高層建筑結構設計的要點分析

張桂茹

摘要：我國社會經濟的快速發展，城市規模不斷擴大，大量的外來務工人員在促進城市發展和進步的同時，也導致了一系列問題的產生，其中表現最突出的就是城市居民的居住問題。為了解決這一問題，高層建筑大量涌現。和一般的建筑比較，高層建筑在設計中的難度更大，只有確保其設計的科學性以及合理性，才能為順利施工提供保障。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；要點

中圖分類號：TU973文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2017）02-0138-01

1.高層建筑結構類型

1.1剪力墻結構。剪力墻結構是指建筑內外墻采用剪力墻設計方式，利用剪力墻承擔建筑負荷。剪力墻的變形及受力特點受剪力墻開洞情況影響，根據軋受力特點，剪力墻分為特殊開洞墻和單肢墻兩類，不同類型剪力墻的截面應力分布特點存在顯著差異，因而工程實踐不僅需要計算位移和內力情況，也需要靈活運用平面有限元法計算剪力墻結構，提高計算結果的準確性。但是該方法存在弊端，如自由度較多。工程實踐中，特殊開洞墻應用頻率更高。

1.2筒體結構。筒體結構分為框架一核心筒和筒中筒兩種類型，前者的受力特點為框架、簡體分別承受豎向和水平荷載，變性特點與框剪墻存在一定相似之處，但是其抗側剛度性能更好。簡體結構計算方法三維空間法，計算結果的精度更高。

1.3框架一剪力墻結構。該結構由多個框架和剪力墻共組成，該結構類型優點在于位移和內力設計防范方式較多，但是連梁連續化假定方法計算位移協調條件時，應該按照框架水平位移和剪力墻轉角設計，建立外荷載與位移關系的微分方程。但是需求和因素未知量之間存在差異，微分方程存在不同解。

2.高層建筑結構設計的主要影響因素

在進行建筑結構設計的過程中選擇建筑載荷的工作是重要的工作內容，對于大部分的高層建筑來說，可以依據建筑結構設計載荷規定中的相關要求進行有效的明確，之后需要對其他的建筑結構的關聯進行分析，以此明確有效的結構設計方案。

2.1風載荷。依據高層建筑結構的設計來說，由于其高層很容易被風載荷所影響，特別是在一些高層建筑中，需要控制的原因就是風載荷，例如，在臺北某地設計的過程中，不但結合了當地設計的規范，還讓加拿大的專業設計企業對其進行了風洞實驗，以此提升建筑的抗風載能力。在實驗的過程中，設計一個依據1：500為比例的模型在直徑為一千二百米的風場環境進行實驗，證明建筑在不同的風力的情況下受力情況。

2.2地震力。在檢測地震力的過程中，現階段的技術存在著一定的問題，難以對其進行有效的預算工作。對于地震預測較準的日本，也無法明確其地震的地點、方向以及時間。因此，高層建筑設計在實施的時候需要注重其地震力。同時，還要考慮到建筑主樓、裙樓在地震力下的不同狀況。

2.3地基基礎。對于兩者來說，地基基礎在其實施的過程中占據重要的地位，在實際建設中主要是依據不同的地基形式提升其地基結構的平穩性。例如，對于較為深厚的軟基層，高層建筑地基需要依據樁筏基礎等進行。當然，也可以依據現實的地基情況制定有效的基礎方案；應用程度不大的年輕巖基主要是依據現澆混凝土樁基融入到巖層中的形式為建筑提供根本支撐；對于深度較大的巖層，例如在地面一百米以下，主要是依據巖層上層經常應用的層狀沖積土，應用框格式的地下連續墻為建筑實施提供基礎；而對地下基層條件不錯的地層來說，主要是依據筱形基礎就行。在設計地基的過程中，需要依據不一樣的地質選擇有效的組合式基礎方案，最后明確一個經濟性較高的方案。

2.4建筑功能應用需求。大部分的建筑在實施的過程中都是依據實際需求進行建設的，因此在實施的過程中需要依據這種條件進行工作，這是發展過程中重要的問題，在設計的過程中，需要注重建筑的藝術特點、應用方案以及經濟等多方面的要求。同時，在實際設計的過程中需要確保其結構不但在施工技術下實現，還是現階段設計素材所需的，這也是建筑結構設計需要管理的一個因素。

3.高層建筑結構設計要點分析

3.1水平荷載要點。水平荷載在高層建筑結構設計中屬于一個決定性要素。樓房自身重量與樓面應用荷載基于豎構件當中引發的軸力與彎矩數值，只和樓房高度的一次方成正比。而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及在豎構件產生的軸力，和樓房高度的二次方成正比。在高層建筑中，豎向荷載屬于一個定值，但作為水平荷載的風荷載及地震作用來說，兩者之間的數值會在結構動力特征變化時隨著發生變化。因此，水平荷載屬于高層建筑結構設計中的一個決定性要素。

3.2軸向變形要點。基于高層建筑當中，其豎向荷載數值通常偏大，處于柱當中可以引發很大的軸向變形，進而使連續梁彎矩受到很大程度的影響，在連續梁中間支座位置的負彎矩值降低的情況下，跨中正彎矩數值便會提高，進一步使預制構件下料長度受到極大影響。在這樣的情況下，就有必要以軸向變形計算數值為依據，科學合理地調整下料長度。此外，在發生軸向變形的情況下，構件應力及側移均會受到很大程度的影響，進而使構件的安全性難以得到有效保障。為此，充分控制軸向變形非常關鍵。

3.3側移要素。在高層建筑結構設計過程中，需對側移進行合理控制。在高層建筑的高度越來越高的情況下，基于水平荷載條件下的結構的側移變形便會大大上升，為了使側移不隨著大大增加，有必要將其控制在一定合理的范圍內。

3.4結構延性要素。與非高層建筑相比，高層建筑的柔性更為突出。例如，在發生地震的情況下，所發生的形變會比非高層建筑更明顯。為確保高層建筑在處于塑性變形環節依舊擁有足夠大的抗變形作用，防止倒塌狀況的發生，需制定并落實有效措施，以此使高層建筑的結構延性得到有效增強。

4.結束語

總之，伴隨著不斷改進的新高規以及新抗震規則，在設計高層建筑結構的時候，需要動態的不斷完善和健全，而就工程設計工作者來講，應該將規范軟件的編制原理充分理解，結合工程實際，將自身的設計水平提高到新的層次。