高層建筑主體結構設計探討

【摘 要】隨著城鄉一體化的快速發展，城市人口日益增多，居民建筑也逐步從底層向高層轉變，這對建筑主體結構設計提出了更高的要求。本文就高程建筑結構設計的特點和常見問題進行了探討，以期為建筑設計人員提供借鑒和參考。

【關鍵詞】高層建筑；主體結構；設計；探討

一、概念闡述

高層建筑結構設計是針對高層建筑特性的建筑結構設計，在滿足安全、適用、耐久、經濟和施工可行的要求下，按有關設計標準的規定，對建筑結構進行總體布置、技術經濟分析、計算、構造和制圖工作，并尋求優化的過程。

二、高程建筑結構設計的特點

高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有：（1）水平力是設計主要因素。在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。（2）減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要。高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎造價和處理措施，可以多建層數，這在軟弱土層有突出的經濟效益。地震效應與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結構上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構件產生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。（3）抗震設計要求更高。有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、中震可修、大震不倒。

三、高層建筑結構設計的基本要求

（1）結構的規則性。第一，不應采用嚴重不規則的結構體系。建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的設計方案。高層建筑不應采用嚴重不規則的結構體系，應符合下列要求：一是應具有必要的承載能力、剛度和變形能力；二是應避免因部分結構或構件的破壞而導致整個結構喪失承受重力荷載、風荷載和地震作用的能力；三是對可能出現的薄弱部位，應采取有效措施予以加強。第二，高層建筑的結構體系尚宜符合下列要求：一是結構的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉效應而形成薄弱部位；二是宜具有多道抗震防線。（2）規則平面布置需滿足的要求。結構平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭均勻對稱，減少扭轉的影響。在地震作用下，建筑平面要力求簡單規則，風力作用下則可適當放寬。抗震設防的高層建筑，平面形狀宜簡單、對稱、規則，以減少震害。在高層建筑的一個獨立結構單元內，宜使結構平面形狀簡單、規則，剛度和承載力分布均勻。不應采用嚴重不規則的平面布置。抗震設計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結構高層建筑，其平面布置應簡單、規則，減少偏心。

四、高層建筑結構設計問題分析

（1）高層建筑結構受力性能。對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空問組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。（2）建筑結構的三心合一和扭轉。建筑結構的幾何形心，剛度中心、結構重心即為我們常說的建筑三心。在結構設計時要求建筑三心盡可能地匯合于一點，即所謂三心合一。建筑結構的扭轉問題就是指在設計中一棟建筑物沒有做到三心合，在水平力作用下結構發生扭轉振動效應。由于水平力作用在高層建筑中起著控制作用，常有建筑物因扭轉振動而發生嚴重破壞。為避免建筑物因水平力作用而扭轉破壞，要求我們在設計時進行合理的結構選型和精心的平面布置，盡可能地使建筑物三心合一。（3）建筑結構的軸壓比。軸壓比是指柱組合的軸力設計值Nc與柱的橫截面面積Ac和混凝土抗壓強度設計值fc乘積的比值。試驗和震害表明；鋼筋混凝土柱的軸力過大、柱的延性將顯著變小，很容易發生脆性的剪切破壞，不符合強剪弱彎的概念設計原則。故軸壓比的控制，對保證其延性非常重要。我們應采取提高柱混凝土的標號及擴大柱截面等措施縮小柱的軸壓比，提高結構的延性。

參 考 文 獻

[1]余小銳.淺談高層建筑結構設計分析[J].科技資訊.2009（13）

[2]胡勝利.高層建筑結構設計問題探討[J].建設科技.2010（2）