高层建筑结构设计问题及其改进措施

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摘 要：高层建筑的设计面临着很多的难题和挑战，不仅要注重多建筑自身的设计，更要注意协调高层建筑与城市运营之间的关系，既要做好建筑设计，也要做好建筑规划。下面本文就对高层建筑的结构设计问题及其改进措施进行探讨。

关键词：高层建筑；结构设计；改进措施；安全设计；耗能减震技术

中图分类号：TB482.2文献标识码：A

引 言

随着社会经济的不断发展，高层建筑在人们日常生活中的应用越来越常见，人们对该层建筑结构设计要求也越来越高，其中高层建筑对现代社会和城市形态的发展均具有很大的影响意义，随着进驻技术的不断进步，需要对高层建筑的设计理念和设计技术进行不断地更新，对高层建筑的设计风格进行积极的探索和改变，这都将推动现代高层建筑的发展[1]。下面本文就对高层建筑的结构设计问题及其改进措施进行探讨。

一、高层建筑的结构设计的注意问题

高层建筑的结构设计是多种多样的。框架结构体系、剪力墙结构体系、框架剪力墙结构体系、筒体结构体系等等。在高层建筑的整体结构设计中，要注重考虑水平载荷中的风荷载以及地震作用，做好抗震设防系统。高层建筑结构设计中应遵循刚柔协调原则，拥有足够的延性。分合原则中应充分利用抗震缝的作用，合理设置抗震缝。优先采用成熟的新技术和可靠地新型产品，以提高设计水平，同时取得良好的经济效益。高层建筑本身的特性决定了高层建筑在设计上及其结构要遵循的合理性和科学性。另外，随着高性能混凝土材料的不断成熟和完善，新型材料的开发利用以及新结构形式的运用，对高层建筑设计的影响越来越大。由于现代结构分析技术和计算手段的提高，现代高层建筑呈现出不规则、不对称或是曲线形的平面设计，另外耗能减震技术在现代高层建筑中也得到了实际应用[2]。

高层建筑的尺度设计方面要把握好抗震性能、以及高层建筑的强度、刚度和延性。另外在布局时还应把握高层建筑的整体尺度、城市和街道尺度、细部尺度。一个造型完美的高层建筑必须很好地均衡主体、裙房和顶部的尺度关系[3]。另外高层建筑是城市形态的关键因素和重要景点，因此要规划好城市的结构中高层建筑的位置，以及高层建筑与城市街道的关系，保证高层建筑不能对街道行人和正常活动造成影响，也不能造成视觉上的影响。高层建筑细部尺度的规划是建立在整体尺度的基础之上的，各个部分有细化的等级划分，只有这样才能更好地满足视觉效果以及实用效果。

高层建筑结构中，建筑高度的受力情况与底层结构的受力情况完全不同，水平荷载跟竖向荷载共同作用，是高层建筑整体设计中的控制因素。随着高层建筑高度的逐渐增加，侧向位移增加的速率也会随之变大，底部的弯矩也同样很大，侧向变形的过度增加会使结构在竖向荷载作用下，产生附加应力，会导致填充墙、建筑装修和电梯轨道等服务设施出现裂缝、变形，从而危及高层建筑结构的正常使用和耐久性。因此，高层建筑结构要把握好强度和刚度，使水平荷载所产生的侧向变形保持在规定范围内，高层建筑还应具有良好的抗震性能，使结构在可能的强震作用下仍有良好的塑性变形能力，即良好的延性能力。综上，根据高层建筑的受力特点，高层建筑结构在强度、刚度和延性三方面要特别注意。高层建筑结构设计的重要部分即为抗侧力结构的设计。

二、高层建筑结构设计的改进措施

（一）满足建筑抗震要求

在进行高层建筑结构设计时，需要确保其结构各部分的刚度是对对称的、是均匀的，个结构单元的平面形状也需要尽量保持简单和规则。其结构如果比较复杂，并且不规则、不对称，那么对其复杂的地震应力就非常难以进行计算和处理，比如说应力集中和扭转等，这些对于建筑抗震设计非常不利。所以说，在进行高层建筑结构设计的时候，就需要尽量使地震力作用中心和建筑刚度中心进行重合，一般其偏心距e不宜超过垂直于外力作用线建筑物边长的5%。同时还可以采用比较利于抗震的竖向布置，但是竖向布置中需要对刚度的均匀性以及连续性进行确保。

（二）注重提高建筑结构的整体刚度减少位移

其中高层建筑位移的控制，是其主要矛盾，其不但要选择合理的结构体系，还需要从平面体型以及立面变化等方面，对结构减少侧移的有效方法进行综合考虑。在对结构进行布置的时候，要注重对其整体刚度进行加强，提高其结构的抗侧刚度，比如说在对楼盖的整体性以及刚度进行加强；对建筑基础的整体性进行加强，以能够减少因为基础平移或者是转动，对结构侧移所产生的影响；加强构件的连接。同时还需要对结构薄弱部位以及应力复杂部位的刚性进行加强。可以对结构体系抵御复力矩的有效宽度进行适当的增加，对其结构宽度进行增加，可以对侧向位移进行有效的减少。且在其他条件不发生改变时，其变形是和其宽度的三次方成反比关系的，因此需要对宽度比H/B实施有效的限制。

（三）对沉降、温度收缩以及房屋体型的复杂性等因素进行综合考虑

在进行高层建筑结构设计中，需要对其沉降缝、防震缝以及伸缩缝进行合理布置和处理，以能够有效的应对沉降、温度收缩以及房屋体型的复杂性等因素，对高层建筑所产生的影响力，提高建筑安全。

三、结语

总之，我国高层建筑的历史也有百年之久，它一直是城市建设的焦点。高层建筑设计的理念和技术也在不断更新和发展，它的风格和形式也趋于多样化。我国高层建筑的起步对然较晚，但迄今为止也取得了很大的成就，北京、上海、深圳等地的高层建筑都可以代表中国高层建筑的发展。我们需要不断地对高层建筑的设计和创新做出探索，使高层建筑设计与城市空间的融合也进一步达到完善。

参考文献：

[1]张菁,张睿.高层建筑设计中的若干问题探讨[J].城市建设理论研究（电子版）,2011(34)：167-168.

[2]文杨.高层建筑中转换层结构的设计措施[J].城市建设理论研究（电子版），2012, (26)：475-476.

[3]孙少鹏.浅析高层建筑中的结构与基础选型[J].商情，2011(6)：337-338.

[4]翁婵琼.关于现代高层建筑设计研究分析[J].城市建设理论研究（电子版）,2012(14)：341-342.

[5]陈少婷.高层建筑基础设计荷载取值及对结构安全度的影响[J].中华民居，2013(18)：286-287.