高層建筑結構設計的影響因素研究

摘要：隨著我國經濟社會的不斷發展以及科學技術的不斷進步，城市化建設的進程不斷加快，高層建筑也隨之在城市中不斷涌現出來。而隨著高層建筑的不斷出現，其在結構設計上的問題也越來越顯著。對于高層建筑工程來說，它本身的結構設計問題是整體設計中最重要的一部分，所以，越來越多的人開始將研究的重點放在了結構設計上。筆者也將在本文針對高層建筑結構設計中的影響因素，進行關于其對策的探討。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；影響因素

引言

城市土地資源短缺與人口不斷增加之間的矛盾日益突出，隨著城市化進程的不斷加快，高層建筑應運而生。高層建筑設計本身是一個非常龐大而復雜的體系，而作為這個體系中重點部分的結構設計，它不但要滿足高層建筑在安全性能方面的需求，同時還要具備合理性與科學性。下面就來闡述高層建筑結構設計的影響因素。

1、高層建筑結構整體特征

高層建筑的整體結構除了要承受來自于垂直方向上的荷載之外，還要承受著來自于水平方向上的荷載（由風力產生），同時它在抗震功能方面也有一定的標準。高層建筑與普通建筑相比，外界的地震和風對其所產生的影響要更為嚴重。建筑物的位移速度會隨著其高度的增加而逐漸加快，而且高層建筑的側移影響的不只是內部人員的舒適度，還會對建筑物的使用壽命造成影響，極易對結構和非結構構件造成破壞。所以在進行高層建筑的結構設計時，抗側力設計是其中的核心問題。

2、高層建筑結構設計原則

（1）高層建筑結構設計的原則，首先一點就是要選擇出合理的結構計算簡圖，因為如果所選擇的計算簡圖不合理的話，那就有可能因為安全問題而出現事故。所以，選擇合理的計算簡圖是高層建筑結構設計的前提。除此之外，因為在建筑的結構節點除了餃節點和鋼節點外還有其他的節點，所以應選擇與計算簡圖相適應的構造方法，將兩者間的誤差控制在一定的范圍內，這樣才能保證高層建筑在安全上不會出問題。

（2）高層建筑結構設計原則的第二點就是要選用合適的基礎設計，即根據高層建筑所處位置的地質條件來選擇基礎設計。這一點的要求是要對高層建筑的結構類型、施工情況、荷載分布等問題進行綜合性的分析，然后以此為依據選擇出最合理的基礎設計方案。基礎設計方案的選擇是以該處的地質情況為依據的，它要求能夠在最大限度上發揮地基的潛力，相關的地基變形檢驗是必不可少的。

（3）高層建筑結構設計原則第三點就是要對結構方案進行合理的選擇，這一點要求結構設計方案要在滿足結構的體系與形式的同時，還要滿足高層建筑的經濟性要求。這需要對地理條件、施工條件、建材、供水、供暖以及供電等等問題進行綜合的分析，使各個方面都協調在一起，最終確定出最合理的結構設計方案。

（4）高層建筑結構設計原則第四點是要準確的分析計算結果。隨著科學技術的不斷發展，在建筑結構的設計中已經廣泛的使用計算機技術來進行各種合算，而使用的計算軟件不同，所得到的結果也就有可能會不同，所以相關的設計人員在進行軟件的選用時，應該全面的了解軟件的各種相關信息，最終選擇出最為合適的軟件。因為計算機的內部程序可能與實際的建筑結構并不相同，所以在使用計算機來進行計算時，就會發生因軟件上的漏洞或是人工輸入錯誤而出現計算結果不準的情況。這就要求設計人員在通過計算機得到了相關的結果之后，對這一結果進行反復核對，最終得出正確的結果。

3、高層建筑結構設計選型

高層建筑的結構體系作為抵抗來自垂直和水平方向荷載的傳力途徑，它主要是利用抗側力體系和相關的水平構件與豎向構件將荷載傳到基礎部分。

高層建筑結構體系按照建筑材料可以分為鋼、混凝土組合結構，鋼、混凝土混合結構，鋼結構。這其中鋼筋混凝土結構體系因為其成本低、耐火耐久等優良的性能而廣泛應用于各類工程中，但是它本身仍舊存在一些如施工慢、自重大等缺點。而鋼結構體系除了具有施工方便、抗震性能好、強度高等優點外，同時還有著例如防火性差、成本高等缺點。鋼、混凝土組合結構雖然繼承了二者的優點，但是其節點部分的構造復雜，所以并不能被廣泛應用。同樣地，鋼、混凝土混合結構一樣結合了兩者的優點，但是在兩種材料的連接方面仍舊存在技術問題。高層建筑結構體系常用的有框架、剪力墻結構，框架-剪力墻結構。框架結構因為是利用柱、梁等結構來承重的，所以這種結構體系的側向位移相對較大，一般適用于低于50m的建筑。剪力墻結構因為是靠高層建筑的墻體來承重的，所以這種結構的整體性能相對較好，不易產生水平方向的變形，一般多應用于高層建筑，但是因為其在平面上的布置不夠靈活，所以很少在公共建筑設計中使用。而框架-剪力墻組合結構則是結合了兩者的優點、改善了其中的缺點，所以被廣泛應用于高層建筑的結構設計中。另外還有筒體結構、框-筒結構等。

4、高層建筑結構設計難點

高層建筑在結構設計上主要的難點有三個：

（1）防風結構的設計。因為風振作用對高層建筑的影響較大，所以抗風問題在結構設計中是很重要的一部分。因為高度問題，高層建筑對風會造成阻隔和擾動，而風的動力效應在因此而改變后，會對高層建筑產生一個振動的作用力，而受此影響最大的就是高層建筑的動力荷載，風壓很有可能會損壞到高層建筑的主體結構，嚴重的可能會發生玻璃幕墻爆裂、墻體開裂等情況。

（2）抗震結構設計。高層建筑在抗震結構方面向來最為薄弱，那是因為在地震發生時很難確定會產生哪些后果以及高層建筑本身的結構過于復雜，再加上相關的設計人員在設計過程中分析的不夠全面，所以經常會出現高層建筑抗震結構的設計在安全性和耐久性有所缺失等問題。

（3）消防設計。高層建筑結構的復雜性，決定了其在材料的選用上具有多樣性，而這些材料中又有很多都是可燃、易燃的，這樣一來火災發生的可能性就大大的增加了。再加上高層建筑的空氣對流性好，一旦有火災出現，就會有火借風勢的情況發生，此時如果建筑結構在消防問題上考慮不足，就會出現火勢蔓延、救援難以展開、疏散困難等一系列問題。

5、高層建筑結構的優化設計

（1）抗風結構優化設計

在基礎設計上，首先應確保基礎的埋置深度，保證整體結構的抗傾覆性能。其次可使用配比較高的砂石來保證地基的密實度，必要時設置抗拔錨桿，以此來提高建筑基礎的抗拔強度。在減振系統設計上，應多利用耗能支撐、剪力墻、樓板等組成的耗能減振系統來減少風荷載對高層建筑的影響。對于風荷載與水平力的問題，要對高風壓區進行加固。

（2）抗震結構優化設計

①提高結構設計的整體規則性，以此確保承載力體系分布的合理性。②改善地基的抗震設計，即在簡化建筑平面、提高地基的強度與高度的同時，將上部結構的重點和群樁設置在同一直線之上。③在剪力墻的設計方面，要提高高層建筑承重結構的抗側力，以此來滿足承載力的耗能與延續性，這樣可以有效地提高高層建筑的抗震能力。

6、結語

高層建筑結構設計上的問題并不只有上文所提到的這些，而解決的對策也同樣不只如此，它關系到的問題是多方面的，本文所提到的只是其中較為主要的問題。作為設計人員，在進行高層建筑的結構設計時，要時刻保持嚴謹的工作態度來面對設計中的每一個細節，讓高層建筑的結構設計真正的兼備安全性、合理性與科學性。

參考文獻

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