1、高层建筑结构设计探析摘要：随着我国经济的发展，越来越多的高层建筑出现在了我国各地。并且随着建筑功能和类型的多样化、建筑高度的增加以及建筑结构的复杂化，如何解决好城市高层建筑的结构设计就变成了一个摆在全国建筑设计师眼前的重要问题。本文旨在对我国高层建筑结构设计中所面临的主要问题进行全面探讨，并提出作者自己的想法和建议。 关键词：高层建筑；结构设计；特点；问题 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 1 前言 在我国城市化进程不断加快的背景下，城市居住用地在不断缩减，而高层建筑因具有占地小、居住人口多、房价相对较低等特点，而在现代城市建设中占据越来越大的比例。随着我国高层建筑建设中
2、工艺和技术研究的不断深入，越来越多的新理念、新方法被应用于高层建筑的结构设计中，促进了我国高层建筑工程整体技术力量、质量、安全性的提高。但是从整体状况而言，国内在高层建筑的结构设计中仍然存在一定的问题，这是必须及时得到处理和解决的。随着高层建筑结构体系的复杂化，需要设计人员在进行高层建筑结构设计时依靠自己掌握的知识、根据具体情况来分析和解决可能遇到的各种问题。 2 对我国高层建筑结构设计特点的分析 通过对我国高层建筑结构设计、多层建筑设计和低层建筑加以比较可以发现，在各专业的重要性当中，结构专业所占比重最大，建筑结构体系的选择，对建筑的施工技术要求、立面体形、平面布置、楼层高度、投资造价、施工
3、周期以及机电管道设置等有着直接的影响。 2.1 对抗震设计方面的要求较高 高层建筑的抗震设计是非常重要的，因此，往往在高层建筑设计时，抗震方面的设计有着较高的指标。除了应当对高层建筑正常使用时的风荷载与竖向荷载进行充分考虑之外，还应当加强建筑结构的抗震性能，切实的做到大震不倒、小震不坏。 2.2 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
4、，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。 2.3 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，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。 2.4 结构延性是重要设计指标 相对于底层建筑而言，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晗当的措施，来保证结构具有
5、足够的延性。 3 高层建筑结构设计方面的相关问题分析 3.1 水平位移特征 即使水平位移与高层建筑相关规程的具体要求相符合，也无法充分的确保结构设计的合理性。除此之外，还应当全面的考虑地震力大小和周期等综合性的因素，地震力小、结构周期长是不安全的。与此同时，建筑的位移曲线应当进行连续的变化，避免明显折点或者拐点的存在。通常情况下，高层建筑框架结构位移曲线应当为剪切型，高层建筑的剪力墙位移曲线应当设计成弯曲型。 3.2 共振问题 当高层建筑的所在地有地震发生时，一旦高层建筑所在地的特征周期与高层建筑自振周期相互接近的时候，那么便极易导致场地和高层建筑物之间共振的发生。所以，在设计高层建筑方案的阶
6、段，应当对明确的估算建筑物所在场地的特征周期，与此同时，通过调整高等建筑物的具体结构层数，来选择出适当且科学的结构类型和结构体系，尽可能地扩大高等建筑物的特征周期与建筑物所在场地的特征周期，以从根本上防止建筑场地和建筑物所在场地发生共振。 3.3 受力问题 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
7、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，是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，而其项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。
8、 3.4 扭转问题 建筑的三心通常是指结构重心、刚度中心以及几何形心，因此，在设计高层建筑的结构时，应当特别注意最大限度地将建筑的三心融汇在同一点上，也就是要保证高层建筑的三心合一。高层建筑结构的扭转问题具体指的是在设计高层建筑的结构时，没有切实的保证三心合一，因此，在水平荷载的作用之下，扭转振动效应便产生了。为了有效地防止由于水平荷载所导致的扭转破坏，因此就必须在建筑结构的设计阶段，来对结构形式与平面布局进行科学及合理地选择，最大限度地保证建筑物的三心合一。往往由于受到了水平荷载的不良影响下，建筑物所产生的扭转作用实际的大小是由质量分布所决定的。为了使建筑楼层的水平作用力能够均匀地分布于水平
9、面，尽可能地将建筑结构的振动减轻，那么对于建筑的平面来讲，就应当采用正多边形、矩形、方形或者圆形等较为简单的平面形式。由于建筑场地受到一定的限制以及城市规划对建筑街景的要求，这就使得高层建筑无法全面的采取简单的平面形式，如果需要采取一些不规则而又非常复杂的平面形式，比如十字形、L 形、T形，那么就必须尽可能地把突出部分的厚度和凸出部分的宽度的比值控制在允许的标准范围之内，与此同时，在布置平面结构的时候，还应当确保结构的对称。 结束语 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，所以有越来越多的人涌人城市生活，导致了城市人满为患，再加上人口的不断增长，用来缓解城市居民对空间的需求紧张，因为高层建筑可以放置更多的货物、居住更多的人，所以对高层建筑的需求会越来越大，如何能让高层建筑不破坏城市空间的和谐，只有更合理的提高结构设计的能力，这是目前结构工程师需要面临的课题。 参考文献： 1李勇高层建筑结构设计探讨J科技与生活.2010(22). 2于险峰高层建筑结构设计特点及其体系J建筑技术，2009(24). 3赵西安高层结构设计M中国建筑科学研究院结构研究所，2008. 4徐培福.复杂高层建筑结构设计M.北京:中国建筑工业出版社,2005
