淺析有關高層建筑結構設計

【摘要】本文分析了高層建筑的結構特征，高層建筑結構設計的原則，闡述了高層建筑結構體系的選型問題，并重點分析了高層建筑結構設計問題及措施，可以為高層建筑結構設計提供參考和依據。

【關鍵詞】高層建筑結構；結構設計；措施

1 高層建筑結構的特征

高層建筑結構不但承受著由于外界的風產生的水平方向的荷載，同時也承受著在垂直方向的荷載，并且對于地震的抵抗能力也有要求。一般情況下，低層建筑結構在水平方向上受到的影響比較弱，然而在高層建筑中，外界地震的影響和外界風產生的水平方向的荷載的影響是主要的影響因素。隨著建筑物高度的增加，高層建筑的水平位移增加較快，但是高層建筑過大的側移不但影響人的舒適度，同時使得建筑物的使用受到影響，并且容易損壞結構構件以及非結構構件。基于此，在設計高層建筑結構時，首先控制側移在規定的范圍之內，所以，高層建筑結構設計的核心是抗側力結構的設計。

2 高層建筑結構設計的原則

2.1 選擇合理的高層建筑結構計算簡圖

在計算簡圖基礎上進行高層建筑結構設計的計算，如果選擇不合理的計算簡圖，那么就比較容易造成由于結構安裝發生的事故，基于此，高層建筑結構設計安全保證的前提是合理的計算簡圖的選擇。同時，計算簡圖應該采用相應的構造方法保證安全。在實際的結構中，其結構節點不單是剛節點或者鉸節點，保證和計算簡圖的誤差在規范規定的范圍內。

2.2 選擇合理的高層建筑結構基礎設計

按照高層建筑地質條件進行基礎設計的選擇。綜合分析高層建筑上部的結構類型與荷載分布情況，考慮施工條件，相鄰的建筑物的影響等各個因素，在此基礎上選擇科學合理的基礎方案。基礎方案的選擇應該使得地基的潛力得到最大程度的發揮，必要的時候要求進行地基變形的檢驗。高層建筑設計要有詳細的地質勘查報告，如果缺失，那么應該進行現場勘查并參考相鄰建筑物的有關資料。一般情況下，相同結構單元應該采用相同的類型。

2.3 選擇合理的高層建筑結構方案

合理的結構設計方案必須滿足經濟性的要求，并且要滿足結構形式和結構體系的要求。結構體系的要求是受力明確，傳力簡單。在相同的結構單元當中，應該選擇相同結構體系，如果高層建筑處于地震區，那么應力需要平面和豎向的規則。在進行了地理條件，工程設計需求，施工條件，材料等的綜合分析的基礎上，并和建筑包括水﹑暖﹑電等各個專業的相協調的情況下，選擇合理的結構，從而確定結構的方案。

2.4 高層建筑的結構設計要采用相應構造措施

高層建筑結構設計的原則是強剪切力弱彎變，強壓力弱拉力，強柱弱梁。高層建筑結構設計過程中把握上述原則，加強薄弱部位，對鋼筋的執行段錨固長度給予重視，并且要重點考慮構件延性的性能和溫度應力對構件的影響。

3 高層建筑結構體系的選型

建筑的結構在抵抗來自于水平方向和豎直方向的荷載時構件的組成形式和傳力的路徑就是高層建筑的結構體系。通過包括墻，柱等的豎向構件和樓蓋等水平構件將豎向荷載傳遞到基礎，利用抗側力體系將水平荷載傳遞到基礎。

根據高層建筑結構的材料將高層建筑的結構體系分為鋼筋混凝土結構體系，鋼結構體系，鋼-混凝土混合結構體系以及鋼-混凝土組合結構體系。鋼筋混凝土結構體系被廣泛的應用在各類的工程結構中，具有混凝土和鋼筋兩種材料的協同受力性能特征，造價低廉，耐久耐火，成本低，整體性能優良，但存在著自重大，延性差，施工慢等缺點；鋼結構體系的強度高，抗震性能比較好，施工方便，跨度大，用途多，但是存在著費用高，防火性能差，施工復雜等不足；鋼-混凝土混合結構結合了鋼筋混凝土構件和鋼構件的長處，不但增加了鋼構件的材料強度，同時具有較高的抗震性能，成本低廉，然而這兩種材料構件的連接技術還存在著不足；鋼-混凝土組合結構具有承載能力高，抗震性能強，比鋼結構具有更優良的耐火性，施工速度快，但是存在著節點的構造比較復雜的缺點，一般被用于小偏心受壓構件。

根據結構形式可以將高層建筑結構分為框架結構體系，剪力墻結構體系，框架-剪力墻結構體系。利用柱，梁等結構體系作為高層建筑豎向承重的結構，并且承受水平荷載，這種結構側向位移大，框架結構內力大，適于50m 高度以下的建筑；通過高層建筑的鋼筋混凝土墻體當做抵抗側力和豎向承重的結構體系，就是剪力墻結構體系。這種剪力墻結構的剛度大，整體性能好，不易受水平力作用發生變形，適應于高層建筑，但是由于剪力墻的間距小，使得平面的布置不靈活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墻組合的而構成的結構形式就是框架-剪力墻結構體系，這種結構形式不但具有實用性強，布局靈活的優點，同時承受水平負載的能力更高，在高層建筑中被廣泛使用。在框架-剪力墻結構體系中，需要注意考慮剪力墻的位置，設計合理的剪力墻的數量，以及滿足框架的設計要求。

4 高層建筑結構設計問題分析及措施

4.1 高層建筑結構存在著超高的問題

基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑規范對高層建筑的結構的高度有嚴格的規定，針對高層建筑的超高問題，在新規范中不但把原來限制的高度規定為A級高度，并且增加了B 級高度，使得高層建筑結構處理設計方法和措施都有了改進。實際工程設計中，對于建筑結構類型的改變對高層超高問題的忽略，在施工審圖時將不予通過，應該重新進行設計或者進行專家會議的論證等。在這種情況下，整個建筑工程的造價和工期都會受到極大的影響。

4.2 高層建筑結構設計短肢剪力墻設置

我國建筑新規范中，短肢剪力墻是指墻肢的截面的高度和厚度比在5～8 的墻，按照實際經驗以及數據，高層建筑結構設計中增加了對短肢剪力墻的使用限制。所以，在高層建筑的結構設計中，必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。

4.3 高層建筑結構設計嵌固端的設置

一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結構工程設計人員應該考慮嵌固端設置會可能帶來的問題。考慮嵌固端的樓板的設計；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計算時充分考慮嵌固端的設置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結構抗震縫隙設置的協調。

4.4 高層建筑結構的規則性

在關于高層建筑的新規范中，對于高層建筑結構的規則性做出了很多限制，比如規定了結構嵌固端上層和下層的剛度比，平面規則性等等，并且硬性規定了“高層建筑不能采用嚴重不規則的設計方案。”因此，為了避免后期施工設計階段的改動，高層建筑結構的設計必須嚴格遵循規范的限制條件。

5 結束語

隨著社會的不斷進步和科技的不斷發展，高層建筑越來越廣泛的出現在城市建設中。在高層建筑結構設計方面出現了新的發展和變化。高層建筑的結構設計已經成為了高層建筑設計的重點內容，因此，研究高層建筑結構設計的問題是非常重要和有意義的。介紹了高層建筑結構特征，分析了高層建筑結構設計的原則，闡述了高層建筑結構體系的選型問題，并重點分析了高層建筑結構設計問題及措施。

參考文獻：

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