1、浅析高层建筑中的结构设计【摘要】在保障高层建筑本身良好的经济性的同时，也要更加充分地认识到高层建筑中结构设计的合理性、安全性、稳定性。这就需要设计者在清楚了解结构设计中可能存在的问题的基础上，把握好其特点，并采取行之有效的方法。 【关键词】高层建筑；结构设计； 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 一、高层建筑结构设计中存在的问题 高层建筑中的结构设计不同于其他普通的建筑，需要注重的程度和精密程度更高，相应地对设计技术人员的要求也越来越严格，必须正确认识到这些存在的问题，具体问题如下： 1、高层建筑结构平面设计 平面形状简单、规则、对称，尽量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭转
2、效应大，会加大端部构件的位移，导致应力集中。平面突出部分不宜过长。扭转是否过大，可用概念设计方法近似计算钢心、质心及偏心距后进行判断，还可以比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形，其比值超过者，可以认为扭转太大而结构不规则。高层建筑不应采用严重不规则的结构布置，当由于使用功能与建筑的要求，结构平面布置严重不规则时，应将其分割成若干比较简单、规则的独立结构单元。对于地震区的抗震建筑，简单、规则、对称的 原则尤为重要1。2、建筑基础的设计 高层建筑的上层结构载荷很大，基础底面压力也很大，应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。根据上部结构类型
3、、层数、荷载及地基承载力，可以用筏型基础或箱型基础；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可以采用桩基或复合地基。筏型基础一般有两种做法：倒肋形楼盖式和倒无梁楼盖式。倒肋形楼盖的筏基，板的折算厚度较小，用料较省，刚度较好，但施工比较麻烦，模板较费。如果采用板底架梁的方案有利于地下室空间的利用，但地基开凿施工麻烦，而且破坏了地基的连续性，扰动了地基土，会降低地基承载力；采用倒无梁楼盖式的筏基，板厚较大，用料较多，刚度也较差，但施工较为方便，且有利于地下空间的利用。当地基极软且沉降不均匀十分严重时，采用筏形基础，其刚度会显得不足，在这种情况下采用箱型基础就较为合理2。箱型基础刚度大、整体性好、传力
4、均匀；能适应局部不均匀沉降较大的地基，有效地调整基地反力。在浅层地基承载力比较软弱，而坚实土层距离地面又较深的时候，采用其他类型的基础就不能满足承载力或变形控制的要求。这时应当考虑采用桩基础。 3、高层建筑的结构体系 高层建筑中基本的抗侧力单元是框架、剪力墙、实腹筒框筒及支撑，由这几种单元可以组成多种结构体系。不同的建筑会采用不同的结构体系。结构体系是指结构抵抗外部作用的构件组成方式。在高层建筑中，抵抗水平力是设计的主要矛盾，因此抗侧力结构体系的确定和设计就成为结构设计的关键问题。 二、高层建筑机构设计的特点 （1）水平荷载成为决定因素3 一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴
5、力和弯矩的数值，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；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，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。 （2）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，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制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
6、全的结果4。 （3）侧移成为控制指标 与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼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。 （4）结构延性是重要设计指标 相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，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。 三、高层建筑结构设计的方法 （1）确定合理的基础设计方案5 一般来说，高层建筑的基础设计中，应当依据工程地质条件、上部的结构类型、荷载的分布、相邻各建筑物的影响与施工条件等综合因
7、素开展分析，挑选出符合经济合理原则的基础性方案。在基础设计阶段，就要形成完整的地质勘察材料，对于部分缺乏地质报告的建筑物，也要实施现场查看，并参考附近建筑物的相关资料。 （2）确定最合适的结构方案 成功的建筑物设计一定要选择相对而言最为经济合理的结构方案，也就是说要选择切实可行的结构形式与结构体系。因此，一定要对工程设计要求、材料供应及施工情况做出综合分析，和水、暖、电等一起开展协商，并以此为基础开展结构选型，并确定合理的结构方案6。 （3）确定合适的计算简图 结构计算主要是在计算简图基础之上开展的，由于计算简图选用不合理而造成结构不够安全的事件常常发生，所以，挑选合理的计算简图是确保结构安全
8、的一个重要因素。计算简图应当有一定的构造来进行保证。因为实际结构之节点不会是单纯的刚结，但是，计算简图误差要控制在允许的范围内。 （4）准确分析计算的结果 在高层建筑结构设计当中广泛采用了计算机技术，但是如今软件的种类极多，而不同软件常常会出现不一样的计算结果。都会造成错误的计算结果，所以需要工程师在得到计算之后进行认真分析与校核，并做出最为合理的判断。 （5）运用合理的构造方法 要注重构件的延性，强化其中的薄弱位置。要注重钢筋锚固之长度，并考虑到温度应力之影响。此外，还要注重根据均匀、对称与规范之考虑，对平面与立面进行布置，并尽力避免出现薄弱部分，而要利用极限状态进行验算等，均需依靠设计作为
9、指导。 四、结束语 结构设计作为高层建筑施工中非常重要的一个环节，需要我们在以下各方面做充足的考虑，主要有：考虑高层建筑遇到巨大风力和地震力时所产生的水平侧向力。严格控制高层建筑体型的高宽比例，以保证其稳定性。使建筑平面、体型、立面的质量和刚度尽量保持对称和匀称，使整体结构不出现薄弱环节。妥善处理因风力、地震、温度变化和基础沉降带来的变形节点构造。考虑在重量大、基础深的地质条件下如何保证安全可靠的设计技术和施工条件问题7。 只有真正的抓住了高层建筑结构设计的关键和存在的问题，然后有针对性的展开一些合理地工作，才能做出优异完美的结构设计，进而为高层建筑的顺利竣工提供安全可靠的保障。 参考文献： 1 刘志伟，张晓新. 浅议高层建筑中的结构设计问题J. 民营科技, 2012 年 07 期. 2 甄庆华. 广州某超高层建筑结构设计的关键性问题研究J. 华南理工大学, 2013-02-25 3 高醇武. 浅析高层建筑结构设计要点分析J. 中国建设信息，2009 年 18 期 4 陈园园. 高层建筑结构设计难题待解J. 中国建设报, 2010-10-30
