高層建筑的結構設計特點及基礎結構設計

劉倩倩

（平頂山平煤設計院有限公司 河南平頂山 467000）

在建筑結構設計中，高層建筑的結構設計越發成為建筑設計人員重點關注的內容，同時在設計時也存在著較大的難度。在高層建筑的設計中，基礎設計占據著非常重要的位置?？茖W的基礎設計能夠更好地保證建筑結構的穩定性。在高層建筑結構設計工作中要充分考慮多個影響因素，同時還要保證基礎的質量，進而更好地確保高層建筑結構的穩定性和安全性。

1 高層建筑結構設計特點分析

1.1 水平荷載影響大

建筑的自重與樓面的使用荷載在豎向構件當中所受的軸力與彎矩值與樓房的高度成正比，而水平荷載當中所產生的傾覆力矩和由此產生的軸力與樓房高度的平方成正比，所以高層建筑的穩定性會在極大程度上受到水平荷載的影響。

1.2 高度重視軸向變形

在高層建筑中，豎向荷載不容忽視。其可以在柱結構中引發較為明顯的軸向變形，進而對連續梁的彎矩也產生較為顯著的影響，并使得連續梁中間支座位置的負彎矩明顯減弱，跨中正彎矩以及端支座的負彎矩顯著提高，除此之外還會影響到結構設計中下料的長度。因此，必須要結合軸向變形的計算來對下料的長度予以科學的調整。構件剪力和側移也會因此受到較大的影響。與構件的豎向變形相比，其安全性會有所下降。

1.3 以側移為控制指標

與多層建筑不同，高層建筑設計中必須要關注結構側移的問題，高層建筑的高度日益升高，同時受水平荷載的影響，結構的側移變形會更為顯著，所以，結構水平荷載作用的影響下，應對側移予以嚴格的控制。

1.4 更加關注抗震設計

在高層建筑結構設計中若存在抗震設防，則一方面要考慮結構正常使用過程中的豎向荷載以及風荷載，另一方面還要確保結構自身能夠具備較強的抗震性，進而更好地保證建筑結構的穩定性。

2 高層建筑的結構設計原則分析

2.1 場地適應

該原則一般是指高層建筑的地基承載力以及抗震性能都要滿足建筑設計的基本要求。

2.2 空間整體

高層建筑的設計是一個綜合性的空間結構體系，因此其在空間上具有較為明顯的整體性。只有不同的結構之間形成有效的配合，才能更好地保證結構的整體性以及整個建筑結構的穩定性。而結構抗震性能與子結構構件的剛度、強度以及受力狀態都有著十分密切的聯系。

2.3 功能適應

在高層建筑結構的設計中，由于其在功能上存在著較大的差異，所以，其也顯示出了不同的功能空間特點，結構體系的形式也存在著較大的不同，空間布置上也風格迥異，不同特征的空間要與其結構形成一個整體。

2.4 高度合理

不同的建筑結構體系在力學特點以及整體功能方面存在著十分明顯的差異，同時不同結構體系也有能夠與之相適應的結構高度，只有保證結構高度的合理性，才能更好地體現出結構的整體性以及綜合性。

2.5 施工方便

該原則主要是指建筑設計形式對建筑的施工工藝選擇、施工整體的難度、施工工期以及施工效果都會有著決定性的影響。

3 現代高層建筑結構研究

3.1 框架結構體系

在高層建筑當中，框架結構體系是較為常見的結構形式，其主要是由不同材料的建筑構件通過不同方式連接所形成的承重負荷體系下所形成的框架建筑結構。該體系一方面可以很好地確保工程自身的安全性與穩定性，另一方面還可以很好地保證各重要結構的關系，進而能夠使其變成一個更具完整性的結構。若采用混凝土施工，某些框架結構還會為混凝土和其他附屬結構提供附著點。

3.2 剪力墻結構體系

剪力墻結構設計中通常有兩種設計形式，一種是高剪力墻，一種是底墩剪力墻。高剪力墻通常起到樓層間承力的作用，同時其也是承擔上層建筑力的一個非常關鍵的結構。這種剪力墻的厚度較大，同時墻根處通常設置加強墩，從而更好地保證建筑的剛度和強度。底墩剪力墻主要起到了為內置樓梯承力的作用。通常其高度較低，厚度較薄。為了更好地保證結構強度滿足工程建設的要求，一般會根據實際情況在內部設置加強筋。此外，剪力墻的設計也對高層建筑自身的質量有著十分顯著的影響，因此必須要根據相關的要求與規范來設計與施工，進而更好地保證工程質量。

3.3 筒體結構體系

筒體結構具有較強的特殊性，其一般常用在大跨度空間或超高層建筑當中，該結構是高層建筑發展尤其是超高層建筑出現之后，對建筑強度的要求越來越高而出現的一種特殊的結構形式。在其發展初期，因為在結構設計方面還不是十分成熟，因此其作用和優勢并沒有得到充分的體現，所以其應用范圍受到了較大的限制。但是建筑技術發展速度飛快，尤其是建筑3D技術的帶動，筒體結構形式不斷完善，其在應用上也得到了明顯的改善，同時其優勢也更為明顯，在應用上也更為普遍和廣泛。

3.4 框架-剪力墻混合結構體系

這種結構是在框架中根據實際的情況科學設置剪力墻，框架和剪力墻兩種結構所形成的一種新的受力形式直接決定了框架剪力墻受力的特點?？蚣苌喜客ǔＪ巧弦粚咏ㄖ膲w結構，所以結構本身會受到較大的垂直方向上的壓力，所以結構需要承受較大的垂直壓力。因此在工程設計施工的過程中，一定要采取有效措施，增強其強度以及抗垂直變形的能力，此外還要確?？蚣苁┕さ馁|量和效果。剪力墻結構通常會受到較大的水平方向上的力，且其數值較大，對建筑水平結構的穩定性會產生較大的影響。所以在剪力墻施工的過程中，一定要在合理范圍內提升其剛度水平。因為這種結構集合了兩種結構形式，所以在設計過程中一定要保證二者的科學協調，同時還要在工程施工后對其施工的質量及效果進行嚴格仔細地檢查。

4 高層建筑基礎設計中的注意事項

4.1 確保荷載傳遞的可靠性

在工程設計的過程中，必須要保證基礎結構的剛度和強度，從而更好地確保高層建筑上部結構能夠將其對基礎頂面的作用力有效傳到地基土或樁頂位置。

4.2 提高變形協調，控制不均勻沉降

基礎結構在上不結構與地基土中間，所以其剛度水平和平面分布對不均勻沉降的控制和減少局部及整體撓度有著非常重要的作用。如在高層建筑中，若采用條形基礎就無法保證上不結構對地基承載力的基本要強。在建筑物要求地基剛度較強，能夠更好地應對不均勻沉降時，可以采取筏型基礎。這種基礎形式字平面尺寸和地基均勻度滿足要求的前提下，基底平面形心與上不結構的豎向永久荷載的中心永遠在一個位置。若出現不重合的情況，在荷載效應永久組合的作用下，可借助對基底面積的調整對偏心距進行有效的控制，進而更好地使其滿足要求。

4.3 內力分析中充分考慮基礎結構與上層結構的作用

在建筑結構設計中，我們必須意識到基礎結構、上部結構和地基土三者之間存在著共同作用。在工程設計中可能無法全部顧及，尤其是地基模型和模型參數的選擇，其對共同作用有著十分顯著的影響。但由于結構構造和配筋能夠充分地反映共同作用的最終結果，因此我們必須要對其予以充分考慮。如在面積相同的整體筏型基礎上建設了多個高層和多層建筑時，筒體下筏板的厚度以及配筋應嚴格按照上部結構、基礎以及地基土三者的共同作用來計算，戴群芳高層建筑下的大面積筏型基礎主樓下筏板的整體撓度一定要在0.5‰以內，主樓與相鄰的裙房柱之間的差異沉降應在1‰以內，而裙房柱間的差異沉降應在2‰以內。

4.4 關于梁的扭矩問題分析

由于梁具有一定的彈性，在正常使用時，梁自身的抗扭剛度不會出現折減的情況，當處于空間受力情況時，梁會承受扭矩，梁的抗扭剛度會隨著扭轉裂縫的變化而改變，進而使得扭矩縮小。在進行截面受扭承載力驗算時，通常會忽略板產生的作用力，這樣驗算出的梁承受的扭矩僅僅是一部分。當前，現澆板樓面較多。所以，設計現澆樓面梁時，可將扭矩折減0.4～1.0系數。具體設計時，應將梁的周邊無板的梁的抗扭作為重點注意對象；同時不應折減裝配式樓蓋或獨立梁的扭矩。

4.5 施工模擬問題

高層建筑的施工通常是分層施加結構自重，而結構自重又給建筑造成了豎向荷載。在具體的施工過程中，柱和剪力墻會逐漸形成軸向變形，由此我們可以得到模擬施工的計算方法。但是，豎向荷載在建筑物投入使用后將轉變成長期作用。剪力墻壓軸較小，使得內力重新調整，情況又趨向一次加載的計算結果。因此，當進行設計時，應調整頂部樓層配筋異常的梁用兩種計算結果，使柱相連梁端負鋼筋加大；同時，將與剪力墻相連一側負鋼筋減小。

5 結束語

在當前的高層建筑結構設計中，人們越來越重視結構設計的合理性，由于高層建筑結構形式隨著高層建筑建設的發展在不斷豐富，因此設計中基礎設計也占據著越來越重要的位置，因此我們必須要科學地選擇基礎設計形式，進而保證工程設計的整體效果。