浅谈高层建筑结构设计要点

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摘要：本文主要针对高层建筑在结构设计方面需要注意的一些要点进行了简要总结，包括一些影响因素，重要的设计指标以及一些假设，希望本文的研究能为相关单位提供一些参考。

关键词：高层建筑；结构设计；要点

Abstract: this paper mainly in high-rise building in the structural design of the need to pay attention to some of the main point to carry on the summary, including some influencing factors, the design of the important index and some assumptions, hope this research can provide some references to related unit.

Keywords: high building; Structure design; points

中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：

改革开放以来，我国的建筑行业经历了一次次质的飞跃，尤其是在上个世纪九十年代至今，中国的房地产业异军突起，创造了一个又一个的发展奇迹。而随着近年来城市美化运动的不断兴起，城市在新建建筑和旧有建筑改造方面越来越多的选择了高层建筑。高层建筑占地面积小，可容纳较多的人口，而且抗震性能好，因此高层建筑在城市中所占的比例越来越高，像是北京上海等土地价格较高，人口稠密的大型城市，包括伦敦、东京、纽约等世界上的大型城市，放眼看去几乎都是高层建筑。那么，在高层建筑的设计中应该怎样做好相关的工作呢？下面本文就结合在高层建筑结构设计工作中所总结出的一些经验，将其中一些要点归纳如下，希望能为相关单位提供一些参考。

1.高层建筑结构设计的影响因素

1.1水平荷载

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但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所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，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，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

1.2轴向变形

竖向荷载很大的高层建筑，在柱中不仅能引起很大的轴向变形，还会对连续梁弯矩产生很大的影响，最终减少连续梁中间支座的负弯矩值，增大跨中正弯矩值和端支座负弯矩值。除此之外，预制构件中的下料的长度也会受其影响，所以，对下料长度进行调整时，要根据轴向变形的计算值。

1.3侧移

与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比。

另外，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、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：

⑴因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。

⑵使居住人员感到不适或惊慌。

⑶使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。

⑷使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。

2.重要设计指标

在“生态节能型”建筑物的设计中，对整个城市影响较小的高层建筑主体下的裙房，对于街道的宽度和人情化空间创造的影响却很大。裙楼立面设计与其上部的立面不一样，为了增加其下部空间的色彩，它需要全面而又细致的设计，这主要与部分的裙房和公众视觉接触较多的原因有很大关系。对整个建筑形象起到强化个性作用的高层建筑屋顶，对生态环境影响较小，但在塑造高层建筑的标志方面却有很大的影响作用，所以，很有必要根据建筑的基座和楼身两方面进行塑造高层建筑物的屋顶。

3.对高层建筑结构的详细分析

3.1关于高层建筑结构基本假定的分析

由于高层建筑的结构是由简体框架、剪力墙三者经过水平平楼板连接构成的。所以，从三维空间结构对其进行精确而又完全的分析还存在一定的难度。尤其在每种实用的分析方法中，要引入多种程度不一的简化适应于计算模型。以下几个基本假定在高层建筑中较为常见：

3.1.1小变形假定

通常情况下，在高层建筑结构分析的基本假定中，小变形假定被使用得较多。很多研究人员从几何非线性方面，也就是P—效应，对其进行详细的研究。得出这样的注意事项：当顶点水平位移与建筑物的高度比值大于0.2%时，就需要高度重视P—效应的影响程度。

3.1.2刚性楼板假定

在高层建设结构的分析中，存在注重自身平面内的刚度无限大，忽略平面外的刚度的现象十分严重。这一假定不仅减少了结构位移的自由度，简化计算方法的同时，还为筒体结构的计算使用空间薄壁杆件理论创造了良好的条件。通常情况下，使用刚性楼板假定在框架体系和剪力墙体系中是完全可行的。但对于有突变的竖向刚度结构来说，影响楼板变形也较大。例如一些楼板刚度不大、层数不多、主要抗侧力的构件间距太大等一些情况，特别是在结构底部、顶部每层内力、位移的影响效果更为显著。针对这些问题，要适当采取一些调整的措施。

3.1.3弹性假定

现阶段，弹性假定的计算方法，在工程的高层建筑结构分析方法中使用得较为广泛。特别是在垂直荷载中，高层建筑结构处于弹性工作阶段时间较久，弹性假定与实际工作状况相吻合。可是，遇到地震或者较大强风等自然灾害时，其结构就会因位移幅度较大产生裂缝现象，从而步入弹塑性工作阶段。为了能反映出高层建筑结构的真实工作状态，只能在设计中使用弹塑性动力分析方法。

结束语

随着国内土地价格的持续上涨，城市人口压力的不断增大，高层建筑必然会越来越多，新型建筑技术和新型建筑材料的使用也可以使得建筑的形式更加复杂多样，这就要求高层建筑在设计上也要不断的进步与完善，不断研究更加合理的各种设计模型。让城市建筑为人民的生活添加更多的方便与色彩。

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