矩值就会很大。在高层建筑中，竖向载荷通常较大，就会引起较大的轴向变形，连续梁中间支座的负弯矩就会变小，跨中正弯矩值
4、和端支座负弯矩值就增大了。同时也会对预测构件的下料长度以及构件侧移和剪力产生一定的影响，所以必须充分的考虑到结构的轴向变形值。 12 结构延性是设计时重要参考参数 和楼层较低的结构相比，高层建筑的结构具有更好的柔和度，地震时所发生的变形也会更大。所以怎样才能保证结构具有更好的延性呢?当其进入塑性变形阶段后，结构不会坍塌，就必须要有很强的变形力，在构造上就应制定一些相对的措施。 13 水平荷载是决定性的因素 在多层以及低层的房屋结构中，通常都是以重力为代表的竖向荷载决定着结构设计。但是在高层建筑结构设计中，竖向荷载也会对结构设计产生影响，而起着决定性作用的还是水平荷载。主要原因是高层建筑的自重以
5、及在竖向构件上使用的荷载所引起弯矩和轴力的数值，都只是与建筑高度的一次方成正比，然而因水平荷载所产生的倾覆力以及轴力，都是与楼房高度的平方成正比的；另外对一个高层建筑来说，竖向荷载基本上是固定的，而包括了地震作用和风荷载的水平荷载，却是随着结构动力特性的变化而变化的。 2 选择合理的高层建筑结构体系及分析 21 剪力墙结构体系 所谓的剪力墙结构体系就是指采用建筑物墙体作为抵抗水平荷载以及承受竖向荷载的体系。一般这种结构体系都是系于钢筋混凝土结构中的，这样水平的和竖向的荷载就全由墙体来承受了，剪力墙的开洞情况是影响其变形状态与受力特陛的最重要的因素。一般情况下，根据其受力特性的差异，一般可将单片
6、剪力墙分为单肢墙、联肢墙、框支墙、小开口整体墙以及特殊开洞墙等类型。一般我们采用平面有限单元法对剪力墙的结构进行计算，这种方法不但适用于多种类型的剪力墙的结构计算，同时其计算的准确度也更高. 22 框架结构体系 一般情况下，框架结构体系主要是用于钢筋混凝土结构和钢结构中，梁和柱通过节点组成了承载结构，框架所形成的建筑空间布置的十分灵活，并且还有很大的室内空间，使用起来更为方便。计算框架一剪力墙结构体系的位移和内力的方法有很多，而我们通常还是采用连梁连续化假定这种方法的。通过框架与剪力墙水平进行位移以及转角相等的位移协调，我们就可以建立相关的微分方程了。当然我们所采用的未知量以及考虑的因素都是差
7、异的，解答的具体形式就也是有差异的了。而计算框架一剪力墙结构时，我们首先还是应将这种结构转化成等效的壁式框架结构，从而更好的利用杆系结构矩阵位移的方法进行求解。 2. 3 筒体结构。 通常我们可将单个简体分为框筒、实腹筒以及桁筒。框筒就是框架通过减小肢距，从而形成的空间薄壁筒体；而实腹筒就是由平面剪力墙所形成的空间薄壁简体；如果是由桁架组成的筒壁，那么就是桁筒了。对于简体结构进行结构分析的方法一般有三大类：等效离散化方法、等效连续化方法以及三维空间分析，其中主要的等效离散化和等效连续化两种方法。等效离散化这种方法就是把连续的墙体离散成为等效的杆件，这样就能更好的采用适合杆系结构的方法进行分析了
8、，核心筒的构架分析法以及平面构架子结构法构成了这种方法；而等效连续化这种方法就是把结构中的离散杆件进行等效的连续化处理的方法。主要有两种处理方法：首先应只在几何分布上对其连续化，这样能更好的使用连续函数描述它的应力，其次就是要在物理和几何上对其连续处理，将离散杆件看作是等效的正交异性弹性薄板，这样就能很好的应用分析弹性薄板的种种方法了。 3 高层建筑结构相关的问题分析 31 结构的规则性问题 我国的新版的结构设计规范与旧版的是有一定的差异的，最主要就是体现在新规范中增加了更多的限制条件。如果建筑结构的周期比和位移比超规范规定时，那么结构的抗侧刚度就是要大于结构的抗扭刚度的，结构就会有较大的扭转
9、效应。对一些高层建筑结构来说，由于功能上的需求，下部基层的空间都是较大的，而上部又都是客房或是办公室，有很多的隔墙，这就导致了上下层的刚度有较大的差异，而在这个刚度发生变化下一层的位置处就应为薄弱层，并且要进行内力放大的处理。 32 结构的高度问题 在我国的高层建筑混凝土结构技术规程中明确的规定了，设计时必须要充分的考虑到适用性与经济性的原则，同时也明确了几种较为常见的结构体系最大的适用高度。而这个适用高度也是现阶段我国的科研水平、施工水平以及经济发展水平所能达到的，与整个土木工程行业中的规范体系是较为协调的。但是在实际的施工建设中，还是有很多高层建筑的高度超过了这个适用高度。在相关的各类规范
10、中，对于结构高度的要求还是较为严格的，所以也经常出现因为结构变更而导致了施工图纸审查不合格，从而大大的增加了工程的施工工期，并且也浪费了很多的人力、物力和财力。 33 短肢剪力墙的设置问题 在我国新的高层建筑混凝土结构技术规程中，把截面厚度不大于 300mm、各墙肢截面高度与厚度之比的最大值大于 4 但不大于 8 的剪力墙定义为短肢剪力墙了，并且根据过往的实际的施工经验以及现阶段所进行的实验数据，在高层建筑结构设计中应用这种短肢剪力墙结构还是有很多的限制和要求的。因此，在进行高层建筑的结构设计时，应尽量的少采用甚至是不采用这种短肢剪力墙结构，避免为后续的设计工作带来不必要的麻烦，同时保证整个项
11、目工程的施工质量。 4 结语 通过以上的论述，我们对高层建筑的结构特点、选择合理的高层建筑的结构体系及分析以及高层建筑结构相关的问题分析三个方面的内容进行了详细的分析和探讨。我国高层建筑的建设工作的发展是十分迅速，然而高层建筑结构设计的质量却并不十分理想。在高层建筑结构设计的过程中，设计师们往往更重视结构计算的准确性，同时却也忽略了结构方案的实际情况，所以最后选择的结构方法不一定是最合理的。在今后的发展过程中，我们要遵循高层建筑的设计原则和设计理念，选择最为经济合理的高层建筑结构体系，做好高层建筑的建设工作，同时也保证我国的高层建筑行业得到更健康的发展。 参考文献 1苏英高层建筑结构设计中的几个问题J科技信息，2007 2李淑彦浅谈高层建筑结构设计要点J商品混凝土2012 3范小平高层建筑结构设计中相关几个问题的应用分析J福建建材，2008 4肖峻高层建筑结构分析与设计J中华建设2008 5贺水云高层建筑结构体系设计要点及常见问题分析J建筑知识，2012
