对高层建筑结构设计要点分析探讨

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摘要：随着国民经济的快速发展，建筑技术不断提升，高层、超高层建筑已成为城市高度发展和进步的风向标。高层建筑结构复杂、功能和类型也呈现多样化，高层建筑结构设计愈发成为建筑结构设计的难点，在设计中存在各种各样的问题。因此，本文针对高层建筑结构设计的特点，分析了存在的一些设计难点和重点，并提出了设计中的要点控制措施和注意事项，为高层建筑结构设计提出自己的看法，也为广大结构设计者提供借鉴和帮助。

关键词：高层建筑 结构设计 要点 分析

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

我国经济的发展带动建筑业的快速腾飞，同时建筑技术也有了质的飞跃。高层建筑通过合理利用有限的土地面积，发展无限的空间并进行合理的利用，给城市用地紧张缓解城市人口压力带来了福音，并一跃成为建筑的主流导向，俨然已成为城市高度发展的标志。高层建筑结构建筑层数多、结构的复杂程度大、施工困难、管理复杂、工序繁多、建设周期长、质量难以保证等诸多的特殊性，给设计施工带来了许多不便。本文从高层建筑结构设计角度出发，针对高层建筑结构的特点和设计中存在的问题，分析总结了设计中的要点和应注意事项，提出了设计要点的控制措施，为相关结构设计人员提供借鉴和参考。

2 高层建筑结构设计特点分析

水平荷载、轴向变形、结构侧移和结构延性是目前高层建筑结构设计中需要非常重视的设计关键环节，下面进行一一分析和讨论：

1)水平荷载。之所以将水平荷载认定为高层建筑的决定因素，是因为水平荷载对高层建筑结构安全性的影响已经超过的竖向荷载对结构安全的影响。竖向荷载包括结构自重和作用在其上的使用荷载，它所产生的轴力和弯矩的大小，只与建筑高度的一次方成正比，与此同时，水平荷载对建筑结构产生的倾覆力矩、和由此引起的轴力，与建筑高度的两次方成正比。因此，随着高度的增加，很小的水平荷载作用就会引起较大的倾覆力矩和轴力，而且水平荷载主要是由风荷载和地震水平分力来产生，这些力的数值大小都是不确定性的，动态的。也就是说，水平荷载大小随着结构动力特点的不同幅度变化较大。因此，水平荷载已成为高层建筑安全性能的一个主要决定性因素之一。

2)轴向变形。轴向变形对结构的影响表现在连续梁支座的安全和预测构件的下料长度方面。在高层建筑结构中，竖向荷载较大，从而导致柱中的挠度较大，这会对连续梁的弯矩产生直接的影响，导致连续梁跨中正弯矩和端支座负弯矩增大。而中间支座附近的负弯矩减小，危及到连续梁的安全性能。预测构件的下料长度，也会受较大的轴向变形所影响，因而要求在计算下料长度时，要根据轴向变形的计算数值大小，进行下料长度的调整，否则会引起不安全后果。结构构件的剪力值大小也受到轴向变形的影响，在进行构件竖向变形比较后，得到的结果可能安全度不够。

3)结构侧向位移。高层建筑和低层建筑的几何变形相比，侧向位移是需要在结构设计中认真重视的关键所在。随着高度的不断增加，侧向位移的大小受水平荷载影响很明显，水平荷载越大，侧向位移越大，对结构的安全影响就越大。因此，规定一个安全的容许范围，设计计算要将侧向位移控制在此范围内，减少高层建筑结构的安全影响。

4)结构延性。延性是建筑结构的一项重要的设计指标，高层建筑结构与低层建筑结构相比，更具有柔韧性和延展性，建筑结构的整体变形相对更大一些。在风力、地震力的水平作用下，高层建筑结构先处于弹性状态，如果作用力的大小超过了弹性极限，那么结构就会进入塑性变形阶段，此时的变形无法恢复，如果继续破坏就会达到破坏阶段，为此要在塑性阶段保证结构具有持久性，也就是采取适当的措施，加大结构的延性，避免结构受损破坏。

3 高层建筑结构设计的要点分析控制

3.1 重视结构的高度

结构的总体高度受规范标准的影响，主要体现在抗震规范、高层混凝土技术规范中。新规范对高度、超高等进行了严格的划分，A级高度和B级高度，在高层建筑结构设计中，之前的一些处理方法和措施都有一定的改变，而且高度越高，结构安全影响因素越多，如果忽略这些问题，就会产生非常大的风险。实际工程中如果忽略此问题，施工图的审查过程将受到限制，造成重新设计，如果进行专家论证继而影响工期、造价等一连串的规划设计施工，给项目带来很大麻烦。高度达到一定的程度，建筑结构会发生质的变化，比如安全指标、力学模型选择、荷载、材料等

3.2 选择合理的结构体系

建筑结构体系有很多种，钢结构、钢筋混凝土结构是目前主流的结构形式，选取哪一种是结构设计人员要面临的抉择，不能随意选取。结构转换层和加强层的设置影响到结构体系的直接选取，在结构体系之间或者柱间距发生变化时，就需要设计转换层，直接的影响就是结构的刚度突变，影响到相邻的柱构件的受力情况，剪力增大导致很难实现转换层与体系连接处的强柱弱梁。因此，在需要转换层或者加强层的设计中，结构体系的刚度要低，避免刚度发生太大变化，根据我国的建材市场产品性能和品种，可以使用钢骨混结构、钢管混结构或者钢结构。

3.3 考虑结构的细节问题

结构的设计要重视保证结构的规则性、剪力墙和嵌固端的设置。平面规则的建筑结构给设计施工带来方便，而且规范要求建筑物不能采用不规则的方案，在平面规则性也做了严格的限值。为的就是避免在后期的施工图设计造成不必要的麻烦和不便。短肢剪力墙是设计中受到限制最多的，因此在设计中要避免出现短肢剪力墙，如果出现，要符合各种要求。嵌固端一般出现在地下室顶板处，人防的顶板位置。嵌固端的设计需要按照规范要求进行，例如，嵌固端上下层的刚度比值的选取、抗震等级一致的要求、嵌固端和抗震缝的相对位置要求，如不满足要求，会对工程产生严重影响。因此要重视嵌固端的设计。

3.4 考虑结构抗震

高层建筑结构极易出现三心不重合的情况，即产生结构的扭转效应。若受到地震的作用，会加剧结构的破坏，而且会影响到邻近建筑物的安全。结构抗震是设计中必不可少的环节，尤其是高层建筑。结构的应力集中，会影响对结构安全性能，常出现在凹凸的拐角处，要引起重视，避免出现这种情况，或者采取补救措施来减小这种应力集中现象。高层建筑结构在竖向极易出现刚度突变和薄弱层，因此在进行抗震设计时要注意防震缝的设置，是设计时容易忽视的问题。抗震设计规范提出的三大设防、两阶段设计，要引起设计人员的重视，具体可以参考抗震规范的要求进行。

4 结束语

高层建筑结构设计因建筑的高度变化越发复杂，而结构设计本身也是一项复杂的工作。因此，设计人员要针对高层建筑的结构特点和主要安全影响因素进行重点考虑，在严格按照规范要求的基础上进行合理的结构体系选择、高度的控制、细节的重视以及抗震的安全标准设计，同时要根据具体情况进行概念上的设计，由此作为出发点按部就班的设计，重视上述要点的设计，提高高层建筑在设计上的质量和安全性能。

参考文献：

[1]黄顺河. 高层建筑结构设计的一个实例[J]. 建筑设计管理. 2010

[2]夏卓文.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].住宅科技. 2007