高层建筑结构设计

摘要：随着经济建设的高速发展，我国高层建筑迅速增多，形成了强大的冲击波。面对如此形势，把高层建筑的结构设计放在首位加以研究，对建筑创作是非常重要的。该文就高层建筑结构设计中的一些问题加以探讨。

关键词：高层建筑；概念设计；结构对策 中图分类号：tu97文献标识码：a文章编号： 引言：

高层建筑自出现以来已有100多年的历史，而随着经济的发展、技术的进步和人们观念的改变，高层建筑在本世纪末，又迎来了新一轮的建设热潮。近一、二十年高层建筑在造型形式不断翻新，高度记录一再被打破的同时，其空间结构也发生了很大的变化，并致使高层建筑的结构设计理念也发生了重大的变革。当然，建筑结构模式的变化并非一日之功，是需要有一个演变过程的，而且在相当长的一段时间内，还会多种模式共存。 1.高层建筑结构设计理念

高层建筑结构不但承受着自身垂直方向的重量，还受风荷载、雪荷载、地震力等外界因素的影响。并且随着建筑的高度变化、所处环境的不同、所在区域地质的不同，都会导致上述各种因素的变化，特别是地震发生的不确定性，因此在设计中概念设计变得尤为重要。概念设计的内容很广泛，不仅有抗震设计的基本概念，其他设计也有概念，如抗温度设计，抗差异沉降设计等。大到整个工程，

小到结构构件都有概念设计的问题，如体系问题，采用抗震性能好（什么是好）的结构体系、采用耗能能力强的结构体系、二道防线问题、强柱弱梁、强剪弱弯等问题。 2.高层建筑结构设计的原则 2.1选择合适的基础方案

基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型及荷载分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案。设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时还应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺地质报告的小型建筑也应进行现场查看和参考邻近建筑资料。一般情况下，同一结构单元不宜采用两种不同的类型。 2.2合理选择结构方案

一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案，即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷，同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总之，必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、水、暖、电等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时还应进行多方案比较,择优选用。 2.3选用恰当的计算简图

结构计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当而导致结构安全的事故屡有发生，因此选择恰当的计算简图是保证结构

安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的刚结或铰结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

2.4 高层建筑的结构设计要采用相应构造措施

高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变，强压力弱拉力，强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的执行段锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。 3.结构分析与设计特点 3.1水平载荷成为决定因素

任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力。在较低楼房中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计，水平荷载产生的内力和位移很小，对结构的影响也就较小；但在较高楼房中尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响，水平荷载却起着决定性的作用。随着楼房层数的增多，水平荷载愈益成为结构设计中的控制因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中所引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面对某一高度楼房来说，竖向荷载的风荷载和地震作用，其数值随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。 3.2轴向变形不容忽视

通常在低层建筑结构分析中，只考虑弯矩项，因为轴力项影响很小，而剪切项一般可不考虑。但对于高层建筑结构，情况就不同了。由于层数多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变。对连续梁弯矩的影响：采用框架体系和框－墙体系的高楼中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁的中间支座产生沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩增大。对构件剪力和侧移的影响，与考虑竖向杆件轴向变形的剪力相比较，不考虑竖杆件轴向变形时，各构件水平剪力的平均误差达30%以上，结构顶点侧移减小一半以上。 3.3侧移成为控制指标

与低层建筑不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素，随着楼层的增加，水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。设计高层结构时，不仅要求结构具有足够的强度，能够可靠地承受风荷载作用产生的内力；还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，保证良好的居住和工作条件。

3.4结构延性是重要设计指标

相对低层结构而言，高层结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能

力，避免倒塌，特别需要在构造上采以恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

4.高层建筑结构设计问题分析及对策

4.1 高层建筑结构存在着超高的问题基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来的高度规定为a级高度，并且增加了b级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。

4.2 高层建筑结构设计短肢剪力墙设置我国建筑新规范中，短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在5～8的墙，按照实际经验以及数据，高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用。所以，在高层建筑的结构设计中，必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。

4.3 高层建筑结构设计嵌固端的设置一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固

端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。

4.4 高层建筑结构的规则性在关于高层建筑的新规范中，对于高层建筑结构的规则性做出了很多，比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比，平面规则性等等，并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案”。因此，为了避免后期施工设计阶段的改动，高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的条件。 5.结束语

综上所述，高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展，高层建筑的结构设计的要求越来越高，分析了高层建筑的结构特征，高层建筑结构设计的原则，阐述了高层建筑结构体系的选型问题，并重点分析了高层建筑结构设计问题及对策，为高层建筑结构设计提供参考和依据。 参考文献：

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[2]何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[j].价值工程，2010.2:214.

[3]田龙.浅谈高层建筑的结构设计[j].价值工程，2011.