高層建筑結構設計探討

劉威

（桂林市建筑設計研究院　廣西　桂林　541002）

高層建筑結構設計探討

劉威

（桂林市建筑設計研究院廣西桂林541002）

隨著我國社會經濟的不斷發展，城市化不斷加劇，城市地少人多，越來越多的高層建筑開始林立于各個大中小型城市，這對高層建筑結構設計提出了更高的要求。本文將對現今高層建筑結構設計的特點進行總結，對高層建筑結構設計的發展進行深入探討，對未來的高層建筑結構設計發展進行分析。

高層建筑；結構設計；綜合討論

隨著我國社會經濟的不斷發展，城市化不斷加劇，城市人口也不斷的增多，城市地少人多，導致人們不得不向“高處”發展，因此，越來越多的高層建筑開始林立于各個大中小型城市。

另一方面，隨著我國人民物質文化生活水平不斷提高，建筑已經不再是一個單純的遮風避雨的場所，而是生活質量和生活安全的歸宿及落腳點。因此，對建筑行業特別是高層建筑也提出了更高的要求。

綜上所述，高層建筑的大面積出現具有很深的社會原因，同時也是當今社會價值的具體表現。所以對于設計行業而言，在高層建筑的設計中，結構設計不僅僅保證的是整個建筑的外觀形態的表現，更應該注重建筑的穩定和安全、人們的生命和財產。

1　高層建筑結構設計特點

在高層建筑的結構設計特點中，一般可以分為3種特點，分別是承載力、側向位移以及結構延性。

1.1承載力

在高層結構設計中，滿足承載力要求是一項最基本的條件。對于上部結構，承載力要滿足結構的梁、板、柱、墻等構件的構件承載力；而對于基礎，基礎的計算則是需要滿足地勘部門提供的地基承載力的要求。結構的構件承載力在結構設計上主要是通過配筋率來控制，現澆鋼筋混凝土結構是通過鋼筋與混凝土的共同作用來承擔荷載的作用，其中就對構件的配筋率有一定的要求，在構件中配筋率過低會造成少筋破壞，不利于結構的延性；而配筋率太高則會造成超筋破壞，會使結構直接發生脆性破壞；只有當結構有適當的配筋率時，才能充分的發揮鋼筋與混凝土這兩種不同材料的性質，使它們更好的共同作用，滿足高層結構設計中對于承載力的要求。

1.2側向位移

側向位移會發生在所有的建筑中，在結構設計中，隨著建筑物的高度的增加，側向位移對建筑物的影響會越來越大，所以控制側向位移在一定的數值范圍內就顯得尤為重要。

因為建筑物自身的重量的關系，所以在建筑物軸力值和彎矩值會隨著建筑物的高度的增加而增加；而傾覆力矩是由結構的水平荷載形成的，建筑物高度越高，水平荷載就會越大，進而建筑物底部的傾覆力矩也會變得越大。而水平荷載的產生主要是由于風荷載和地震作用產生的。在一定高度的前提下，一般建筑物的豎向荷載會保持基本不變，水平荷載的數值也會因建筑物處于不用形式的地形的變化而變化。所以，隨著建筑物高度的增加，側向位移就會越來越變成主要的設計控制條件

1.3結構延性

結構構件的延性指的是構件從屈服開始至達到最大承載力或達到以后而承載力還沒有顯著下降期間的變形能力。在結構設計中，當地震發生時，延性指標的控制就顯得尤為關鍵了，它能使結構構件在承擔超過其最大承載力時還沒有產生完全的破壞，這就給人們在地震發生時的逃生提供了寶貴的時間。如何控制好延性，這是在一開始做設計時就需要考慮到的事情，在建筑方案的前期，需要結構師的參與，合理的結構選型、合理地布置柱網以及合理地建議建筑師對建筑立面和建筑細部的處理這些等等的東西都是至關重要的。

2　高層建筑結構設計體系

在高層建筑結構設計的體系中，有多種結構類型的體系，例如：框架結構、剪力墻結構、框架-剪力墻結構、框架-核心筒結構等等。下面我們來具體分析一下高層建筑結構設計體系中的框架結構和剪力墻結構這兩種結構。

2.1框架結構

在高層建筑結構的設計中，使用較多的是框架結構體系。在框架結構的設計時候，一定要利用建筑提供的基本組成平面合理地布置柱子和梁從而形成穩定的框架，在建筑平面內，利用好梁與梁的連接，形成穩定的平面框架；而在豎向的范圍內，利用好梁與柱的連接，以此能使平面框架組合的整體空間結構體系得以實現。其框架結構的主要優勢在于可以非常靈活的布置建筑平面，比如，在對于空間較大的會議室或者餐廳的設置時可以進行非常靈活的布置和細致的劃分；而在很多時候，增加輕質隔斷的安裝來圍合空間、或著拆除輕質隔斷來合并空間，可以在建筑平面中劃分出大小且功能不盡相同的居室，來達到更好的滿足用戶的需求與使用的目的。而在高層建筑的外墻使用的是非承重的構件，可以使建筑物的立面設計進行非常靈活的調整和修改。不過，框架結構也會存在著缺點，比如框架結構的側向剛度比較小，具備的抗側力的能力比較弱。在發生地震的時候，由于地震產生的水平作用力和豎向作用力會共同進行作用，具有框架結構性能的建筑物會在此時產生較大幅度側向位移。

2.2剪力墻結構

在高層建筑中的剪力墻結構，一般是指的以采用平面布置的鋼筋混凝土剪力墻來作為建筑主體抵抗豎向荷載和抵抗水平力的結構。在高層建筑結構的設計中，豎向荷載與水平作用力一般都是按一定的比例作用在單片的剪力墻內，而在結構計算中依靠剛性樓板假定的理論進行設計，使建筑物能在地震和風荷載的作用下不出現太大的側向位移從而保證結構的穩定性。在進行高層建筑結構設計時，剪力墻的使用有很多的優勢，比如抗側剛度大、承載力大，并且傳力非常均勻，有著很好的整體性，特別是當超出現澆鋼筋混凝土框架結構的適用的最大高度時，剪力墻結構是個具有穩定狀態且性能良好的結構體系。

3　關于高層建筑結構設計的綜合發展

上文已經對高層建筑的結構設計特點及體系進行了詳細的分析，下面我們來探討一下關于高層建筑結構設計的綜合發展：

3.1形成內核作用

高層建筑與低矮層建筑相比，最大的區別在于高層建筑中有垂直交通集中的核作用。核在現今的高層建筑結構設計中非常重要，它直接影響了高層建筑中的構成模式。而在高層建筑結構設計中，因為受到了筒體結構影響，現在的高層建筑中層數也越變越高，這種情況下就需要剛度較強的筒來承受扭矩與剪力，而這些因素都要與結構設計的相關要求相符合。在高層建筑的中央，是要依靠功能型的服務進行圍護組成的，如果此時設計時使核心筒的筒體位于中心位置，那么就可以非常好的形成形體中心與剛度中心以及結構中心的重合，在很大程度上能使高層建筑擁有更好的結構力學性能，從而更好地實現建筑物抗震的要求。

3.2底部空間變化

隨著我國建筑行業的不斷發展，以往傳統的底部空間模式已不再適用于現今高層建筑的要求了。以往傳統的高層建筑底部空間一般是面向街道，一進門就是電梯，然后再由電梯向各樓層送達。而現今的高層建筑在進行底部空間設計的時候有了非常大的變化，在很大程度上可以滿足人們對品質生活的需求。比如，在現在的負一層或負二層中增加了停車場，其電梯也可以直達停車場。在大廳中央也可以有更多地方進行活動規劃。由此可見，現在的高層建筑底部的空間設計已經將以往傳統的環境與建筑關系進行了研究和融合，其結果已經可以使人們生活需求得到了極大的滿足。

表1　A市與B市2012～2014年高層建筑項目完成度

表2　2012～2014年某市建筑項目增長表

3.3核分離與核分散

社會經濟在不斷的發展，而時代也跟著快速的進步，現今人們對于建筑功能已經有了很高的需求與追求，在對于高層建筑結構設計上也因此出現了各式各樣的不同側重點。雖然中央核心筒主流的建筑模式在現今的社會中應用較廣泛，但是如果能將其加以改善，效果會更佳。在建筑結構設計中，對建筑物采用核分散的平面布置，可以更好的加強結構四周的剛度，增大其抗扭能力。由此可見，設備用房與垂直交通布置于高層建筑的周圍，這樣能讓結構擁有更好的抗震性能。不僅如此，這種核分散的結構也對巨型的框架結構更為適用，能使巨型框架結構中的巨型支撐柱可以發揮更好的力學性能。

由表1可見，運用傳統高層建筑結構設計的A市，在2012～ 2014年高層建筑項目的完成度上遠遠低于運用新型高層建筑結構的B市。由此可見，高層建筑結構設計的創新對于建筑施工效率的影響非常大，所以一定要重視高層建筑的結構設計。

由表2可見，在2011～2014年某省的高層建筑工程增長數據與增長率都處于一個持續上升的階段，這也在很大程度表明了在現階段中，社會對于高層建筑工程結構設計的要求會越來越高。所以只有很好的對高層建筑工程的質量進行控制，制定出有效率的結構設計方案，只有這樣才能促進建筑行業更好的發展。

4　結束語

綜上所述，我國對于建筑行業中高層建筑結構設計一定要引起重視，只有非常優秀的結構設計方案，才能使高層建筑的質量得到保證，才能促使我國城市能得到穩定的發展。

[1]王續晶.高層建筑結構設計問題探討[J].價值工程，2013（08）：2～13.

[2]羅運松.高層建筑工程結構設計的綜合研究[J].中華民居（下旬刊），2014（06）：78～79.

[3]鄭日男.高層建筑結構設計要點探討[J].中華民居，2012（09）：69～70.

TU973

A

1673-0038（2015）32-0029-02

2015-6-25

劉威（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事房屋建筑結構設計工作。