高層建筑結構設計有關問題探究

【摘要】隨著科學技術的不斷進步以及社會的迅速發展，在當今的城市建設過程當中隨之出現了越來越多的高層建筑，并且在高層建筑的設計上也出現了許許多多的新變化和新發展，由此可見，高層建筑結構設計已逐漸成為了當今高層建筑的核心內容。所以，對高層建筑的結構設計方面的相關問題進行研究是十分有意義，也是非常重要的。本文簡要的分析了高層建筑的結構特征，詳細的論述了高層建筑結構設計的主要原則，并且深入的探討了高層建筑設計的相關問題，希望能夠對我國高層建筑結構今后的設計工作產生積極的作用及影響。

【關鍵詞】高層建筑；結構設計；特征；原則；問題

1 前言

隨著社會及科技的迅速進步和發展，高層建筑逐步走進了人類的現實生活當中。高層建筑作為一個復雜和龐大的系統，其結構設計不僅要最大限度的滿足包括抗風與抗震在內的諸多安全性能方面的需求，而且還應當切實的滿足高層建筑結構的合理性以及科學性。

2 高層建筑的結構特征

從總體上來看，高層建筑一方面要承受來自于外界風力所產生的水平荷載，另一方面還要承受垂直荷載，除此之外還必須具有一定抵抗地震的能力。通常情況下，高層建筑的結構不會受到較強的水平方向的影響，影響高層建筑的主要因素就是外界風所產生的水平荷載和地震。隨著當今房屋建筑高度的不斷加大，其位移的增加也變得越來越快速，然而，過大的高層建筑位移不僅會對人的舒適度造成影響，并且也會影響到高層建筑物的實際使用。所以，在對高層建筑的結構進行設計的時候，應當首先將側移控制在規定范圍以內，因此，高層建筑結構設計的重點就是抗側力結構方面的設計。

3 高層建筑結構設計的主要原則

3.1 合理的選擇基礎設計

應當根據不同高層建筑不同的體制條件來選擇基礎設計，全面的對高層建筑上部的荷載分布和結構類型加以分析，充分的對各個影響相鄰建筑物和施工條件的因素進行考慮，在考慮完全之后再對基礎方案進行選擇。選擇基礎方案的時候應當盡可能的發揮出地基的潛力，必要時還應當檢驗地基變形，同時制定出詳細和真實的地質勘測報告，若有缺失則應當及時進行實際勘察，同時參考相關建筑物資料。通常，結構單元相同的建筑物結構應當選取同一類型。

3.2 合理的選擇計算簡圖

在計算高層建筑結構設計時，應當以計算簡圖為其計算的基礎，若計算簡圖選擇不夠合理和科學，那么必將因結構安全導致事故的發生。因此，保證高層建筑結構設計安全的重要前提就是選擇合理的選擇計算簡圖，與此同時，應當選取與之相適應的結構方法來選擇計算簡圖，以確保結構設計的安全，避免安全隱患的存在。在現實的結構設計當中，高層建筑的結構節點不僅僅是交接點或者鋼節點，確保將計算簡圖誤差規范在相應的范圍之內。

3.3 準確分析計算結果

隨著電子信息技術的迅速發展，計算機技術逐漸的被應用到了現代建筑的結構設計過程當中。在市場上有著很多不同種類的計算軟件，所使用的計算軟件不同，那么所得出的計算結構也會不盡相同，因此，設計工作者應當在全面的分析和認識計算軟件的使用條件及使用范圍的基礎上，來對合適的計算軟件加以擇選，以保證計算的正確性。因為計算機程序可能與高層建筑物的結構狀況不相符，因此，在利用計算機來進行輔助設計時，很容易出現因計算軟件自身的缺陷或者人工輸入誤差而導致計算結果有誤的問題。所以，在得出計算結果之后，應當合理的進行判斷和校核，進而將誤差消除或者減小到最小，得出準確的計算結果。

3.4 合理的選擇結構方案

科學以及合理的高層建筑結構方案應當切實的與經濟性方面的要求相符合，同時還應當滿足結構體系及結構形式方面的一系列需求，其中結構體系的要求是傳力簡單與受力明確。在相同的高層建筑物結構單元中，必須選擇同一類型的結構體系，若所設計的高層建筑坐落于地震頻發區域，那么建筑物結構的應力就應當始終堅持豎向和平面規則。在綜合分析了施工材料、施工條件、地理條件以及工程設計需求等諸多方面影響因素的前提下，并且與高層建筑包括電、暖、水等各專業之間的相互配合和相互協調的基礎上，合理的選擇結構，進而將結構方案確定出來。

4 高層建筑結構設計相關問題的分析

4.1 受力性能方面的問題

通常在高層建筑設計的最初階段，設計人員考慮較多的就是建筑物的空間組成特點，而并非是確定高層建筑的具體結構。高層建筑的地面對其空間形式的水平方向及豎向的穩定有著十分重要的影響，由于高層建筑一般都是由重而大的結構構件所構成，所以，建筑物的結構應當把其自身的重量傳送到地面上，建筑物結構的荷載通常是向下對底面產生作用的，而高層建筑設計的基本要求之一就是弄清地基承載力和向下作用力二者之間的關系，因此，在設計建筑物的方案時，就應當對主要承重墻以及承重柱的分布與數量進行總體上的設想。

4.2 扭轉方面的問題

高層建筑物的三心包括結構重心、剛度中心及幾何形心，在設計建筑物結構時，必須保證三心合一，也就是將三心最大限度的匯合為一點。高層建筑結構扭轉方面的問題指的是在設計結構時，并沒有真正的確保三心合一，進而在水平荷載的不良作用之下發生結構扭轉振動效應。為了能夠有效的防止高層建筑由于水平荷載的作用所導致的扭轉破壞，那么在設計結構時就應當合理的選擇平面布局與結構形式，從根本上保證三心合一。

4.3 振動周期和側移方面的問題

高層建筑結構的振動周期主要包括兩個方面：（1）將自振周期和場地特征周期盡可能的錯開；（2）對結構自振周期進行合理的控制。

4.3.1 高層建筑結構的自振周期方面

通常其自振周期應當保持的范圍為：筒中筒、剪力墻結構的自振周期在0.04N至0.10N之間；框筒、框剪結構的自振周期在0.08N到0.12N之間；框架結構的自振周期為0.1N到0.15N之間，其中N是結構層數。高層建筑結構的第二及第三周期應當保持的范圍為：第二周期在1/3到1/5的自振周期之間；第三周期在1/5到1/7自振周期之間。

4.3.2 共振問題

當高層建筑所在地發生地震的時候，若高層建筑的場地特征周期接近于高層建筑的自身周期，那么很容易導致場地與建筑物的共振。所以，在設計建筑方案結構時應當預先對特征周期進行估算，通過合理的選擇結構體系及結構類別，合理的對結構層數進行調整，擴大特征周期和自振周期二者間的差別，防止產生共振問題。

除了以上諸多問題之外，在設計高層建筑結構時，還必須重視單位面積重度、剪重比以及位移限制等問題，應當保證這些數值和指標的合理性和正確性，從結構的豎向、結構體系的選擇及平面布置等各個方面進行深入的思考，將層間位移和頂點位移并重對待，尤其要注意角點位移的大小與合理性，注意剪重比和單位面積厚度的實際值與高層建筑結構的實際情況相契合。

5 結束語

近些年以來，我國高層建筑發展極為迅速，然而從高層建筑的實際設計質量方面來講，其內在的設計質量是非常不理想的。因此，在高層建筑的設計過程當中，設計人員不但應當對結構計算的準確性提起高度的重視，與此同時還應當對結構方案的實際狀況提起高度的重視，最終選擇出出合理科學的高層建筑結構設計方案。除此之外，相關設計人員還應當切實的根據自身所掌握的結構設計知識以及實際情況來處理高層建筑設計中所出現的諸多問題，以提高高層建筑的設計質量，消除安全隱患，確保高層建筑物的使用安全、使用舒適及使用方便。

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