1、浅谈新时期高层建筑结构设计问题【摘要】：本文首先对高层建筑的产生和发展做了基本的阐述，并在此基础上对我国高层建筑的基本情况做了一定介绍。接着笔者就新时期我国高层建筑设计的基本要素和基本特点两个方面进行了详细的分析和论述。最后，笔者又在高层建筑设计中引入了概念设计的要素并在此方面进行了观点性和理论性的论述。 【关键词】：高层建筑、高层建筑结构设计、基本要素、基本特点、概念设计 中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号： 一、高层建筑的产生与发展 随着社会的不断发展，人们生活水平不断提高，对生活的需要也越来越高，高层建筑也迅速发展起来。科学技术的快速提高、轻质高强材料不断出现、计算机广泛
2、使用，都为高层建筑的发展奠定了坚实的基础。自从一八八五年在美国修建的首幢高层建筑开始，陆续有高层建筑被建成，全世界共有五十幢以上的高层在二百米以上，美国的高层建筑占世界的多数。其中一九七二年建成的世界贸易中心大厦，共有一百一十层。而在我们国家，超过百米高层建筑，大多坐落在广州、上海、深圳、北京等大都市。其中上海的高层建设是最多的，一九九八年金茂大厦修建成功，共有八十八层，在世界上位居第三名。 在我们国家，以前的规范中有相关规定，只要是超过八层的建筑都被归入高层建筑中，但是现在二十层建筑的才俗称小高层。而在新规范中是这样划分的，高层建筑是在十层或超过十层的，超过二十八米高度的住宅建筑以及高度超过
3、二十四米的其他民用建筑；建筑高度高于一百米的时候，就属于超高层建筑了。我们国家房屋只要在六层或超过六层的就配置电梯，而对于十层以上的建筑，防火规范相关要求更加严格。所以，在我们国家的高层民用建筑设计防火规范中把十层及超过十层的建筑归类为高层建筑，包括高度超过二十四米的公共建筑也属于高层建筑。 目前这个阶段，我们国家城市化建设的进程越来越快、城市规模增大速度迅速增长、人口越来越多，城市住房所需建设用地越来越紧张，人们对生活质量的追求也在日益提高，高层建筑已成为城市发展的趋势。当然，也有很多新的问题与挑战摆在面前，在对高层建筑的结构与设计方面需要不断的创新。 二、我国高层建筑结构设计的基本要素 首
4、先，是关于设计地基基础的埋置深度。对高层建筑的地基进行基础设计时，要对它的埋深有一定的保证，埋置深度从室外地坪算到基础底面。现在很多高层建筑都是与地下车库连接在一起的，基础埋深并没有太大的难度。但当高层建筑与裙房的地下室用沉降缝脱开时，应采取措施，解决侧向稳定的问题。高层建筑地下室顶板应该按嵌固层的要求进行设计。总之，地下车库应该有充分侧向刚度，作为高层建筑的侧限。其次，关注结构的整体设计。很多工程师通常都会按传统的平面框架进行设计，配筋不能达到构造要求。没有对水平荷载作用做过多的分析考虑，在实际设计中出现不合理的现象。所以，为了不让以上的问题出现，在进行结构设计时，应考虑纵向框架与横向框架之
5、间的同等效应，两者的重要性是相同的。 三、新时期我国高层建筑结构设计的要点 第一、起决定因素的就是水平荷载。首先，由于结构自身重量与楼面使用荷载在构件中所受到的轴力，仅与楼房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。其次，对一定高度楼房来说，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，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。 第二、轴向变形不容忽视。 高层建筑中竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对梁弯矩产生影响，造成梁正、负弯矩值变化，还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形值
6、，对下料长度进行调整；另外应考虑对构件剪力和侧移产生影响，否则会得出偏于不安全的结果。 第三、侧移成为控制指标与较低楼房不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。 第四、结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高层结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使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恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。 第五、关注结构的扭转位移比和周期比。扭转位移比和周期比反映了结构的二个不同方面。扭转位移比反映刚度中心与
7、质量中心的偏离程度；而周期比反映了结构抗扭刚度与抗侧刚度的相对关系。控制周期比，实际就是控制结构的抗扭刚度不能过弱；扭转位移比满足要求，并不表示周期比一定满足要求。 第六、重视楼层抗侧刚度的计算。对底部大空间为一层的转换结构，可采用等效剪切刚度计算；对底部大空间大于二层的转换结构，应采用等效剪弯刚度计算较合理。 第七、楼板刚度的考虑。对凹凸不规则或楼板不连续的情况，宜采用平面应力膜单元来模拟楼板平面内实际刚度的变化，楼板对结构整体的贡献可采用将楼面刚度乘以增大系数的方法予以考虑。 四、概念设计在我国高层建筑结构设计中的应用 计算机技术在快速发展，计算方法在不断提升，在结构工程中计算机得到很大的
8、应用，结构设计人员完全依靠设计软件的现象越来越多，导致在设计的过程中经常陷入计算方面的误区，对高质量的工程设计没有一个正确的认识，只是停留在工程理论的层面上，没有积累过多的经验。所以，一般情况下都应采用概念进行设计思想的整理，并且对结构工程的创造性起到一定的促进作用，给结构的设计发展带来很大的利处。概念设计也是一种设计的思路，并且是一种定性设计。通常情况下不会经过数值的计算，特别是在部分不易做出准确分析的问题中、或者是在规范中不容易规定的问题中，通常会依据整体结构体系与分体系的原则进行设计，对概念设计的重要性进行强调。其中非常重要的因素有以下几个方面：其一是现行的结构设计理念并不完善，存在一定
9、漏洞。例如设计混凝土结构时，按弹性计算内力与按弹塑性设计截面互不协调，导致计算结果与实际标准有较大的差距。为了使这种差距得到减小，实现结构构件的完美设计，就需要对概念设计与结构进行提高并使之得以满足。所以，结构工程师需要不断提高结构概念的培养，对工作性能的理解才会更加全面，工作效率才会更好。其二就是在建筑方案的设计时期，尚不能完全借助于计算机来进行的，结构工程师要运用所掌握的结构概念，一定要选择合理结构方案。所以，就对工程师提出一个要求，就是要加强自己的结构概念的学习，深入了解这一概念的真正含义，把各类结构的性能都有一个全面的了解，并且能够灵活的运用到实际的工作中去。 在对高层进行抗震设计的过
10、程中，对概念的设计更应重视。由于高层建筑结构复杂性、地震时的不确定性，而人们对地震的认识不够清晰、也不够全面，导致设计计算结果与实际情况相比较有一定的差距，有的作用效应没有办法计算。在实际设计中，首先必须分析计算。因为分析计算是设计的一项重要依据，但是，光靠分析计算要满足结构的安全性及可靠性还是远远不够的，离预期的设计目标还有一定的差距。所以，还得回归到概念设计上来，从某些方面来讲，分析计算远不如概念设计的重要。 五、结束语 高层建筑的发展速度越来越快，要想满足高层建筑的形式及材料，就要不断的分析。为了把高层建筑做到更好，充分体现出它的魅力，把新的结构形式体现出来，就是把力学模型做到更加合理，
11、这是结构工程师努力的方向与目标。现在，高层建筑结构力学分析还较落后，不能完全满足未来高层建筑的发展需求。所以，只有对高层建筑的结构力学分析不断改进、提高，才能对高层建筑结构起到很大的促进作用。工程师要遵守相关的规范，以理论知识为指导，把握设计中的关键问题及要素，使建筑结构设计得到及时优化。只有这样，我们国家的高层建筑才能得到更好的发展。 【参考文献】： 1汤龙辉;有关高层建筑结构设计中常见的问题分析;四川建材.2009 年 01 期 2吴晓琳;浅析高层建筑结构设计与特点;中国高新技术企业.2009年 11 期 3张卓;浅谈高层建筑结构设计要点;现代经济信息 2009 年 14 期 4 陈忠范.
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