高層建筑結構設計探討

摘要：隨著經濟水平的增長，我國各地高層建筑拔地而起，形狀和結構則更多的呈現出不規則化和復雜化，針對上述問題，高層建筑的結構設計受到人們前所未有的重視。本文詳細分析了建筑結構設計中存在的主要問題，并提出了一些建議，以供參考。

關鍵詞：高層建筑 結構設計

在我國高層建筑快速發展的同時，一些高層建筑結構設計中，往往有些建筑設計人員只關注結構計算的準確性，從而忽略了結構方案的實際情況。所以，高層建筑結構具體設計者一定要根據實際情況，具體分析和掌握結構知識，處理好具體建筑設計中所遇到各種問題，做出一個合理的結構方案。

一、高層建筑結構設計特點

高層建筑與低層建筑同工異曲，承受的自重、雨載、活載等一些垂直荷載以及地震、風等的水平力。側向力是影響整個結構內力與建筑物土建造價以及結構變形的唯一因素。其實，在所有的低層建筑結構中，水平荷載所引發的位移與內力很小，因此可忽略不計在內；在高層建筑結構中，水平荷載的位移與內力是慢慢增加；在所有的高層建筑中，地震力與水平荷載成了最關鍵的控制因素。結構定要具有定的適宜剛度。隨著建筑高度的不斷增加，建筑的側向位移也會隨之增大。所以設計高層建筑的過程中，不但要結構上有著足夠大的強度，同時結構上還要有具休的剛度，讓結構有個合理的自振頻率，使水平力的作用層位移具體控制在一個范圍內。結構還要有一個良好的延性相對一些較低的樓房來說，高樓的結構會更加柔活一點，存實際地震作用卜其變形就會更大一點。其實影響建筑結構的耐震性的主要因素是結構的變形能力和承載力。一定要在滿足具體強度下，利用合理的構造錯施與優良的概念設計，來進一步提高整個結構，尤其是一些薄弱層的具體變形能力。

二、結構計算和分析

在結構計算和分析階段，如何進行高效、準確地對整個工程內力分析，同時，依據規范實際要求進行處理和設計，是決定整個工程的設計質量優劣的保證。

（1）結構整休計算的軟件選擇。目前使用比較廣泛的軟件有：TAT，SATWE，STABS等，然而，因為所有的軟件在選擇計算的模型時有著相當大的差異，所以導致了所有軟件所計算出得結果不同，在進行項工程的整體結構計算和分析過程中定要根據結構的類型與軟件模型的實際特點進行合理的選擇，從所有不同的軟件計算結果，進行科學的判斷，篩選出一個合理的、可作參考的計算結果，這是所有的結構工程師在具體的設計工作中的基礎工作。

（2）完善振型數目的規劃。在新規范之中，具體增加了一個振型參與系數的新概念，同時還明確地提出了這個參數的具體極限值。因為在以前的舊規范設汁當中，沒有出現振型參與系數的具體概念。這個參數的極限值值并沒有確保必須符合新規范的實際要求，所以，在計算與分析的階段一定要對計算出的結果進行判斷，決定是不是還要進行具體調整振型數目。

（3）多塔之間互相干擾。最近這幾年，多塔樓，大底盤的高層建筑大量涌現，但是在計算分析這類高層建筑的過程中，是把結構看為1個整體，依據多塔類型進行具體的計算，還是人為的把結構劃分開進行了計算，不同的計算力式是任何個結構工程師一定要注意的問題。當多塔之間的剛度相差比較大的時候，可能就會出現了滿足振型參與系數，不過，對具體的一座塔樓的實際地震力的計算誤差，就有可能變得更大，這樣就導致了結構出現定的不安全隱患。

（4）非結構構件的設計與計算。在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求而非主體承重骨架體系以內的非結構構件對這部分內容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大，因此，必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。

三、高層建筑的結構選型

（1）結構的規則性問題。新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動，新規范在這力面增添了相當多的限制條件，例如：平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案”因此，結構工程師在遵循新規范的這此限制條件時必須嚴格注意，以免后期施工圖設計階段工作被動。

（2）結構的超高問題。在抗震規范與高規中，對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規范針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。

（3）嵌固端的設置間題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置存人防項板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

（4）短肚剪力墻的設置問題。在新規范中，對墻肢截面高厚比為5-8的墻定義為短肢剪力墻，且根據實驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

四、結論

高層結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程，新型結構體系結構形式復雜，分析難度大，在這過程中任何遺漏或錯誤都有可能對結構造成安全隱患。隨著新型結構原理的進步，高性能材料的發展，計算機技術水平的不斷提高，這就要求結構設計人員在工作中，不斷學習新規范，力求掌握更為合理的結構計算方法，全面細致的考慮結構各個構件和每個組成部分。

參考文獻：

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