淺析高層建筑的結構設計

李判判 王芳芳

【摘 要】高層建筑在我國的發展可以說是異常迅速，其高度不斷在增加，而建筑的類型和功能也是有著越來越復雜化的趨勢，結構體系也是更加多元化起來。本文從高層建筑結構設計方面的問題進行探討，希望對建筑結構設計事業有進一步提高。

【關鍵詞】高層建筑；結構設計；原則；問題

一、高層建筑結構設計現狀分析

以住宅建筑來看，由于建筑高度不斷攀升，從經濟適用性和應用普及來看，近幾年來，與大多高層商業建筑采用鋼結構不同的是：高層住宅建筑結構主體更多采用鋼-混結構進行高層建筑的建造和設計。而近幾年針對民用高層建筑采用主體結構的是以鋼結構還是鋼-混結構為主攻方向的爭議就沒有停止過。推崇鋼結構為主攻方向的一部分學者認為：在當前住宅產業化趨勢之下推行鋼結構具有：贊同強度高、自重輕、施工速度快、防潮、抗震性能好，便于安裝和拆卸（便于實施產業化住宅實施以及二次優化設計），但鋼結構存在防火和腐蝕的典型問題，而作為民用建筑住宅的成本來看，鋼結構的經濟成本較高。

隨著近年我國房地產業發展以及國家對抗震等硬性指標的規范，以往磚混結構的住宅正在逐漸被鋼-混結構所替代，雖然鋼-混結構較之磚混結構成本會高出很多，但在抗震等規范指標下與鋼結構主體比較成本要低出許多。這也是近年來我國民用高層住宅建筑多采用鋼-混住宅結構的因素之一。

二、高層建筑結構設計的特點

高層建筑結構與多層建筑結構有著很多的不同特點，高層建筑物同時承載著垂直荷載和水平荷載，垂直荷載就是由建筑物高度引起的；水平荷載就是由建筑物外界的風力所引起的。當然，高層建筑物的抗震效果一定是要高于低層建筑物的。而由于低層建筑物的樓層比較低，所以產生的垂直荷載也非常小；由于多層的平面要較高層小的很多，所以多層的水平荷載也是非常的微乎其微。影響高層建筑物荷載的主要因素大多數是外界的風力和地區的地震等自然因素。高層建筑物的位移也是不可忽略的，建筑物的位移快慢與建筑物的高層是成正比的，建筑物的高度越高，位移就會越快，而位移快了不僅會對建筑物的使用情況產生了影響，還會對使用者在使用當中的舒適度造成影響，更嚴重的會對建筑結構產生一定的影響，從而對使用者的安全也會造成一定的影響。因此在高層建筑物中一定要控制建筑物的位移程度，要控制在不影響建筑物的安全性、使用性等的范圍內，更好的設計出優秀的建筑結構設計方案。

三、高層建筑結構的設計原則

1.結構堅固、耐久

除按荷載大小及結構要求確定構件的基本斷而尺寸外，對陽臺、樓梯欄桿、頂棚、門窗與墻體的連結等構造設計，都必須保證建筑物構、配件在使用時的安全。

2.應用先進技術

在進行建筑構造設計時、應大力改進傳統的建筑方式，從材料、結構、施工等方面引入先進技術、并注意因地制宜。

3.合理降低造價

各種構造設計，均要注重整體建筑物的經濟、社會和環境的三個效益，即綜合效益。在經濟上注意節約建筑造價，降低材料的能源消耗，又要有利于降低經常運行、維修和管理的費用。還須保證工程質量，不能單純追求效益而偷工減料，降低質量標準，應做到合理降低造價。

4.注意美觀大方

建筑物的形象除了取決于建筑設計中的體型組合和立面處理外，一些建筑細部的構造設計對整體美觀也有很大影響。例如欄桿的型式、陽臺的凸凹、室內外的細部裝修，各種轉角、收頭、交接處的接頭設計.都應合理處理.并相互協調，注意美觀大方。

四、影響高層建筑結構設計的主要因素

1.外力作用的影響

作用在建筑物上的各種外力統稱為荷載。荷載可分為恒荷載（如結構自重）和活荷載（如人群、家具、風雪及地震荷載）兩類。荷載的大小是建筑結構設計的主要依據。也是結構選型及構造設計的重要基礎，起著決定構件尺度、用料多少的重要作用。風載是高層建筑水平荷載的主要因素，風力隨著地面的不同高度而變化，在沿江沿海地區，風力影響更大，設計時必須遵照有關設計規范執行。

地震荷載也是主要荷載。地基土的縱波使建筑物產生上下顫動；橫波使建筑物產生前后或左右的水平方向的晃動。但這三個方向的運動并不同時產生，其中橫波的振動往往超過風力的作用，所以地震力產生的橫波是建筑物的主要側向荷載。地震的大小用震級表示，震級的高低是根據地震時釋放能量的多少來劃分的，釋放能量愈多，地震越大，震級也愈高。故震級是地震的大小指標。

在進行建筑物抗震設計時，是以該地區所定地震烈度為依據，地震烈度是指在地震過程中，地表及建筑物受到影響和破壞的程度。

2.氣候條件的影響

我國各地區地理位置及環境不同，從炎熱的南方到寒冷的北方，氣候條件有許多差異。太陽的輻射熱、自然界的風、雨、雷、霜、地下水等構成了影響建筑物的多種因素。有的構、配件因熱脹冷縮而開裂；有的部位出現滲漏水現象；有的因室內過冷或過熱而妨礙工作等等.放在進行構造設計時，應該針對建筑物所受影響的性質與程度，對各有關構、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保溫、隔熱、設伸縮縫、設隔蒸汽層等等。以防患于未然。

3.各種人為因素的影響

人們在生產和生活活動巾，往往遇到火災、爆炸、機械振動、化學腐蝕、噪聲等人為因素的影響。故在進行建筑構造設計時，必須針對這些影響因素，采取相應的防火、防爆、防振、防腐、隔聲等構造措施，以防止建筑物遭受不應有的損失。

五、高層建筑結構設計應注意的問題

1、考慮受力性能

對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。

2、提倡使用概念設計

所謂的概念設計一般指不經數值計算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規范中難以規定的問題巾，依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想，從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。運用概念性近似估算方法，可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設計階段一些不必要的繁瑣運算，具有較好的經濟可靠性能。同時，也是判斷計算機內力分析輸LH數據可靠與否的主要依據。近十余年來我國的高層建筑建設可謂突 猛進，其建設速度和建造數量在世界建筑史上都是少有的。但是，從設計質量方面來看卻不容樂觀，多數設計追趕流行時尚。閌此在實際中應考慮長遠因素。

六、結束語

隨著高層建筑進一步的發展，高層結構的設計越發重要起來，結構設計是一項集結構分析，數學優化方法以及計算機技術于一體的綜合性技術工作，是一項對國家建設有重大意義的工作，同時，亦是一門實用性很強的工作。為了革新高層建筑，體現其魅力，追求新的結構形式和更加合理的力學模型將是土木工程師們的目標和方向。

參考文獻

[1]蘇成江.淺議建筑結構設計過程中的幾點問題[J].民營科技，2011.

[2]李祖鈔.高層建筑結構設計中的常見問題探討[J].建材發展導向，2011（3）.

[3]何俊旭.高層建筑結構設計及結構選型探討[J].價值工程，2010.2：214.