对当前高层建筑结构设计要点的探析

陈秋生

摘要：随着社会技术的不断发展和进步，高层建筑的设计理念和设计技术也在不断地更新，对其设计风格也进行了积极的探索和改变，这都将推动现代高层建筑的迅速发展。高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，是建造建筑物的基础，结构设计的优劣对建筑物的安全性、经济性、实用性有着重要的意义。因此工程技术人员要结合专业知识、施工技术要求、地质情况、开发商设计要求等，合理设计建筑物高度和建筑结构。

关键词：高层；建筑；结构；设计；要点

1.高层建筑结构设计特点

1.1水平作用是决定因素。首先，因为结构自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力及弯矩的数值，仅仅和建筑高度的一次方成正比，但是水平作用对结构产生的倾覆力矩和在竖向构件中引起的轴力，与建筑高度的两次方成正比；另外，对一些一定高度的建筑来说，竖向荷载基本上是固定值，但作为水平作用的地震作用和风荷载却是不确定的。

1.2结构延性成为重要设计指标。延性是指构件和结构屈服后，在承载能力不降低或基本不降低的情况下，具有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比来表示。受弯构件会随着荷载的增加，首先受拉区混凝土出现裂缝，出现弹塑性变形，然后受拉钢筋屈服，受压区高度降低，受压区混凝土被压碎，最后导致构件被破坏。

1.3在高层建筑中，竖向荷载数值会较大，会在柱中引起很大的轴向变形，从而导致对连续梁弯矩产生一系列的影响，使连续梁中间支座处的负弯矩值变小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值变大，对预制构件的下料长度也会产生影响，这就要求依据轴向变形计算值，对下料的长短做出相应调整；另外对构件剪力和侧移也会产生影响。不考虑构件竖向变形与考虑构件竖向变形相比较，计算结果会偏于不安全。

2.高层建筑结构設计要点

2.1地基与基础设计

高层建筑结构中地基是建设施工的基础。建筑设计师在进行高层建筑结构设计的过程中要对建筑地基进行全面了解，要对建筑结构和建筑环境进行全面分析，确保将环境和施工有效结合在一起，提高设计的可实行性。我国的建筑环境差异较大，地质情况各不相同，因此在进行设计的过程中设计人员要对地质状况进行深入研究，确保施工顺利进行。设计人员要首先对地质水位进行勘探，对地质数据、上层结构类型、使用功能、施工条件进行综合考虑。其次要对周围建筑环境安全进行研究，观察建筑物沉降或倾斜状况。最后要对建筑物设置位置及标高进行了解，对建筑施工科学性进行分析，确保施工顺利进行。

2.2建筑结构受力性能

对于初始的建筑设计，建筑师考虑更多的建筑的空间组合，而不是详细地确定其具体的结构。建筑物底面建筑空间的形式在水平方向和垂直方向的稳定性是非常重要的，因为一些建筑物是由又大又重的组合物的组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而在建筑设计的一个基本要求是要理清所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，因此在建筑设计阶段的程序，必要对主要承重柱和承重墙的数量和分布的做出整体构想。

2.3水平荷载问题

施工的过程中影响建筑质量的因素主要有：垂直荷载、风力产生的水平荷载、地震抵抗力等。水平荷载对建筑质量起决定性作用。水平荷载是建筑结构设计的主要控制因素，对楼房自重及楼面自重等方面有较大影响，可以对楼房结构进行倾覆，增大了建筑竖向构件的作用力。设计人员要对水平荷载的大小和方向进行分析，对水平荷载可能导致的高层建筑结构问题进行预防和控制，加强对建筑结构的强化效果，减少水平荷载造成的建筑结构问题。

2.4建筑结构设计中的扭转问题

建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一，这是是结构设计的要求。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中没有做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，要在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转效果的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等规则平面形式。在某些情况下，由于街景与建筑空间的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则T形、L形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将突出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构设计布局时，最大可能使建筑状态的结构是对称的。

2.5房屋高度、高宽超限问题

高层建筑的高宽比，是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。某些高层建筑房屋高度超过最大适用高度或高宽比超出规定限值，甚至个别建筑高度和高宽比均超出规定限值。在结构设计过程中，对于房屋的高度、长宽比和尺寸的复杂程度超过现行规范、规程的高层建筑，应按超限高层建筑进行设计。同时，另一点不容忽视的问题是，房屋适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外，还与场地类别与结构是否规则等因素有关，当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时，其最大适用高度应适当降低。

2.6结构延性问题

高层建筑结构具有较好柔和性，满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”及设计要求的抗震性能目标。为了提高高层建筑结构的抗震作用，设计人员要对建筑结构塑性形变进行强化，设计满足“强剪弱弯”、“强柱弱梁”、“强节点弱构件”，保证高层建筑在进行塑性形变的过程中仍具有较强的抵抗变形能力。要在进行高层建筑结构设计的过程中对高层建筑结构进行合理强度强化，对高层建筑边角、高层建筑底座等部分适当加强构造措施，保证高层建筑结构具有足够的延性，加强高层建筑的安全性和稳定性。

2.7结构选型问题

高层建筑结构施工工艺在一定程度上不仅会影响到建筑施工材料的消耗，还在很大程度上影响到工期和质量。因此在进行高层建筑结构选型的过程中，设计人员要对建筑结构体系进行全面控制，对建筑结构工艺进行合理选取。在进行选型的过程中，设计人员要对高层建筑结构平面及立面进行控制，保证将建筑结构的几何中心、刚度中心、结构中心有效汇于一点，提高单独结构的控制效果。要注意将建筑结构力学分析进行完善，保证建筑施工的受力效益和受力特性，对高层建筑结构选型概念阶段进行设计，保证建筑施工的经济效益。设计人员要对选型环境、工艺、施工效果等因素进行全面考虑，提高建筑结构的综合效益，减少可能出现的工程资源消耗和工程资源浪费现象。

2.8抗震及连梁问题

在进行抗震设计的过程中，高层建筑一般不采取单纯框架结构体系，常选取框架一剪力墙、剪力墙、筒体结构等完成对自身结构的加固和抗震。这种方法可以有效提高对地震的抵抗效果，提高建筑结构的经济性。除此之外，高层建筑在进行内力和位移计算的过程中还常使用弹性刚度。弹性刚度可以有效解决连梁超筋或截面超过剪压比的问题，提高连梁设计效果。在结构计算时，设计人员可以对连梁的刚度适当进行降低，对刚度系数进行折减。当折减后建筑结构仍不能满足设计的需要和要求，设计人员可以适当对连梁进行内调幅，但是在实际调幅过程中要保证调幅力度低于20%。

3.结语

高层建筑在现代经济体系中已经如此发达，结构设计的相关人员追求更加合理的力学模型和更新颖的建筑物结构形式，在这一个方向上经过高素质高知识结构的专业化人才不断探索，我们可以期待，高层建筑在城市中的应用将变得空前广阔。

参考文献：

[1]孙凯.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].价值工程，2011（06）.

[2]吴晓琳.浅析高层建筑结构设计与特点[J].中国高新技术企业，2009

[3]房国府.高层建筑结构分析与设计[J].中国高新技术企业.2010