淺析高層建筑結構設計要點

張生

（貴州省建筑科研設計院貴州貴陽550000）

淺析高層建筑結構設計要點

張生

（貴州省建筑科研設計院貴州貴陽550000）

隨著科學的發展和時代的進步，近年來，高層建筑儼然已經成為城市中一道亮麗的風景線。其中，結構設計工作在高層建筑的建設中，也成為了重大研究課題。本文就高層建筑的設計原則、結構設計要點以及結構設計的注意事項展開論述，希望對于提高高層建筑結構設計的水平有所啟發。

高層建筑；設計原則；設計要點；注意事項

引言

隨著我國城市化進程的加快和國民經濟的快速發展，人口不斷增加，導致城市中的住房建設用地十分緊張。這就必然會給結構工程師們在對高層建筑的設計方面帶來更高的挑戰和許多新的課題。每個結構設計師所必須具備的基本素質就是要正確處理高層建筑設計過程中出現的問題以及掌握高層建筑結構設計的要點。

1　高層建筑結構設計方面的設計原則

1.1選擇合適的計算簡圖

計算簡圖不僅影響著高層建筑結構計算式，還應該保證有相應的高層建筑構造措施，沒能合理的選擇計算簡圖，嚴重的將會導致高層建筑結構發生安全事故，由此可見選擇恰當的計算簡圖是保障高層建筑結構安全的重要前提。還有，不可避免的是，在計算簡圖時容易出現誤差，但是要盡量將誤差控制在高層建筑結構設計允許范圍內。

1.2選擇合理適用的結構方案

合理經濟適用的結構方案是合理的高層建筑設計的基礎，換句話說，就是在高層建筑結構設計中要選擇可行務實的結構形式和結構體系。對于結構體系而言，要求在同一個結構單元中不得將不同的結構體系混合在一起使用，應使結構體系達到受力明確，傳力簡捷的效果。在對高層建筑結構設計過程中，應與相關專業協商，綜合分析各種影響因素，然后具體確定出最合理的高層建筑結構設計方案。

1.3正確分析、審核計算結果

由于目前市面上計算機軟件種類較多，而計算機技術又在在高層建筑結構設計過程中得到普遍應用，但是不同的計算機軟件計算的結果存在差異，因此這就對高層建筑結構設計師提出了更高的要求，為了防止在計算機輔助結構設計計算時，由于程序不能適應結構、軟件自有的缺陷的實際情況等計算機軟件程序的因素而導致工程建筑結構設計出現差錯，就要求其必須全面了解計算機的程序軟件的適用范圍和使用條件。除此之外，要防止計算機輔助計算結構設計中人為性的失誤，不僅需要結構工程師在后續工作中，對數據進行慎重審查，合理分析，同時還需要設計師輸入數據時要認真，從而做出最準確的判斷。

2　高層建筑結構設計的要點

2.1地基與基礎設計

地基是高層建筑結構中極其重要的一部分，其在高層項目的整個工程造價中，占有很大一部分，因此，建筑設計師特別重視地基與基礎設計，我國幅員廣闊，各地的地質情況都有所差異，在高層建筑的地基設計當中，為了確保設計及施工的順利進行，避免對整個工程的設計造成嚴重的影響，結構工程師首先要對當地的地質情況有個深入的學習過程，在設計之前要對當地的地質條件有詳細的了解。不同于多層建筑的是，高層建筑設計首先要對地下水水位進行了勘探及了解施工場地的地質情況，從而得出相關的數據，同時還要對施工條件、使用功能及高層上部結構的類型等進行全面的考慮，除此之外，為了有效地保證建筑物建成后發生傾斜或沉降的可能，還要考慮到施工時對周圍的建筑安全性的影響。同時為了施工的順利進行及施工中的安全，還要了解地下的設施的位置及標高及周邊構筑物，從而保證設計的科學性，保障施工的正常進行。

2.2高層建筑水平荷載的設計要點

高層建筑結構設計過程中應重點考慮的因素就是水平荷載，對于高層建筑結構的意義和價值都十分重要。高層建筑結構出現傾覆力矩主要是水平荷載引起的，高層建筑的凈高的平方與力矩大小成正比；水平荷載還會引起高層建筑結構豎向構件的軸力，其大小也同高層建筑凈高的二次方成正比，所以，不難得出結論：在高層建筑體積越來越大、結構越來越高的發展趨勢下，要重點考慮水平荷載的因素，這是設計高層建筑結構的必然要求，同時也是維護高層建筑結構穩定性的需要。

2.3高層建筑結構延性的重要性

高層建筑在地震中的穩定性與其結構延性越好壞有著直接的關系。高層建筑結構延性一般是指：在破壞前的抗變形能力，也指建筑結構承載能力的最大值。為了有效保證出現高層建筑結構在震動正抵抗裂縫和變形，高層建筑結構在當今這個社會變得越來越復雜，這就需要有效保障高層建筑結構延性，以期實現有效提升高層建筑結構抵御破壞能力，更好地保障高層建筑結構的安全性能。

2.4高層建筑結構軸向變形的重要性

在高層建筑復雜化的趨勢下，軸向變形的因素變得越來越重要，特別是在高層建筑高度升高的情況下，大幅度增加豎向的荷載，而導致高層建筑結構的穩定性下降，就是由于高層建筑結構中柱體出現軸向形變的原因，從而引起高層建筑結構的連續梁上出現彎矩的現象，因此要高度重視高層建筑結構設計中要對軸向變形。

2.5剪力墻結構設計

剪力墻結構在高層建筑中得以廣泛使用，因為其既能抵抗水平力又能承擔垂直荷載作用。剪力墻作為一種剛性結構，即使有水平荷載作用下，也不會發生較大的側移量，因此將房屋的內、外墻都做成實體的鋼筋混凝土結構，其有樓蓋的支撐，同時面積又較大，所以其自身有較大的側向剛度。對于15～35層的高層建筑非常適宜。但剪力墻也有自身的弱點，一旦發生地震，地震力會完全作用于剪力墻上，由于其是剛性結構，自身的剛度較大，因此如果在施工中處理不好，就會造成較大的破壞。同時，剪力墻則無法完成需要的較大空間的公共建筑，因為剪力墻在布置時對間距有非常高的要求，間距不能過大，同時平面布置也不靈活。

2.6注重抗震設計

在需要抗震設防的高層建筑中，盡可能不采用純框架體系，可以采用框架一剪力墻、筒體結構體系或剪力墻，根據我國的具體條件，進一步總結高層建筑的剛度要求，以便能夠更經濟合理地布置筒體及剪力墻等抗側力構件。結構的抗震等級如表1所示。

表1　結構的抗震等級

3　高層建筑結構設計中的注意事項

3.1高層建筑基礎設計中注意事項

在高層建筑基礎設計中有三項注意事項：①高層建筑基礎要足夠的耐久，經常受到地下水的浸漬或者受潮，所以這就要求高層建筑的基礎采用的材料具有耐久性能高的特點，譬如加強鋼筋混凝土基礎中的鋼筋保護層；②為了能夠最大程度均勻的將高層結構傳到高層建筑的地基上，并且保證安全的承接高層建筑上層結構傳來的荷載，高層建筑基礎要有足夠的厚度；③要綜合性的考慮高層建筑基礎方案，不僅要考慮高層建筑受到沖擊后是否可以達到變形穩定的要求而且還要考慮相鄰建筑的影響度以及高層建筑的整體高，達到合理、經濟的施工條件。

3.2高層建筑結構設計中的共振問題

共振的發生是需要一定的條件，發生地震的地點要比較接近和建筑物的自震周期要相同，所以增大高層建筑物的自震周期和建筑物發生地震地點的特征周期的差距，然后可以采取相應的估計建筑物發生地震場所的特征周期，來達到防止發生共振的效果。

3.3高層建筑結構設計中的水平移動問題

高層建筑結構設計中不僅要注意對周期和地震等因素的綜合性考慮，其水平位移也不應該僅僅停留在滿足于高層建筑規程的要求。比如因為地震力的大小與結構剛度大小相關，成正比例的關系，在高層建筑結構抗震設計時，設計的結構剛度小，但是位移在規范允許范圍內，地震力小，結構周期長，所以這種結構設計是不合理的。

4　結束語

隨著城市化進程的迅猛發展，城市建筑的重點就是高層建筑結構的設計，城市中對空間規劃有了相當大的要求，在設計中要綜合多方面因素進行考慮，因為在結構設計過程中，高層建筑結構因較多層建筑要具有較大的復雜性。為了保證高層建筑物的結構設計安全，防止留下設計中的安全隱患，對參數的選取及各部位的受力情況要進行仔細的研究和分析，從而保證高層建筑的安全性。

[1]王翔宇.淺析高層建筑結構設計要點[J].城市建設理論研究：電子版，2014（19）：324.

[2]劉昊.淺析高層建筑結構設計要點[J].電子制作，2013（21）：125.

[3]高斯佳.淺析高層建筑結構設計要點[J].科技創新與應用，2014（9）：242.

[4]謝毓才，陳慶輝.淺析高層建筑結構設計要點[J].城市建設理論研究：電子版，2011（33）：65～68.

TU318

A

1673-0038（2015）14-0042-02

2015-3-21

張生（1982-），男，漢族，貴州貴陽人，工程師，本科，主要從事建筑結構設計工作。