高层建筑结构设计问题的研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇高层建筑结构设计问题的研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】从高层建筑的结构特点、结构类型以及在设计中如何选型等诸多方面论述了高层建筑结构中遇到的问题，提出高层建筑选型的合理性方法以从根本上完善高层建筑结构设计保证高层建筑的稳定性。

【关键词】高层建筑结构；结构选型；影响因素

现如今随着社会生产力和现代化科学技术的发展以及经济技术和社会条件的成熟，高层建筑随之而然的被人们所重视，同时，高层建筑凭借其整体稳定性强、节约土地使用面积等方面的诸多优势，理所当然地成为现如今建筑结构的主要形式。因此设计人员更应该根据高层建筑的结构特点、影响因素等发面给出合理的结构选型以保证结构设计的合理性，确保高层建筑结构的安全性。

1 高层建筑结构设计特点

1.1 水平作用力起决定性作用。尽管竖向荷载仍对结构产生重要影响，但是水平荷载却起着决定性作用，因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向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，以及由此在竖向构件中引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比;与此同时，对高层建筑来说，竖向荷载作用可以看成是确定值，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变化的。

1.2 侧向位移成为控制指标。与多层建筑不同，结构侧向位移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，在水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度的四次方成正比。另外由于高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现，导致侧向位移迅速增大，因此在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要具有足够的抗侧移刚度使结构在水平荷载作用下产生的侧向位移被控制在限制内，否则结构会发生由于侧向位移增加而导致主体发生大裂缝甚至房屋倒塌这样的严重情况。

1.3 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，从而会对连续粱弯矩产生影响，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，会得出偏于不安全的结果。

1.4 结构延性是重要设计指标。相对于多层建筑而言，高层建筑结构更柔一些，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。

2 高层建筑结构设计的基本要求

如何正确进行高层建筑结构设计和结构计算以满足新规范的要求是每个结构设计人员都必须面对的问题。要做好高层建筑的结构设计必须要满足结构的规则性。

由于不规则建筑对其整体性、抗震性均有不同程度的影响应予以避免，因此高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，结构体系应具有必要的承载力、刚度和变形能力，避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受自身自重、风荷载以及地震作用的能力，并且应该对薄弱部位进行有效的加强措施。

规则平面布置需要满足的要求是：结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载、受力均匀、传力直接、力争均与对称，减小扭转的影响。特别要注意扭转对结构的危害，因为扭转会增大结构位移、造成变形以及应力的不均匀，使不同部位结构先后屈服，从而破坏结构体系。因此，应尽量使结构的“刚心”和“质心”靠近，以减少振动的扭转力矩及振动扭转；同样重要的是，力求增大结构的抗扭转刚度和抵抗扭转的能力，即注意在结构平面靠近外部以及转角的区域布置足够的抗侧构件。

其次高层建筑结构设计对基础的设计也是尤为重视的。地基基础设计一直是结构设计人员很重视的方面，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决定性的因素。因此，在这个阶段所出现的问题也是可能更加严重甚至造成无法估量的损失的。

在地基基础设计中不仅要求在国家规范规定的要求内严格执行设计，同样不能忽视地方性规范的重要性。由于我国占地面积广阔、地址条件复杂，在国家现行规范中无法对国家各地的地质条件进行详细的描述和规定。因此作为建立在国家规范基础上的地方性规范尤为重要。地方性规范中不仅会对当地的地形地貌进行详细的描述并且会给出成熟的经验总结给合理进行基础类型的选择提供重要参考。这对进行基础设计中如何正确选择基础类型提供重要的参考资料，只有在合理的选择基础类型的条件下才能更好的保证高层建筑结构的整体稳定性以及抵抗地震的能力。

3 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，对这一阶段比较常见的问题应该有一个清晰的认识。

3.1 结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA等，但是，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隐患的存在。

3.2 是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中部有提及。只是，各新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。

3.3 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。由于在旧规范设计巾，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶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。

4 结束语

高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。总之，设计人员要严格按照规范的规定进行设计，绝对不能接受业主、建筑专业的无理要求而进行违规设计。良好的工作责任心、一丝不苟的工作态度、设计经验的积累都是非常重要的。只有精益求精、对自己设计的每一项工程负责，不断学习、汲取前人的经验和教训，才能真正地做好结构设计。

参考文献：

[1]方鄂华：《高层建筑钢筋混凝土结构概念设计》机械工业出版社

[2]高立人、方鄂华、钱稼茹：《高层建筑结构概念设计》中国计划出版社

[3]JGJ 3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S]．