高層建筑結構設計的要點探析

文智斌

(廣西華信建筑勘察設計有限公司，廣西南寧 530022)

隨著我國城市建設發展腳步的不斷加快，高層建筑得到了前所未有的發展，應用于建筑工程中的材料、形式、力學分析模式也越來越復雜，結構體系更是多種多樣，高層建筑結構設計也成為了工程設計師所面臨的一項重大課題。因此，為了能夠滿足建筑的功能需求，在對結構進行設計之前，對其中所涉及的要點進行探討和分析是必不可少的，只有在充分掌握設計要點的基礎上，才能夠設計出符合建筑功能要求的整體結構。

1 建筑結構設計要點

高層建筑結構設計主要是指在滿足安全、適用、耐久、經濟和施工可行的要求下，按有關設計標準的規定，對建筑結構進行總體布置、技術經濟分析、計算、構造和制圖工作，并尋求優化的過程。建筑結構的設計特點主要可以分為以下幾個方面:

1)水平荷載是決定因素。水平荷載對高層建筑結構具有重要的作用，也是高層建筑結構設計中所主要考慮的因素。在高層建筑中，由于豎向荷載所引起的軸力與建筑高度的一次方成正比，而水平荷載所引起的傾覆力矩及豎向構件的軸力與建筑高度的二次方成正比。由此可見，隨著高層建筑高度的不斷增加，這個值也會隨之逐漸增大，對建筑結構的影響也必然會越來越大。

2)結構延性成為重要設計指標。延性主要是在高層結構抗震設計中采用的，結構延性主要是指材料的結構、構件或構件的某個截面從屈服開始至達到最大承載能力或達到以后而承載力還沒有顯著下降期間的變形能力。隨著荷載的不斷增加，受彎構件受拉位置的混凝土就會出現裂縫的情況，嚴重的還有可能導致構件被破壞。

3)軸向變形也同樣很重要。軸向變形在結構設計中也是不容忽視的。高層建筑中所涉及到的豎向荷載值往往都比較大，很容易引起柱中的軸向變形，從而對連續梁彎矩產生一定程度的影響，同時還會影響到預制構件的下料長度。因此，建筑設計師一定要對此給予高度的重視。

2 高層建筑的結構體系

設計師如果想要對建筑的結構進行科學合理的設計，就必須全面了解其體系的構成。就我國目前高層建筑的結構體系來看，主要包括以下幾個方面:

1)剪力墻體系。剪力墻主要是指承受風荷載或地震作用所產生的水平剪力的墻體。而剪力墻體系主要是受力主體結構全部都是由平面剪力墻的構件組成的一種體系。其不僅能夠承擔結構中水平構件所產生的豎向荷載，而且還能夠承擔外部因素所引起的振動作用，比如地震作用以及風力等。剪力墻本身具有較高的強度和剛度，同時具有一定的延性，是一種不錯的結構體系。

2)框架—剪力墻體系。由于剪力墻本身具有較好的強度和剛度，因此，在框架體系的強度和剛度達不到建筑使用需求的時候，往往會采取安裝剪力墻的方法來代替部分框架，二者所形成的體系就是框架—剪力墻體系。其中，框架所承受的主要是垂直荷載的力量，剪力墻所承受的是水平剪力。剪力墻的設置不僅能夠在很大程度上增強建筑的側向剛度，使其水平位移變小，而且還能夠使框架所受的力實現均勻分布。

3)筒體體系。筒體結構體系由框架—剪力墻結構與全剪力墻結構綜合演變和發展而來的。筒體結構體系是將剪力墻或密柱框架集中到建筑的內部和外圍而形成的空間封閉式的筒體。其特點是剪力墻集中而獲得較大的自由分割空間，目前在高層建筑中被廣泛應用。

3 高層建筑的結構分析

3.1 高層建筑結構分析的基本假定

在進行高層建筑結構分析基本假定的時候，結構分析人員通過采用彈性假定的方法來進行。目前，彈性的計算方法已經成為了工程上最為實用的結構分析方法。通常情況下，建筑結構在垂直荷載和風力的影響下，會處于一個彈性工作階段，在這種條件下，這種彈性假定是基本符合現實情況的。但是如果遭受到地震和強臺風作用的時候，建筑就會根據實際情況產生不同程度的位移，進入到彈塑性的工作階段。此時工作人員如果按照彈性方法對內力和位移情況進行計算，那么其結果必然不能夠充分反映結構的工作狀態，因此，必須要采用彈塑性動力的分析方法進行分析。此外，剛性樓板假定也是高層建筑結構分析基本假定的內容之一。我國目前有很多隨著當今建筑結構的不斷改革和創新，剪力墻成為了建筑結構設計不可缺少的重要形式。因為剪力墻結構的抗側剛度比較大、側移能力較小、良好的抗震效果相對而言比較良好。剪力墻結構在高層建筑的設計中應用越來越普遍，人們對剪力墻結構的要求隨之越高。在原來的剪力墻基礎上，我們可以結合框架結構優點和弊端，從而設計出一套靈活的剪力墻結構體系，提高當前建筑結構設計的水平，具體問題具體分析，最大程度上提高和優化整體結構的設計水平。

3.2 高層建筑結構靜力分析方法

剪力墻的受力特性與變形狀態一般都是由它的開洞情況造成的。一般剪力墻中，它的墻肢截面高度都是厚度的8倍。短肢剪力墻的截面高度是厚度的6.5倍左右。剪力墻結構的計算方法可以利用平面有限單元法。此方法具有精準性和高效性，適用于多種多樣的剪力墻。它的一些弊端也是顯而易見的，比如特殊開洞墻、框支墻的過渡層的設計情況相當復雜，容易出差錯等。

4 建筑結構工程特征

合理利用土地資源、空間和節約施工成本以及保證施工的質量，是高層建筑施工過程中的主要目的。所以具備良好的空間工作性能成為高層建筑設計的必然要求，我們可以利用剪力墻結構的雙向布置，設計出完整的結構空間。結構體系的主要作用是提高建筑物抗震性能，完善設計的結構，從而保證剪力墻在應用過程中的最佳質量。

梁、板、柱、墻和基礎等構成了建筑形體的力學構件和體系。其實每個部位的建筑都是相輔相成的，形成一個整體的結構，才能定制出一套合理的工程施工方案。所以不同建筑的結構構件及體系的尺寸和構成比例都需要合理科學地設計。另一方面，結構區別于機械，它不存在零件，它的構件具有固定性和整體性，構件劃分也可以是人為的，比如房間或樓層等部分的劃分，就比較具有隨意性和不確定性，達到零件化的效果具有一定的挑戰性，也很難達到部件的規范性和全面性。為了滿足現代復雜多變的建筑結構的要求，需要定制一套新的高層建筑施工方案。

5 結語

隨著我國建筑行業的不斷發展，人們對建筑質量的要求也會越來越高。為了能夠將人們的要求充分滿足，建筑結構必須進行科學合理的設計，這樣，不僅能夠有效解決目前市場上土地價格上漲給工程造價帶來的影響，有效降低了開發商的成本，而且還能夠在確保建筑整體質量達到規范標準的基礎上，使建筑的結構設計能夠滿足客戶的諸多需求。同時，還在很大程度上實現了房屋外形美觀，結構實用、舒適的目標。最重要的是實現了開發商們取得最大經濟效益的目的。

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