現代高層建筑的結構與設計分析

摘要：近些年我國各項科技的不斷進步，很大程度上促進了建筑業的發展，新型技術及新型材料的應用，對我國高層建筑的發展起到了重要的作用。高層建筑是當前社會節約土地資源的重要舉措，也在現代建筑中成為了標志性的建筑，高層建筑是結合了民用、商用及美學為一體的綜合性建筑。由于其多樣性的功能，使其在建筑結構與設計中，需要考慮更多方面的問題，只有全面的對高層建筑的結構與設計進行分析，才能進一步的實現高層建筑設計的創新。

關鍵詞：高層建筑；結構；設計；分析

農村人口大量涌入城市是我國一大社會現象，這一現象在一定程度上推動了社會經濟的增長，但也導致城市土地資料匱乏等一系列問題。高層建筑隨著歷史的發展，其結構、設計等得到不斷的創新。我們在肯定高層建筑各方面優點的同時，也要正確對待其缺點以及存在的不足。高層建筑的結構與設計，分別屬于它的骨骼和靈魂，缺一不可。只有將兩者結合在一起，才能組成一個優質的高層建筑。

1.簡述高層建筑結構與設計的不足

1.1高層建筑結構設計具有很大提升空間

高層建筑在前期施工中就需要投入大量的人力與財力，進行基礎及其他方面的運營，另外高層建筑所需的工程周期較長，一旦某個環節發生故障，都將造成巨大的損失。因此制定科學的施工設計方案就有了更重要的意義。在高層建筑中可以說預事則立，不預則廢。因此高層建筑施工前，相關人員應進行必要的實地考察，在根據考察結果合理的設計基礎結構。隨著建筑業的發展，我國高層建筑的異形結構化較為嚴重，而與國外發達國家而言，我國的異形柱的設計仍存在許多缺陷，以致異形柱節點受力過大、抗剪性較弱、結構延性不良等。這些問題暴露在高層建筑施工中，需要采取合理的措施進行防治，否則可能導致建筑不規則或過高等隱患。高層建筑的施工方案應考慮到多個方面的資料，不能單憑經驗與估算進行制定。需要考慮到的方面有現場環境、地質條件、施工條件、人文文化、荷載級別、相鄰建筑等。將各方面因素及影響進行考慮并制定預防措施，才能使建筑施工方案滿足經濟性、結構合理性等要求，也能充分發揮建筑結構的潛力，在施工過程中保證人員及經濟的安全。

1.2抗震設計的不合理

大自然是無情的，地震、臺風、海嘯等對人類社會造成不同程度的影響，近些年我國發生了汶川、玉樹等大型地震災害，舉國悲痛。這也反映了我國建筑抗震設計的缺失。在震后國家相互出臺了多項建筑抗震設計的法律規章。只有切實加強建筑結構抗震設計，才能在地震災害中，為居民的生命及財產安全提供保證。高層建筑由于高度的條件，受到地震的影響將更加明顯，但目前在高層建筑結構設計中，具體的抗震性能相關數據，都是結合以往統計數據進行假設而計算的，而地震作用在當前科技下尚不能完全進行預測，其復雜性與未知性，都很大程度拉開了建筑抗震理論設計與實際結果的差距。且高層建筑也向著適用性與美觀性并重的方向發展，高層建筑結構體系與外形越發復雜，其平面結構與立面結構因觀賞性需要，不斷異形化。以致現有的高層建筑經驗及抗震資料，難以直接應用。

1.3結構設計均衡關系不合理

我國存在著東富西貧的現象，以致西部內陸人口大量涌入沿海城市，這一不均衡現象的發生，也是促進高層建筑發展的重要原因。雖然城市用地的不斷規劃，但也不能滿足當前人口容納的需求，高層建筑將成為城市建筑的核心形式。而目前高層建筑結構設計均衡關系的處理缺少考慮，我也應深入研究掌握其中要點，控制建筑均衡關系。通常高層建筑的組成部件具有體積大、質量重的特點，設計師應考慮到承載柱與承載墻數量及方位的布設，利用力的傳遞性，將建筑自身重量傳導于地下，保證高層建筑的荷載始終垂直作用于地面，防止方式傾斜等故障?！叭f丈高樓平地起”，可知基礎的重要性高層建筑的基礎不僅要滿足地基承載力與建筑允許形變區間，也要考慮到地方性規范。高層建筑地基的設計，應充分利用天然地基的承載性能，結合現代化技術，保障上部結構的安全性，并可使用設計地下室的措施，使地基的附加應力得到控制，也降低了地面的沉降量。建筑基礎及地面的性質對于結構空間形式的豎向及水平穩定性有著直接的關聯，因此高層建筑結構空間組成分析工作應優先于具體結構的設計分析[1]。

2.常見的高層建筑結構體系

2.1框架結構

在高層建筑中，框架結構的應用具有重要意義，具有較高的應用價值，常見的有連接梁體結構等?？蚣芙Y構應用不同材質的建筑構件相互拼裝，共同對建筑荷載進行承擔，形成的負荷體系通常呈框架狀，因此稱為框架結構。框架結構在高層建筑中主要能夠改善室內整體穩定性，也能對建筑其他結構進行適當的協調，框架結構的每一面都盡量構成穩定性強的形狀，共同連接成一個整體的力學框架結構?？蚣茇摵审w系也能充當建筑的“骨骼”，混凝土等其他建筑結構以其為核心，附著其上，向外擴展。高層建筑框架結構并非有固定的模式和形狀，而是應根據建筑特點及具體需要進行合理的設計與施工。

2.2剪力墻結構

剪力墻結構在我國發展較為成熟，該技術隨著我國的應用得到了良好的創新發展，在高層建筑中屬于入門技術，如今剪力墻根據其應用條件可分為高剪力墻及底墩剪力墻。高剪力墻在樓層承載結構上應用較多，其能夠有效的承載建筑上層的負荷。由于承載效益，高剪力墻通常較厚，在墻根處應結合樓層及荷載情況加設強化墩，使高剪力墻的強度及剛度能夠滿足荷載需要；底墩剪力墻則主要在內置樓梯等部位發揮效益，其承受荷載較小，高度及厚度都遠低于前者，但是為了保證高層建筑室內的安全性，底墩剪力墻應在內部預埋強化筋。設計師及施工人員，在分別進行圖紙設計及實地施工時，都應考慮到自身的職責，與剪力墻的重要性，嚴格根據相關規劃操作，保證剪力墻的整體質量。

2.3簡體結構

簡體結構是近些年高層建筑體系中，研制的新技術，其具有獨特的應用意義。超高層建筑及空間跨度較大的連接建筑是其應用的主要位置。簡體結構系統的誕生見證了我國高層建筑的迅速發展。其是為了適應高層建筑的發展，建筑結構強度要求快速增加這一情況下，可謂應運而生。簡體結構出現初期，并未受到較大關注，其設計水平及施工工藝尚不成熟，其應用的建筑結構優勢及效益未能發揮，在結構布置上存在呆板孤立的情況，與其他結構缺少必要的配合，因此其應用較為狹隘。但隨著科技不斷的進步，簡體結構體系的不斷創新，尤其的建筑業信息技術3D設計的出現和應用，促進了簡體結構體系的全面發展，結合3D設計技術，簡化結構的實用性及優勢得到了顯著提高，使其在建筑行業被廣泛應用。

2.4框架-剪力墻混合結構體系

框架-剪力墻結構體系，顧名思義是將框架、剪力墻兩者結合起來的混合型結構體系，該結構具體來說是將剪力墻合理設置于框架結構中，這種混合結構能夠綜合框架結構和剪力墻結構各自不同的優勢，組成新型的受力形式。具體來說，框架結構上部分是由上層建筑墻體組成，在垂直方向受到壓力更大些，故此為保證受力均衡，設計結構時要考慮到垂直方向的承受能力，具體結構施工過程中，還要保證均勻施工，防止發生受力失衡的情況。反之，剪力墻結構承受的力度大多來自水平方向，水平方向的剪力強度又非常大，為保證水平方向的受力平衡，剪力墻施工過程中在水平方向要進行著重設計和施工。由此可見，框架-剪力墻結構這種混合型結構體系，設計的重點應當放在合理配置、均衡受力問題上，如此方能保證混合型結構符合力學原理，施工質量符合要求[2]。

3.高層建筑結構設計的重點分析

3.1掌握軸向變形問題

高層建筑結構設計采用框架體系或者框架-剪力墻混合體系時，垂直方向的受力負荷過或者達到某一高度時，將會造成框架柱體發生軸向變形，對連續梁彎矩造成一定程度上的負面影響。發生軸向變形時，將會發生一系列的施工事故，包括連續梁的中間支座非常容易發生下陷、連續梁梁體出現異常性彎曲，甚至發生梁體裂縫、梁體折斷也不是沒有可能，如此一來，將會導致極為嚴重的工程事故，后果極其嚴重?；诳赡馨l生如此嚴重的工程后果，高層建筑結構設計時一定要準確把握軸向變形的問題，要保證不出現軸向變形的情況，一般可以按照以下方法予以解決，第一，采用輕型結構材料替換傳統的上部結構施工材料，以此來減小結構下部承受

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