高層建筑結構設計要點分析

宗光國

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑行業(yè)的規(guī)模不斷的擴大，近幾年高層建筑已成為城市發(fā)展過程中不可或缺的元素。文中針對高層建筑結構的布置原則進行了分析，并進一步對高層建筑結構設計的要點進行了具體的闡述。但土地資源的緊張，隨著我國高層建筑技術的迅速發(fā)展，高層建筑已經(jīng)成為城市空間中不可缺少的元素，成為城市的一道亮麗風景。如何設計出舒適、安全同時又符合人們精神生活要求，且經(jīng)濟實用的建筑現(xiàn)已成為設計師們要首先解決的問題。就高層建筑結構布置原則及設計要點等問題進行一些探討，希望能對我們以后的工作產(chǎn)生幫助，使設計水準更上一層樓。

關鍵詞：高層建筑；結構；設計

前言

隨著城市化建設進程的加快，城市的建筑發(fā)生著日新月異的變化，大量人口涌入到城市中來，城市人口的驟增，導致城市土地的緊張，這些外來人口為城市的發(fā)展起到了極大的推動作用，同時也對建筑行業(yè)在滿足城市人口的居住問題上提出了新的問題。城市為了節(jié)約土地及空間及人們對居住環(huán)境的要求，從而帶動了高層建筑技術的迅速發(fā)展，高層建筑已成為城市中的一道亮麗的風景，是城市空間中不可或缺的元素。在高層建筑設計當中，如何更好的滿足人員居住及精神生活的要求，并保證建筑的實用性成為當前設計師需要考慮的主要問題。

1 高層建筑結構的布置原則

1.1 結構平面布置

平面形狀簡單、規(guī)則、對稱盡量使質(zhì)心和鋼心重合。偏心大的結構扭轉(zhuǎn)效應大，會加大端部構件的位移，導致應力集中。高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結構布置，當由于使用功能與建筑的要求，結構平面布置嚴重不規(guī)則時，應將其分割成若干比較簡單、規(guī)則的獨立結構單元。對于地震區(qū)的抗震建筑，簡單、規(guī)則、對稱的原則尤為重要。

1.2 結構立體布置

結構豎向布置最基本的原則是規(guī)則、均勻。結構宜設計成剛度下大上小，自下而上逐漸減小。下層剛度小將使變形集中在下部，形成薄弱層，嚴重的會引起建筑的全面倒塌。上不樓層收進使得體型較小的情況經(jīng)常發(fā)生，但是對于收進的尺寸應當限制。收進的部位越高，收進后的平面尺寸越小，高振型的影響明顯加大。如果上部樓層外挑，造成“頭重腳輕”的狀況，將使扭轉(zhuǎn)反映明顯加大，豎向地震影響也明顯變大。

2 高層建筑結構設計要點

2.1 地基與基礎設計

高層建筑結構中地基更是極其重要的一部分，在高層項目的整個工程造價中，地基占有很大一部分，因此，建筑設計師對地基與基礎設計都特別重視，所以在高層建筑的地基設計當中，結構工程師要首先對當?shù)氐牡刭|(zhì)條件有詳細的了解，我國幅員廣闊，各地的地質(zhì)情況都有所差異，所以在設計之前要對當?shù)氐牡刭|(zhì)情況有個深入的學習過程，從而保證設計及施工的順利進行，避免對整個工程的設計造成嚴重的影響。高層建筑設計不同于多層建筑，首先要對施工場地的地質(zhì)情況及地下水水位進行了勘探，從而得出相關的數(shù)據(jù)，同時還要對高層上部結構的類型及使用功能、施工條件等進行綜合的考慮，另外還要考慮到施工時對周圍的建筑安全性的影響，這樣可以有效的保證建筑物建成后發(fā)生沉降或傾斜的可能。同時為了施工中的安全及施工的順利進行，還要對周邊構筑物及地下的設施的位置及標高進行了解，從而保證設計的科學性，保證施工的正常進行。

2.2 高層建筑結構平面及立面形式的選擇

在高層建筑結構設計中，為了避免扭轉(zhuǎn)問題的發(fā)生，所以在設計時要做到建筑的幾何形心、剛度中心、結構重心盡可能匯于一點，這樣可以有效的減少結構發(fā)生扭轉(zhuǎn)的可能。如若在結構設計中沒有做到三心合一，由此就會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)問題。扭轉(zhuǎn)問題就是結構在水平荷載作用下發(fā)生的扭轉(zhuǎn)振動效應。扭轉(zhuǎn)振動效應在風載等水平荷載載荷情況下會對結構產(chǎn)生危害，在結構設計時要選擇合理的結構形式和平面布局，從而達到建筑物的三心合一，因此在設計時對平面和立面形式進行選擇是十分關鍵的。作為高層建筑，更適宜簡單、規(guī)則的對稱形態(tài)，而過于復雜的平面形式則不適宜。同時如果平面布置不對稱，有過多的外凸、內(nèi)凹等復雜形式都容易造成震害。因此在高層結構的設計中，為了保證結構的安全性，要保證結構的抗震設計中，結構體系的選擇、布置、構造措施比軟件的計算結果都要精確，這樣將保證結構具有良好的抗震性，從而保證結構的安全性。

2.3 提高結構重要部位的延性

在結構豎向，對于剛度沿高度均勻分布的、體形較簡單的高層建筑，應著重提高底層構件的延性；對于大底盤高層建筑，應著重提高主樓與裙房頂面相銜接的樓層中構件的延性；對于不規(guī)則立面的高層建筑，應著重加強體形突變處樓層構件的延性。在結構平面位置上，應該著重提高房屋周邊轉(zhuǎn)角處、平面突變處以及復雜平面各翼相接處構件的延性。

2.4 注重抗震設計

在需要抗震設防的高層建筑中，盡可能不采用純框架體系，可以采用框架一剪力墻、剪力墻或筒體結構體系，要根據(jù)我國的具體條件進一步總結對高層建筑的剛度要求，以便能夠更經(jīng)濟合理地布置剪力墻及筒體等抗側力構件。

2.5 高層的連梁設計

在內(nèi)力和位移計算時，其構件可采用彈性剛度，在框架-剪力墻結構中，連梁剛度可予以折減。因此，處理連梁超筋或截面控制超過剪壓比的首要方法是選好剛度折減系數(shù)。當連梁剛度折減后，部分樓層的連梁仍然不滿足要求時，可采用內(nèi)調(diào)幅，調(diào)幅不宜超過20%。

2.6 剪力墻結構設計

剪力墻結構因其即能承擔垂直荷載又能抵抗水平力作用，因此在高層建筑中得以廣泛使用，即將房屋的內(nèi)、外墻都做成實體的鋼筋混凝土結構，其面積較大，同時又有樓蓋的支撐，所以其自身有較大的側向剛度，剪力墻作為一種剛性結構，即使有水平荷載作用下，也不會發(fā)生較大的側移量，所以對于15-35層的高層建筑非常適宜。但剪力墻也有自身的弱點，由于其是剛性結構，自身的剛度較大，因此一旦發(fā)生地震，地震力也會完全作用于剪力墻上，如果在施工中處理不好，在地震中會造成較大的破壞。同時對于公共建筑所需要的較大空間，剪力墻則無法完成，因為剪力墻在布置時對間距有較強的要求，間距不能過大，同時平面布置也不靈活。

3 結束語

隨著城市化進程的加快，城市規(guī)劃中對空間規(guī)劃有了一定的需求，高層建筑結構已越來越成為城市建筑的重點，在結構設計過程中，高層建筑結構因較多層建筑要具有較大的復雜性，因此在設計中要綜合多方面因素進行考慮，對各部位的受力情況及參數(shù)的選取要進行仔細的分析和研究，從而保證高層建筑物的結構設計安全，以免留下設計中的安全隱患，從而保證高層建筑的安全性。

參考文獻

[1]李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問題的處理及算例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.2004.

[2]陰杰，曹京華，陳克勤.高層建筑的結構設計觀念[J].山西建筑.2007（4）.

[3]李邱冀，趙麗，李曉娜.高層結構設計需控制的重要指標及處理方法[J].科技傳播.2011（3）.