浅析高层建筑结构的设计

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摘要：随着经济的发展，建筑行业飞速发展，人们的生活也在不断提高，人们对于高层建筑的要求越来越高。改革开放以来，我国的高层建筑如雨后春笋，发展非常迅速。我国具有代表性的高层建筑有深圳地王大厦，这座大厦高325米，有81层高，上海金茂大厦高420.5米，高达88层。随着全国城镇化的发展，各地高层建筑不断的出现，作为建筑工作人员来说，高层建筑的结构设计非常重要，要充分了解，才能确保高层建筑的质量，做到经济合理，安全可靠。

中图分类号：[TU355] 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013

关键词：高层建筑 结构设计 经济合理 安全 可靠

城市空间是人类生产和生活所需要的重要因素，它为居民提供各种活动的可能。在当今社会经济高速发达的前提下，城市发展也不断的快速、科学、高效化，随着科学技术的发展，尤其是高科技建筑材料的出现，城市建筑高度不断在刷新，同时由于城市空间及建筑土地等条件的限制，高层建筑就成了实用性较强的综合性建筑。那么，如何使高层建筑的功能性、安全性发挥到最大化，同时又能与周边环境完美融合就成了设计师们最大的问题。

高层建筑结构设计的主要特点

相比于低层建筑结构设计来说，高层建筑结构的设计在各个专业中占据的位置更为重要。高层建筑结构体系的选择与建筑物的平面布置、楼层的高度、技术的施工要求等都有直接关系，整体来看，高层建筑结构设计主要由以下几个特点：

水平力：高层建筑设计的主要因素就是水平力，低层建筑的房屋结构中，结构设计的竖向载荷往往是以重力为代表，以此来控制。然而在高层建筑中，竖向载荷对于结构设计的影响不容忽视，但是起决定性作用的还是水平载荷。水平载荷其主要作用的原因是建筑物的自重与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所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一个重要原因是，高层建筑的竖向载荷一般都是一个定值，变化较大的就是风载荷与地震作用，都是水平载荷，它们的数值会随着结构动力性的变化而变化。

结构侧移：高层建筑与低层建筑有一点不同就是结构侧移在结构设计中非常重要。建筑物的高度增加，就会导致结构的侧向在水平荷载下变型增大，侧移与建筑物高度的四次方成正比。高层建筑在施工中，高度逐渐增加，对于轻质高强的材料用量也会增加，新的建筑结构体系也会出现，侧移会随着增大，在设计中，需要结构具有足够的强度，还要求抗推刚度足够强，主要就是为了控制水平荷载下的侧移，如果侧移过大将会产生严重的后果。

抗震设计：高层建筑结构设计要考虑抗震设计，这也是除竖向荷载与风荷载外要考虑的一个重要问题。

高层建筑自重：对与低层建筑来说，如何减轻高层建筑的自重非常重要，高层建筑要重点考虑地基载荷与桩基础，在同样的地基或者桩基础上，减轻建筑物的自重意味着不增加基础造价，在此基础上可以多建层数，增加经济效益。

剪力墙：剪力墙受竖向荷载的作用比较大，其竖向荷载一般是结构的自重和楼面的荷载作用产生的。竖向荷载在墙肢内产生轴力，在连续梁内产生弯矩，这时候可以按其受力面积进行计算即可。

高层建筑的结构体系

高层建筑结构设计的原则

高层建筑都是钢筋混凝土施工，结构设计应该与施工、建设、设备等密切配合，在整个过程中要做好安全工作，还要经济合理。高层建筑结构设计要注重结构构造，结构体系要选择好，抗震性和抗风性能要好，在整个结构设计中，要保证其具有自购的承载力、刚度及强度。

2.高层建筑的结构该体系

目前我国的高层建筑结构都采用混凝土形式，主要的结构体系包含四个方面：框架结构、剪力墙结构、框架---剪力墙结构、筒体结构。

（1）.框架结构体系：框架结构体系主要包含四个部分：楼板、梁、柱和基础，框架结构主要的作用就是承重，各个平面的框架连接主要依靠梁，框架结构是一个空间结构体系，高层建筑结构中常用的结构形式就有框架结构体系。

框架结构体系的优点主要就是具有较大的空间，建筑体系的平面布置比较灵活，施工方便，框架结构的自重很轻，对于高层建筑来说，有着更好的经济效益。缺点则是框架结构是空间体系，自身具有一定的柔性，受水平力的作用影响较大，在风荷载作用下容易产生水平位移，在地震作用下，框架结构的构件也会受到一定的损坏。框架架构使用的楼层一般是五到十五楼层，基于框架结构的种种优点，目前已经广泛应用于多种多层建筑中。

（2）剪力墙结构体系：对剪力墙的设计要做到安全、经济合理，所以在设计的过程中除了对位移限制值的要求外，还要充分发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用。在剪力墙数量的设计的时候，位移限制值要满足规范的规定，应尽量减少剪力墙数量，但应满足在基本振犁地震作用下，剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的一半。剪力墙结构体系具有较好的抗震性能，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。

在工程设计的时候，对于不同类型的剪力墙受力特点可以对其进行简化计算。在水平力作用下，整体墙的截面弯矩和剪力可以按照悬臂构件来计算。小开口整体墙虽然因为洞口影响而出现墙肢间应力不再按直线分布，但是产生的影响也不是很大，所以仍然可以按整体墙计算基础上对其进行修改即可。壁式框架可以简化为带刚域的框架，用改进的反弯点法进行计算。联肢墙是由一系列连梁约束的墙肢组成，可采用连续化方法近似计算。

（3）框架—剪力墙结构体系：这种体系是由框架结构体系中加入一定数量的剪力墙结构组合而成的。这种结构集合了框架结构与剪力墙结构的优点，因此，在高层建筑中得到广泛应用。

（4）筒体架构体系：随着高层建筑的兴起，对于抗震设计的要求越来越高，目前的以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。

结束语：近年来，随着城镇化的发展，高层建筑成为现在建筑行业的宠儿，高层建筑的结构设计，在整个建筑施工中占有重要地位，也是我国设计人员一直努力钻研的方向。只要做好结构设计，才会建造出更好的高层建筑。

参考文献：

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[4]张火金. 论高层建筑上部结构设计分析与计算[J]. 山西建筑.2008.19