1、1论高层建筑结构设计摘 要：现代高层建筑结构设计是一项集数学分析、结构设计以及计算机优化设计于一体的综合性技术工作，同时也是一项创新性很强的实践活动。而在高层建筑结构工程设计中，设计人员由于忙应付大量的具体工作，却忽视了结构经济性问题，导致工程造价差别极大，浪费现象严重。本文通过对高层建筑结构设计进行探讨，降低造价成本，实现利益最大化。 关键词：高层建筑；结构设计；设计特点 中图分类号：TU208.3文献标识码：A 文章编号： 高层建筑通常以建筑的高度和层数两个指标来判定，但世界范围内目前还没有一个统一的划分标准。它与各个国家和地区的地理环境、地震强度、建筑技术、电梯的设置标准以及防火的特殊要
2、求等很多因素有关。从结构受力性态的角度来看，8 层以上的房屋，风和地震等水平荷载或作用显得越来越重要，甚至起控制作用，因此高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ3-2010）将 10 层及 10 层以上或房屋高度大于 28m 的住宅建筑和房屋高度大于 24m 的其它钢筋混凝土结构的民用建筑称为高层建筑。当建筑结构高度超过 100m 或层数在 30 层以上的高层建筑，称为超高层建筑。 一、高层建筑结构的类型 2高层建筑结构的类型有： （1）框架结构由梁柱组成的单元,全部竖向荷载和侧向荷载由框架承受，为平面受力体系。 （2）剪力墙结构用钢筋混凝土墙承受竖向荷载和抵抗侧向力的结构。一般采用现浇钢筋混凝
3、土，整体性好，承载力及侧向刚度大，单一的剪力墙是平面构件，故一般双向布置。 （3）框架剪力墙结构由框架和剪力墙共同承受竖向荷载。 二、分析高层建筑结构设计的特点 （一）水平力是设计的决宗性因素 在高层的建筑设计中，应该对水平荷载给予积极重视,捉讲高层建筑的结构设计具有一定的稳定性。我们知道，在低层或者多层的建律筑结构设计中，常常用重力为代表的竖向荷 载去控制建筑物的结构然而，在高层建筑中，虽然竖向荷载能起到一定的控制作用，但是水平荷载在其中却起着决定性的作用，因而不能忽视使得水平荷载比竖向荷载更解决定性作用的主要原因在干，高层建筑物的自身重量和使用荷载在竖向构件中能够引起的轴力和弯矩的数值，仅
4、仅与律筑物的高度一次方成正比，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及在竖向构件中引起的轴力，与建筑高度两次方成正比。 （二）侧移是设计的重要控制指标 在高层建筑结构设计中，结构侧移是高楼结构设计中的重要控制因素,这一点与低层律筑不一样当楼房的高度不断增加的时候，水平荷载下的结构侧移变形会逐渐拉大，这就给高层建筑的决定性造成了一宗的影3响。因此，在设计高层建筑结构的时候，应该将水平荷载作用下的侧移控制在一个限度之内。 （三）抗震设计要求较高 在高层建筑结构设计中，对干抗震设计的要求显得更高一般来说，除了要求抗震设防的高层建筑有普诵的竖向荷载、风荷载以外，还应该促进结构设计具有良好的抗震性能，做到小震
5、不坏，大震不倒的目的。 （四）轴向变形需加以重视 在高层建筑中，竖向荷载数值变大的时候，会在林内产生较大的轴向变形，使得连续梁弯矩发生变化，让连续梁之间支座处的负弯矩值变小，不会对预制构件的下料长度浩成影响因此，在讲行高层建筑结构设计的时候，要对轴向变形的数据讲行仔细计算，对下料长度讲行有效的调整，防止高层建筑的轴向变形数据不断拉大。 （五）结构延性是重要的设计指标 在高层建筑结构设计中，要采取合理的措施，保证律筑结构具有应有的延性，保证建筑物在遇到地震或其他危阶的情况下避免倒塌一般情况下，高层建筑物结构显得比较柔，在 地震作用下的变形幅度会相对大一点，如果高层建筑物没有相应的延性，会直接影响
6、建筑物的使用效率，甚至会危害建筑内部人和物的安全。因此，在高层建筑结构设计中，结构延性 应作为一个重要的设计指标，应该得到应有重视。 三、高层建筑结构设计的相关分析 （一）受力方面 4对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空问组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。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，而建筑结构设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的结构体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案制定阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。对于不同建筑竖向和水平向结
7、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：较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；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，而随建筑高度的增高迅速增大。 （二）建筑结构选型 结构的规则性问题，新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。 “因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。如结
8、构的超高问题，在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为 A 级高度的建筑外，增加了 B 级高度的建筑，因此。必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为 B 级高度建筑甚或超过了 B 级高度，其设5计方法和处理措施将有较大的变化。嵌固端的设置问题，由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构
9、整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。短肢剪力墙的设置问题，在新规范中，对墙肢截面高厚比为 58 的墙定义为短肢剪力墙。且根据实验资料和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。 （三）地基与基础设计 地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素，因此，在这一阶段
10、，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。地方性的“地基基础设计规范“能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。 6（四）结构计算与分析 在结构计算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认
11、识。做好结构整体计算的软件选择，由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。分析是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。确定振型数目是否足够，在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值，在计算分析阶
12、段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。还应考虑非结构构件的计算与设计，特别是在高层建筑中，存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。 结束语 对影响高层建筑整体质量的因素进行分析，对建筑的受力、结构选型、地基与基础设计及结构计算等方面给予高度的重视，为设计出高质7量的建筑打基础。 参考文献 1张建忠.建筑结构设计原则、常见问题及对策J.中国新技术新产品,2010(12) 2梁卫，提高建筑工程材料质量监测的策略分析J企业技术开发（下） ，2011， （8）. 3张相庭.高层建筑抗风抗震设计计算M.北京：中国建筑工业出版 社，2007：30-33.
