高层建筑结构设计方法

李杨

摘 要：由于城镇化建设的脚步不断加快，造成土地资源的短缺，因此房地产建设工程已经开始转向了超高层建筑的设计，其在设计过程中对各项指标参数均有着较高的要求，所以设计人员在进行设计时，一定要做好相关方面的準备工作，并对结构的特殊部位和需要关注的问题提出合理的处理方法和措施建议，保证施工人员按照设计图纸进行施工后，不管是结构的稳定性、安全性还是耐久性，都可以符合相关的规范要求。

关键词：高层建筑；结构设计；问题及措施

1 前言

目前我国城市发展非常快，由于土地的稀缺，建筑工程逐渐朝着高处发展，高层建筑越来越多，其规模也变得越来越大，相对普通建筑工程的类型，高层建筑在施工建设的难度是非常不同的，其施工难度非常大，特别是在高层建筑设计阶段，这个阶段是非常重要的，我们只有保证高层建筑结构设计没有任何问题，才可以保证整个高层建筑的施工建设更加顺利，在高层建筑设计的整个过程中，建筑结构的设计是核心内容，也是非常重要的，我们的设计要保证高层建筑在后期使用的过程中具备安全性与稳定性的重要指标，这就要求我们更加重视高层建筑结构的设计，不断提高高层建筑结构的设计水平。

2 高层建筑结构设计的特征

在结构设计过程中，应严格遵守相关建筑行业标准与规范，对高层建筑的结构展开总体设计、构造、绘图及测算、技术经济研究等工作。高层建筑结构设计，一般以钢筋混凝土与钢材为主要材料，钢筋混凝土不仅形状多样、成本较低且来源充裕，更重要的是其材料具有良好的耐久性与承载力。高层建筑的主体构造主要由楼层及传递竖载、竖向交通结构与抗侧力、基础等构造组成。在高层建筑受力后，每部分能够经过调整实现受力平衡，同时可以构成建筑的传力途径，最后使外力传递至地基。高层建筑结构设计主要分为水平力设计、抗震设计及剪力墙设计等。高层建筑的竖向结构里的轴力与弯矩的数值和建筑高度成正比，倾覆力矩及轴力和建筑高度的平方成正比，其中竖向荷载可看作定值，风荷载与地震数值随结构动力性不同而变化。

3 高层建筑结构设计遵循的原则

3.1 根据要求确定设计方案

现代任何一个建筑要想顺利施工，都必须先制定一个合理有效的设计和施工方案。设计人员一定要综合地理地质、物理、设计、计算机技术等不同领域的知识来实施高层建筑结构的设计。利用综合分析各种影响因素，保证设计方案的可行性和实用性。

3.2 保证结构设计的完整性

在针对高层建筑结构实施设计时，设计人员应该确保高层建筑结构设计的完整性，不同建筑结构的承载力不一样，造成高层建筑的整体性能也存在差异。所以，在设计时应该全面考虑到各种结构的性能包括各种构件的承载力情况，以方便各种构件的组合可以发挥出重要的作用。并且还应该注重气候等自然因素对于高层建筑的影响，合理有效地进行高层建筑结构设计。

3.3 合理进行结构抗震设计

具备良好的抗震性能是现代高层建筑结构设计的基本要求。设计人员在实施高层建筑结构设计时，应该全面考虑到施工地点的地质结构包括板块构造的特点，利用该地的地震频率以及级别等数据分析，有针对性地实施高层建筑结构设计。确保抗震设计的科学性，确保人民群众的生命财产安全。

4 高层建筑结构设计存在的问题

4.1 建筑结构超高问题

超高问题是高层建筑结构设计中比较突出的一个问题。超高主要就是指在一些高层建筑设计过程中，相关单位无视我国的规范和标准，过度地增加高层建筑的高度。出现这样问题的主要原因就是增加高度可以带来直接的经济效益。但是，从另一个角度来看，这种超高对于建筑的使用会有非常重要的影响，如果遇到地震，那么高层建筑非常容易出现倒塌的情况。这样最终会危及到人们的生命和财产安全。

4.2 负荷设计不合理

在高层建筑结构设计过程中，应当重视一定的负荷设计，就高层建筑结构设计中的负荷设计来说，一定要确保高层建筑结构总体平衡性效果，保证其可以发挥相对理想的应用价值效益，防止发生任何不确定因素。在进行负荷设计的时候，比较常见的问题即考虑问题不够全面，没有对具体的高层建筑负荷设计工作展开全面的研究，特别针对不同部分的作用力，无法展开仔细精确的核算，最终直接影响到负荷系统的总体稳定性效果。

5 高层建筑结构设计优化措施

5.1 做好结构计算分析

首先在进行结构分析以及计算时，可以选择MidasBuilding以及SATWE等不同力学模型的三维空间分析软件进行计算对比，确保计算分析结果的真实可靠。其次为了提升结构物的整体抗震性能，采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。另外对结构进行罕遇地震下的弹塑性静力分析，以考察结构在罕遇地震下的抗震性能，对分析中发现的薄弱部位采取相应的加强措施，保证重要部位不屈服，并控制整体结构的塑性变形满足规范要求。此外，由于局部楼层开大洞，为楼板不连续平面不规则，对该层楼板按弹性膜进行计算，真实地考虑楼板平面内刚度，在设计时对本层及上层楼板进行加强并做应力分析，对相应部位的竖向构件（跃层墙、柱）和洞口边框架梁进行加强。最后严格按照规范要求控制剪力墙、框架柱的轴压比（剪压比），保证剪力墙、框架柱的延性，从而提高整个结构的变形能力，确保设计的方案具备有效的指导意义。

5.2 建筑结构超高问题控制

我国针对高层建筑结构的高度作出了明确的规定，在原先实施的规章制度规定的A级高度的限制条件下，又增加了B级高度，也实施了对高层建筑的高度实施限制的目的。因此，在不断优化调整高层建筑结构设计方式的过程中，研究崭新的结构设计方法十分重要。比如说在结构设计工作实施时如果忽略了超高问题，那么必然会从最直接的层面上对建筑结构类型的设计产生影响，非常不利于高层建筑的未来发展。

5.3 提高抗震性能

抗震性是高层建筑所必须具备的一个特性，不仅是高层建筑设计中的重点，更是一个难点。就目前而言，高层建筑一般以横墙或者纵墙和横墙相互辅助的承重方式为主，这些承重墙通过一些科学合理地布置可以达到整个高层建筑均匀连续的效果，最大程度上的提高了高层建筑的抗震性。除此之外，高层建筑中必不可少的就是楼梯，相关设计者可以将楼梯作为切入点入手，将它们尽量布置在一些转角处，这样可以在发生地震时最大程度上的减少地震对其带来的负面影响，尽可能的保证居住人员的安全撤离，减少地震所带来的损失。与此同时，由于高层建筑相较于低层建筑来说，其自重是非常大的，这就会在某种程度上增加了地震所带来的效应，这点需要相关设计者格外的重视。

综上所述，高层建筑的结构设计没有现实存在的万能的标准，都是需要在实际的工程实践中总结经验，不断进行摸索，对不同的设计方案进行对比，从中选出最好的设计方案。因此，对于我们从事建筑结构设计的工程师应该不断地去探索，去追求完善的设计思想，不能够仅仅按照指定规范来进行设计，也不能过于依赖计算机软件，需要在工作中，不断地用自己总结的判断经验、设计概念以及创新能力来设计出更加完美的建筑来为社会以及业主服务。

参考文献：

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