高層建筑結構形式設計的探討

關靜

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

在高層建筑施工過程中，高層建筑的結構設計在工程完成的是否完美上扮演者重要角色，下面我們通過對高層建筑的解讀來了解一些有關內容。

1 高層建筑結構設計的特點

1.1 結構形式多元化

傳統意義上的高層建筑結構形式包括剪立墻結構、框架結構、筒體結構、異型柱結構等，而伴隨著建筑功能的不斷改善，結構設計形式的日趨變化，促使傳統結構形式不斷變化更新。新的結構形式在一定程度上彌補了普通框架結構的缺點，因而受到設計師、開發商的認可。

1.2 水平荷載起重要作用

現代高層由于其高度不斷增加，功能日漸增多，使樓頂對地基的重力荷載隨之增加，而樓房的自身承重和樓面的負載在豎向構件中所引起的軸力和彎曲數值，只與樓身的高度的一次冪成正比；而水平承載在對結構產生的傾覆力及其在豎向構件中引起的軸力，與樓身高度的二次冪成正比。由此可見，水平荷載在高層建筑的結構設計中起著舉足輕重的決定性作用。

1.3 側向作用是主導因素

高度的增加，功能的增多，高層的側向荷載對建筑物作用的效應又不是簡單的線性的關系，這與較低建筑不同，結構側向作用是高層結構設計的關鍵所在。因此，結構設計必須控制好側向位移。

1.4 結構延性不容忽視

有別與普通建筑，高層建筑結構上的延展性更大一些，在地震等災害的破壞作用下的變形性更大一些。為了使建筑結構在遇到災情變形后仍擁有較強的延性，避免傾塌，所以需要在結構設計上采取適當的措施確保樓房自身具有足夠的延性。

1.5 軸向變形也很重要

高層建筑中豎向力的數值較大，能使柱中產生較大的軸向變形，繼而影響梁彎矩，這樣會使連續梁中間支座的承彎矩值降低，使建筑中柱與梁承受的壓力變小，所以軸向變形對高層建筑來說不可缺少。

2 高層建筑結構形式設計的分析

2.1 高層建筑的轉換層設計

現代社會高層功能的要求是多方面，例如：一棟建筑物的上中下各部功能并不相同，上部為居室或辦公，下部為大空間的商業房屋，此時結構設計應做相應調整。所以在結構形式設計中必須設置轉換層來荷載上部框架結構或剪力墻結構。對于轉換層支撐體系要做到：可靠與安全，方便與合理和功能全等要求。

2.2 高層建筑的選型設計

建筑工程的選型對建筑結構的安全及使用時間的長短有著至關重要的作用，正確合理的選型設計是高層建筑順利竣工的核心之一。首先，選擇流線型設計，其型體系數相對較小，對樓房的抗風作用大。其次，在結構的平面設計時，要保持平面形狀與剛度的平衡與勻稱，這有利于力學的均勻和結構的平穩。

2.3 高層建筑的剪力墻設計

現代高層建筑的結構設計多為剪力墻和框架——剪力墻。剪力墻結構由于承受豎向力和水平力的能力較大，所以剪力墻適用于建造更高、樓層更多的建筑。剪力墻的優點是整體性能優，側向成控好，水平作用下變動不大，適用于居民住宅、小型宿舍等。其缺點是不利于大空間的房屋設計，并且結構延性弱。

在高層建筑的剪力墻設計中，不容忽視的是底部加強，是為了承受任意方向的水平力或地震所帶來的沖擊力，所以大型的平面設計，在橫豎方向都應該做剪力墻設置，對圓形平面來說，剪力墻應按照徑向和環向做設置。對于地震帶或地震多發區的建筑來說，框架——剪力墻結構其結構具有兩道防線即剪力墻與框架，利于防震。但框架——剪力墻結構也有缺點，由于要滿足功能的要求，剪力墻的設置位置往往要受到限制，會經常出現剛心、質心分離，產生偏心扭矩現象，與此同時，其側向剛度值偏小，房屋的建造高度將受到限制。

2.4 高層建筑結構中參數的計算

伴隨著日新月異的計算機技術的改革與創新，計算機軟件頻繁的應用在建筑設計中。但是，機器操作并不能代替人的工作，所以在建筑結構設計的計算過程中，要對計算和分析做出充分的認識，準確應用計算機軟件進行深入透徹的研讀分析。結構計算所包括的結果有：樓層地震剪立系數、樓層的側向剛度比、樓層彈性層間位移等等，設計者要依據工程整體要求，選擇合適的軟件進行模擬創建，在結構設計的參數計算時，設計者應制定合理的結構方案，計算出正確的抗震剪力系數和防裂度，正確選取參數值，對最終的施工起到了基礎性的作用。總而言之，結構設計過程中要認真的計算與分析各項參數是否合理，確保絕對可行才可實施。

2.5 高層建筑外部尺度的設計

高層建筑與城市環境在尺度上是統一的，須注重高層布置對城市輪廓線條的影響，因為在城市輪廓中作用最大的是建筑物，尤其是高層建筑物，所以要注意其布置所應遵循的原則：第一，高層聚集于一處，形成城市的突出點，但其間不免相互干擾，為了避免其干擾，可采用相仿高度，彼此間距的方式來構建。第二，高層建筑的頂部應盡量避免類似或相同，這樣會是城市輪廓線的美感大打折扣。第三，同一高層建筑形象設計時，應考慮建筑物的城市尺度，整體尺度，街道尺度等，在任意尺度的設計過程中要遵守尺度的統一性，使建筑成為和諧的統一體。

2.6 高層建筑的整體設計

高層建筑通常作為城市的代表和象征，它是衡量一個城市經濟發展水平的晴雨表，因此，高層設計選擇造型是關鍵，但由于其結構形式的限制及使用功能的限制，設計上又不能有太多的變化，有的高層甚至不加修飾。高層建筑的主體是塔樓，塔樓的外在形式對高層建筑的造型起著關鍵性的作用，現如今國內外的許多高層建筑都有鮮明的外觀和易于辨認的識別性，這對于一個城市來說，好的高層建筑是其名片，這也可以理解為高層建筑存在的原因之一。

3 高層結構設計的注意事項

3.1 結構的周期折減系數

在對高層結構設計中的周期分析中，易被忽視的是非結構的砌體填充墻的影響。很明顯，非結構性構體的影響應考慮到周期的折減系數范圍內，同時不同形式的填充墻和不同的結構類型也對周期折減系數的取值起了決定性作用。這應考慮到。

3.2 振型數目的選擇

一般情況下，對于那些規則的高層，選擇其前三個陣型計算就足以符合計算要求，在分析時，要根據規范的要求對計算的結果做判斷。但對于不規則的高層來說，局部振動的存在是必然的，這需要根據具體而實際的振動來進行選擇，確定陣型數目的取值。

3.3 明確多塔之間的藕聯計算

在設計高層結構時，主塔與群塔的藕聯體系是一種非常常見的結構形式，下面按其受力的特點進行計算。無論是將結構看做整體還是人為的分開計算，都符合力學要求的基本規定。但一些設計師、工程師為計算的方便經常分開計算，這樣當多塔剛度相差較大時，兩者間就產生了“藕聯效應”，此時，若忽略了就會在塔樓的計算中產生較大的誤差，繼而導致結構中的安全隱患。

4 結束語

我國經濟、政治、文化的發展速度今非昔比，科學與建筑也在飛速前進，加之我國城市化進程的步伐加快，在高舉合理開發利用土地資源的旗幟下，在住房緊張、土地緊缺的城市里，高層建筑應運而生，并將成為城市建筑的主體。以上是我個人對高層建筑的總結與概括。

[1]胡文湛.淺談高層建筑結構分析與設計.江西建材，2006（1）.

[2]高益軍.淺析使用高層剪力墻結構應注意的幾個問題.江西建筑，2008.34（1）.