1、高层建筑结构设计技术分析摘要：由于人口的增多，工业用地的增加，高层建筑在现代城市中越来越多，但是其结构的复杂性一直是人们的设计难点。本文从分析高层建筑结构设计要点与难点着手，从合理布局和优化抗风、抗震及消防结构设计方案方面探讨解决高层建筑结构设计的措施。 关键词：高层建筑；结构设计；技术 中图分类号： TU97 文献标识码： A 随着我国城市人口越来越多，对居住问题的要求也越来越高。近年来我国倾向于修建高层结构建筑，但是在高层建筑结构设计过程中，在抗风结构、抗震结构、消防设计、扭转问题等方面存在着比较棘手的问题。下面笔者将围绕对这些问题的叙述和探讨解决方式来展开分析。 一、高层建筑定义及特点
2、超过一定高度和层数的多层建筑为高层建筑，其高度和层数，各国规定不一，且多无绝对、严格的标准。在美国，24.6m 或 7 层以上视为高层建筑；在日本，31m 或 8 层及以上视为高层建筑；在英国，把不小于24.3m 的建筑视为高层建筑。而中国自 2005 年起规定超过 10 层的住宅建筑和超过 24m 高的公共建筑及综合性建筑为高层建筑。 高层建筑具有节约用地及缩短公用设施和市政管网的开发周期，从而减少市政投资、加快城市建设等特点，可以带来显著的社会效益和经济效益。当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时，它的功能适用性、技术合理性和经济可行性都发生质的变化。但同时，高层建筑在设计、技术上尚有许多
3、新的问题需要加以考虑和解决，下面就高层建筑结构设计方面进行探讨。 二、高层建筑结构设计的特点 高层建筑结构与多层建筑结构有着很多的不同特点,高层建筑物同时承载着垂直荷载和水平荷载,垂直荷载就是由建筑物高度引起的;水平荷载就是由建筑物外界的风力所引起的。当然,高层建筑物的抗震效果一定是要高于低层建筑物的。而由于低层建筑物的楼层比较低,所以产生的垂直荷载也非常小;由于多层的平面要较高层小的很多,所以多层的水平荷载也是非常的微乎其微。影响高层建筑物荷载的主要因素大多数是外界的风力和地区的地震等自然因素。高层建筑物的位移也是不可忽略的,建筑物的位移快慢与建筑物的高层是成正比的,建筑物的高度越高,位移就
4、会越快,而位移快了不仅会对建筑物的使用情况产生了影响,还会对使用者在使用当中的舒适度造成影响,更严重的会对建筑结构产生一定的影响,从而对使用者的安全也会造成一定的影响。因此在高层建筑物中一定要控制建筑物的位移程度,要控制在不影响建筑物的安全性、使用性等的范围内,更好的设计出优秀的建筑结构设计方案。 三、高层建筑物建筑结构设计的基本原则 合理进行方案设计 怎样才算是合理的结构设计方案呢,要从建筑结构体系和建筑结构形式上满足高层建筑的结构设计,而且还要做到在尽量节省资金的前提下做到最合理的设计。传力简单和受力明确体现了建筑结构体系的基本要求,在结构单元相同的时候,必须要选择相同的建筑结构体系。而且
5、在选择合理化的建筑结构方案时,更应该注意建筑施工的材料、建筑施工的条件、建筑工程设计的需求以及建筑的地理位置条件等进行综合性的分析。 合理进行基础设计 每个建筑物结构的地理位置、地质地貌、相邻建筑物的影响等都是不同的,必须综合的分析,进而设计出最合理的基础设计。不仅这样,基础设计的好与坏对建筑物荷载以及建筑物上部的结构类型都有重要的影响,尤其是高层建筑物更需要考虑到建筑物荷载的分布情况。临近建筑物的影响也是不可忽视的,比如:临近建筑物存在着对该高层建筑物挡光、地基等影响的因素,这些都是不可忽视的。综合所有影响因素分析设计出更具合理化的基础设计方案,使建筑物在实用、美观、安全等性能上发挥更大的空
6、间。 合理进行计算简图设计 建筑结构设计的安全性是建立在对数据正确计算的基础上的,而提到计算就引出了计算简图,如果计算简图的计算不合理,那么将会对建筑物造成相当严重的安全隐患。为了能进一步保证计算简图对建筑结构设计以及建筑物以后使用中的安全性,我们应该在实践中采取相应的构造措施。如,在实际的建筑机构设计中,会存在结构节点,应该尽量的降低计算误差,将建筑结构计算简图尽可能的控制在规定的范围之内,以进一步提高计算简图的精确性,也为整个建筑结构设计的安全性奠定了良好基础。 四、高层建筑结构的分析方法和计算原则 从理论上讲，多高层建筑结构并非理想弹塑性体，应根据不同材料的结构、不同的受力形式和受力阶段
7、，采用相应的计算分析方法。一般包括线弹性分析方法。考虑塑性内力重分布的分析方法。非线性(几何非线性、材料非线性)分析方法等；对于体形复杂、结构布置复杂的高层建筑结构，模型试验分析也是一种重要的结构分析方法。 目前国内规范体系是采用弹性小变形(线弹性)方法计算结构的作用效应(内力和位移)和截面承载力设计，对比较柔软的结构，通过近似方法考虑重力二阶效应的不利影响。对复杂的不规则结构或重要的结构(如甲类建筑、9 度抗震设防的乙类建筑和框架结构)，验算其在罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形，作为二阶段设计的要求。因此，一般情况下，高层建筑结构的内力与位移仍按线弹性方法计算，框架梁及连梁等构件可考虑局部塑
8、性变形引起的内力重分布。 线弹性分析方法是最基本的结构分析方法，也是最成熟的方法，可用于所有高层建筑结构体系的计算分析。理论分析、试验研究和工程实践表明，在承载能力极限状态和正常使用极限状态下，线弹性分析结果可以满足工程精度要求，保证结构安全。 五、平面结构空间协同工作模型 该计算模型是 20 世纪 80 年代以前国内高层建筑结构最常用的结构分析模型，主要为适应当时计算机容量小、速度低，而高层建筑结构层数多、杆件多和计算量大的情况。 六、剪力墙平面有限元分析模型 剪力墙某些局部受力状况非常复杂。剪力墙是平面结构，又往往被门窗洞口划分成框支墙或带连梁的肢墙，其实际受力状态与上述各种计算模型有不同
9、程度的差异。特别是在不规则开洞的墙体和框支剪力洞口附近的墙体，如果直接采用上述三维空间分析模型的分析结果难以反映这些局部墙体的真实受力情况。所采用的最简单的单元是普通的三角形单元和普通矩形单元，这些单元每一个节点有两个独立自由度 由于单元简单，易于程序的编制，早期应用较多。但是普通三角形和矩形单元的精度较低，分析时往往需要采用相当多的单元数量，即要很多的未知量才能得到必要的精度；而且还难以反映洞边的应力集中现象。实际上，工程中则采用高精度单元。 高层建筑结构是复杂的空间结构，比较合理的分析方法是采用三维空间结构计算模型，楼板按弹性考虑。但这样会增加计算工作量和设计费用，所以一般情况下可采用楼板
10、在自身平面内为无限刚性的假定。如结构平面和立面简单，规则，可采用协同工作方法计算。 目前，高层建筑按三维空间结构计算，主要有两种计算模型：空间杆-薄壁杆件模型、空间杆-元模型.相对而言，空间杆、墙元模型比空间杆-薄壁杆件模型更符合实际结构，计算结果也更精确一些，建模时对各种剪力墙更容易处理一些，但计算速度较慢.计算机硬盘和内存空间要求较大. 对于复杂高层建筑结构，应至少采用两个不同力学模型的三维空间结构分析软件进行整体内力和位移计算，以保证分析结果符合实际情况.对程序计算结果应进行分析和判别，不能盲目地使用程序计算结果。 总而言之，高层建筑对设计结构的要求更高，他在技术的使用上，更是与整个工程的质量息息相关，所以施工方在施工的时候一定要注意技术的更新，多借鉴成功的经验，筑造让人们放心的工程。 参考文献 1王永.浅析高层建筑结构设计J.中华民居 2013.05.24 2严庆平.高层建筑结构设计问题及对策探讨J.科技创新与应用2013.05.26
