針對高層建筑空間結構設計問題探究

【摘要】本文主要就高層建筑空間結構體系、高層建筑的豎向布置、高層建筑的平面布置以及高層建筑空間結構設計的重要因素進行了深入的探討。由于經濟建設不斷迅速發展，城市建設中的土地越來越緊張，同時加上辦公與商業的需求，于是高層建筑已經成為城市建設發展的重點。本文以下就此問題進行了詳細的闡述。

【關鍵詞】高層建筑； 空間結構； 設計

一、前言

高層建筑的首要作用就是很好的解決了用地緊張的問題，還能美化城市。在高層建筑設計中，要充分考慮到建筑空間結構設計的特點，有條理的優化空間結構設計，這對建筑施工是很有用的可以說是做好了開端，而且可以提高經濟價值，還能節約成本。

二、高層建筑的結構體系分析

結構體系的合理選擇是高層建筑結構設計的重要環節，抗震能力與抗風能力是結構體系選擇的主要出發點，下面就目前常用于高層建筑的結構體系展開具體分析。

1、框架結構體系

框架結構體系由樓板、梁、柱及基礎四種承重構件組成，梁和柱的彎曲變形，以及柱的軸向變形則是框架結構側向位移的兩種主要形式。梁和柱的彎曲變形可使框架產生剪切型側移曲線，并且框架的側向位移的會隨高度上升而逐漸減小 ；柱的軸向變形則可使框架產生彎曲型側移曲線，框架的側向位移的會隨高度上升而逐漸變大。采用框架結構體系的高層建筑具有更為低廉的工程造價，更輕的建筑自重，并且，建筑界對于框架結構體系具有相當豐富的設計與使用經驗。為根據建筑使用者的不同功能需求合理設計建筑平面結構，常常利用隔斷墻技術來對高層建筑平面空間進行安排設計。

2、剪力墻結構體系

剪力墻結構又稱抗震墻結構，是指利用鋼筋混凝土剪力墻承受全部豎向與側向載荷。墻體沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置的剪力墻結構具有較高的強度與剛度，并且具有良好的延性與抗震能力。然而，采取剪力墻結構設計的高層建筑往往自重過大，建筑平面空間布置難度大。此外，側向載荷可使剪力墻產生隨建筑高度增加而增加的側向位移。

3、框架—剪力墻結構體系

框架—剪力墻結構兼備了框架結構平面布置簡潔，以及剪力墻結構強度、剛度好的雙重優點。框架—剪力墻結構高層建筑對水平載荷與豎直載荷的承受有著明確分工，框架結構是豎直載荷的主要承受者，剪力墻結構則是水平載荷的主要承受者。此外，當水平載荷過大時，框架與剪力墻結構還能與樓板、連梁相配合，共同承受應力，避免建筑結構的損壞。框架—剪力墻結構可有效減小側向應力對框架結構的影響，控制高層建筑的水平位移，增大高層建筑的可建高度。采取框架—剪力墻結構設計的高層建筑也有較為出色的抗震能力，地震發生時剪力墻結構是側向應力的直接承受者，并能將所受載荷有效傳遞給框架結構，此時框架結構的延性便能發揮作用，避免地震造成高層建筑結構損壞。框架—剪力墻結構高層建筑的均勻受力對其抗震能力也能起到一定的提高作用。

三、當前高層建筑空間結構的特征

1、空間結構在形式上多變

別致而多變的結構形式，往往是建筑風格及建筑水準的體現，同時也是最吸引人們眼球的地方。當前的建筑中人們對空間結構本身也提出了豐富而多變的要求。國際上著名的建筑設計師的作品和著名建筑物本身的大跨度多樣性說明，傳統的單一結構形式及設計方案已經不能滿足人們的需求，正在逐漸被淘汰，而風格多變的組合體才是當今建筑空間結構形式的主流。

2、空間結構架構材料豐富多樣

高層建筑空間結構材料日益豐富多樣。例如，普通的碳素鋼一直以來都是空間網絡結構的基礎材料，除此之外，架構過程對鋁合金和不銹鋼等的使用也越來越多見。不銹鋼能夠防腐，可以用于裝飾與承重，所以在門廳、走廊、采光大廳以及裝飾雕塑或其他普通裝飾中都可以進行廣泛應用。鋁合金同樣有多方面的應用。建筑織物具有較輕的本身重量、自我清潔能力強、高強度、透光性良好、不易燃燒等特點，是一種新近開發的復合材料，其膜結構在我國建筑行業中取得了較大的進展，在建筑空間結構架構中得到了廣泛的使用，尤其是在大型體育場的建設中。這一新型材料和技術的使用表明了空間結構架構的過程中可以將最新技術及時應用其中，不斷自我更新方法和材料，以科學技術促進自身的發展，而新興技術也能夠有力的推動建筑空間結構架構的新進程。

3、受風和地震的影響

在空間結構建筑織物的膜結構中，由于其變化多樣的外形和較輕的自重，所以其動力影響主要來自于風的作用。我國的相關研究中，對空氣動力的失穩和橫風向共振響應在大跨度的索膜屋蓋空間結構中展開的非線性分析取得了一定的成果，但對于膜結構來說，其風振問題較難解決，還需要繼續進行研究。而抗震能力是對網殼結構研究的主要內容，隨著相關研究的不斷深入，目前已經取得了關于網殼結構應對地震水平方向反應的非線性計算靜力分析、不同網殼的彈塑性分析等研究成果，推動網殼結構的抗震設計改善工作。在當前建筑中，消極對地震抵御已經不能滿足需求，人們更傾向于對其引起的振動進行主動的控制和消減，如目前已經提出的鉛芯橡膠板抗震能力研究等消減震能的做法。

4、預應力技術在空間結構中可以發揮作用

過去的預應力技術多用于保證懸索結構的受力均衡，而在空間結構中預應力也可以發揮作用。目前，已經對預應力的施加方式、分析極限受力能力及張拉過程進行了研究，并取得了一定的進展。在施工中，將預應力技術施加在網殼或網架工程結構中，可以對相應結構的硬度和剛度進行普遍提高，從而節約鋼材的投入。

四、高層建筑結構設計的要點

1、結構的超高問題

抗震規范中對建筑結構的總高度進行了嚴格限制，新規范中增設了B級高度，這與原來設定的A級高度在處理辦法方面有很大的改變。所以在工程實踐中，就要充分考慮建筑的超高問題及處理措施，在結構設計過程中要充分根據工程的實際進行抗震設計，防止建筑物結構過高導致的不安全因素。一旦在工程實際過程中忽視建筑物的超高問題，在工程后續施工過程中就會出現一系列的問題，這就會對工程工期和效益造成嚴重的損害。

2、短肢剪力墻設置問題

短肢剪力墻在規范中是這樣定義的：墻肢截面高厚比為5-8的墻。實踐表明，短肢剪力墻在高層建筑中的運用有更多的因素加以限制。因此，高層建筑結構設計過程中，就應當根據情況盡可能少的使用就要盡量避短肢剪力墻，從而減少由于短肢剪力墻的使用造成了不必要的麻煩，所以，在高層建筑的設計過程中，要特別注重工程的細節問題，從而提高工程建設的進度。

3、嵌固端的設置問題

高層建筑通常都有地下室和人防，由此嵌固端的設置位置可能在地下室頂板，也有可能在人防的頂板。在進行高層建筑結構設計的過程中，結構設計人員要特別注意嵌固端的設置問題，防止由于嵌固端設置所造成的問題。比如說嵌固端上下抗震等級的一致性問題和抗震縫設計與嵌固端位置的協調問題等等，由此可能造成結構設計的不合理，導致安全隱患的產生。

五、結束語

此文就高層建筑的結構體系分析、當前高層建筑空間結構的特征及高層建筑結構設計的要點等幾個方面來闡述了高層建筑結構設計的要點問題，希望能對從事相關職業的工作人員有所幫助。

參考文獻：

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