高層建筑結構特點及設計問題探討

摘 要：在高層建筑的發展日趨激烈的形勢下，建筑的質量受到了越來越高的重視。在建筑體系中，結構承擔著整個建筑的荷載，所以要對結構設計給予足夠的重視。在對高層建筑的結構進行設計的過程中，要全面的考慮各種因素，保證設計的質量，為高層建筑的質量打下堅實的基礎，文章對此作出闡述。

關鍵詞：建筑；結構設計；高層建筑

前言

隨著經濟的發展以及人們生活水平的提升，建筑業發展的越來越快，但是在城市建設快速發展的過程中，城市的土地資源是有限的，所以在有限的土地上建設高層建筑要對其質量和形式有更高的標準要求。那么對于有限的資源要想獲得人們的認可與發展，就需要在設計形式上有所創新，不斷的完善設計理念，吸收先進的設計思維，將建筑設計隊伍逐漸壯大，為建筑的結構設計打下堅實的基礎，為質量提供保障。

1 高層建筑結構的特點

在高層建筑中，由于其垂直方向的距離較高，所以產生的豎向荷載較大，加之風力因素的影響，對高層建筑的穩定性有很大的要求。由于結構承擔了整個建筑的荷載，所以要具有非常強的抗震性，高層建筑的結構與其他建筑存在很大的差別，在整個建筑體系中占據了非常重要的地位，所以要根據其特點進行結構設計。

1.1 水平荷載成為決定因素

隨著城市化進程的加快，城市中的工業發展十分迅速，并且大量的人口涌入城市，在對城市發展做出貢獻的同時，也對城市的發展造成了一定的壓力。因為城市中的土地資源是有限的，而人口卻在逐漸的增長，所以土地資源十分珍貴。為了滿足人們的需求，建筑的高度在逐漸的增加，越來越多的高層建筑、超高層建筑出現在人們的視野中。在高層建筑的結構設計中就要對水平荷載進行充分的考慮，隨著樓層的增加，水平荷載所產生的作用力也將越大，所以在考慮抗震性的同時要對水平荷載給予重視。并且水平荷載也越來越成為結構設計中的決定性因素。

1.2 抗震設計要求更高

抗震設計是每個建筑在進行結構設計中都要考慮的問題，但是對于高層建筑而言就要提高標準。因為高層建筑無論是在高度上還是在荷載的承受力方面都具有非常高的強度，所以要比普通建筑的標準提升很多，具有良好的抗震性能。

2 高層建筑結構的分析

2.1 軸向變形不容忽視對于高層建筑結構，由于層數多，高度大，軸力值很大，沿高度積累的軸向變形很顯著，軸向變形會使高層建筑結構的內力數值與分布產生顯著的改變。對連續梁彎矩的影響：由于中柱和邊柱的軸向壓縮變形不同，往往會使連續梁中間支座處的負彎矩值及跨中正彎矩值和端支座負彎矩發生變化。對構件剪力和側移的影響，在考慮豎向桿件軸向變形與不考慮豎桿件軸向變形相比較，各構件水平剪力和側移都會產生很大的誤差。由此可見，在進行高層建筑結構設計時，構件的軸向變形必須列入到設計考慮的范圍中來。

2.2 彈性假定

目前工程上實用的高層建筑結構分析方法均采用彈性計算方法。在垂直荷載或一般風力作用下，結構通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結構的實際工作狀況，但是在遭受罕見地震或強臺風作用時，高層建筑結構往往會產生較大的位移，出現裂縫，結構進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內力和位移時不能反映結構的真實工作狀態，應按彈塑性動力分析方法進行設計。

2.3 剛性樓板假定

許多高層建筑結構的分析方法均假定樓板在自身平面內的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結構的自由度，簡化了計算方法。并為采用空間薄壁桿件理論提供了便利。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結構，樓板剛度較小，主要抗側力構件間距過大或層數較少等情況，會使樓板變形較大。特別是對結構底部和頂部各層內力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當調整來考慮這種影響。

3 高層建筑結構選型

3.1 高層建筑結構體系選型

在高層建筑施工的過程中，其施工工藝十分重要，不僅對建筑的質量、進度和工期有所影響，同時還會影響到建筑結構承受荷載的能力以及抗震性的強弱。所以說在對高層建筑的結構體系進行選型階段，要對施工工藝給予一定的重視。

3.2 剪力墻結構體系

剪力墻結構中豎向承重結構全部由一系列橫向和縱向的鋼筋混凝土剪力墻組成，剪力墻不僅承受重力荷載作用，而且還要承受風，地震等水平荷載的作用。同框架結構相比，該結構測向剛度大，側移小，屬于剛性結構體系。從理論上講，它可建造上百層的民用建筑；但從技術經濟的角度來講，地震區的剪力墻一般控制在35層，總高110米為宜。由于剪力墻的間距比較小，一般為3～6米，所以建筑平面布置不夠靈活，使用受限制。

3.3 筒體結構體系

凡采用簡體為抗側力構件的結構體系統稱為簡體體系，包括單簡體、簡體一框架、簡中簡、多束簡等多種型式。簡體是一種空間受力構件，分實腹簡和空腹簡兩種類型。實腹簡是由平面或曲面墻圍成的二維豎向結構單體，空腹簡是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構成的空間受力構件。簡體體系具有很大的剛度和強度，各構件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，往往應用于大跨度、大空間或超高層建筑。

4 高層建筑結構設計應注意的問題

4.1 提倡節約

我國建筑業的發展需要消耗大量的資源，對于生態環境造成了很大的破壞，并且在建筑使用的過程中，由于大量電器的使用以及保溫取暖的需求，會排放很多的懸浮顆粒以及廢氣，對于空氣造成污染。以上這些因素都對我國的生態環境造成了巨大的破壞，并且浪費了大量的資源。在我國大力倡導節能減排的政策號召下，在對建筑結構進行設計的過程中，要注意對材料的選用，注意環保理念的融入。大力倡導節約理念，為我國建筑的穩定發展創造良好的環境。

4.2 考慮受力性能

由于高層建筑物屬于是重力型的物體，所以在豎向荷載方面所產生的力比較大。在對建筑進行結構設計階段，首先要考慮的是整體的空間結構，然后再對具體的形式作出分析。因為高層建筑需要非常強的穩定性，而所有的荷載都通過豎向結構傳遞到地基中，所以要對建筑產生荷載的作用力以及地基的承載能力做出明確的分析判斷，對于受力性能要有詳細的了解，保證建筑設計的穩定性。

5 結束語

在建筑業快速發展的過程中，對于建筑的質量有了更高的要求。近些年來，由于建筑的結構設計出現問題，出現了很多建筑質量不合格而出現事故的情況，不僅造成了經濟損失，更為嚴重的是威脅到了人們的生命財產安全，所以對于建筑結構設計要充分的重視起來。在進行結構設計的過程中，要不斷的吸收先進的設計理念，綜合全方面因素進行考慮，建立完善的規整制度，并且打造一支專業技術和個人素質全面發展的設計隊伍，為建筑質量提供基礎的保障。

參考文獻

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