探討高層建筑結構設計過程中常見問題

李素倩

（身份證號：1301231987****6023）

現代高層建筑的設計是漫長、復雜甚至循環的過程。在工作中，要充分把握各種數據，結合人們的數據，達到人們的安全、舒適、美觀的要求。如何使舒適、安全、符合人們的精神物質需求和經濟實用的住宅設計適應住宅市場的變化，滿足住宅消費的需要，已成為頂級建筑設計師必須解決的首要問題。這要求結構設計師自己在嚴格的要求下工作，不斷學習新的規范，努力掌握更合理的設計方法。

一、正確認識高層建筑的受力問題

合乎情理的結構型高建的選擇本質上是一種垂直懸臂結構。垂直荷載主要導致結構的軸力與建筑物高度呈線性關系。水平荷載使結構產生彎矩。從受力特性的角度看，豎向荷載方向是相同的，只隨著建筑物的增大而增大。水平荷載可以來自四面八方。當荷載均勻分布的時候，彎矩和建筑物垂直高度發生二次變化。根據橫向位移的特點，垂直荷載造成的橫向位移非常小，當水平荷載為均勻荷載時，橫向位移和高度變化為四個功率側。可見，水平荷載對上部結構的影響遠高于垂直荷載。水平荷載的控制因素是是結構設計。結構的水平荷載所產生的彎矩、剪力、拉伸應力和壓縮應力應在較大的強度之外。

二、軸向變形問題

任何結構在外力作用下的軸向拉壓、剪切、扭轉、彎曲位移都屬于是軸向變形。在下層建筑結構的設計中，一般情況下只考慮彎曲變形，忽略鈾對剪切變形的作用，因為一般結構構件的軸力和剪力影響較小，不考慮。由于層數多、軸力大，且沿高度堆積的軸向變形明顯，軸向變形對高層建筑結構內力的作用和影響是比較大的。除此之外，高層結構中的剪力墻常常具有較大的橫截面。因此，剪切變形的作用和影響是不容忽視的。

三、嵌固端的設置問題

高建筑結構固定邊的確定對結構計算結果有很大影響。相對準確的計算結果可以通過結構計算程序獲得，無論結構的固定部分是什么。但我們希望計算結果能更現實地反映結構的現實，使系統安全和合理。正確選擇結構的固定部分是結構設計中的一個重要環節。

在進行結構計算之前，建筑物的上層必須根據建筑物內部部分的位置來確定。結構錨定的條件通常是這樣的：在設計過程中，結構變化層經常被放置在大型框架的頂部。在計算結構頂部結構的錨定結構時，地下室結構的地板橫向剛度不得小于結構頂部剛度的兩倍地下室屋頂和臥室地板之間的區別不能太大。在極端情況下，如地下室，除非高度差為13級，否則一樓通常不能構成結構錨。地下室的屋頂結構應該是梁系統。地板的厚度不得小于180毫米。混凝土的強度不得低于c30。兩個方向的備份不得小于0.25%。地下的土地必須有足夠的保護，不受側壁的影響。上述地下室屋頂不能用作結構錨點的原因通常是不能滿足這一條件。

四、高層建筑結構設計的抗震問題

地震是難以預測和精確計算的。地震使建筑物承受的力量因地震的大小、地基的強度和建筑物的固有周期而有所不同。地震的震級被評估為靜力水平。通常，隨著建筑物高度的增加，建筑物的水平力比例會降低。對于一個方向的地震作用，同一方向的地震單元的電阻將與其剛度成正比。

（一）地震對建筑物的影響

來自震源的地震波在靠近地表的地基較弱時會增加，并且伴隨著高層建筑的增加和原有的周期拉長，震動力變小，建筑物的地板越高，震動的力量（加速度）趨于增大。綜上所有的這些原因，確定了對建筑物施加的地震影響，評估結果為對建筑物每一層施加的水平力。

（二）地震因素配置

毫無疑問，建筑物能抵御各個方向的地震。如果整個建筑被看作是考慮力的傳遞的二維框架的集合，這是很容易理解的。與地震作用的水平方向平行，框架承受水平力，每一層的柱和地震壁根據剛度比承擔地震作用。

（三）結構的變形電阻

當水平力施加于結構時，如果超過支撐的彈性極限，變形會迅速增加，達到最大強度。在設計時，高頻地震通常停留在支撐力的彈性極限以下，在發生大地震時不超過其最大強度。

（四）部件的強度和韌性之間的關系

強烈的地震因素不需要韌性。墻體和斜面的韌性較小，框架結構的韌性較大。

（五）地震因素的平衡

建筑平面上的地震因素平衡差，在遭受地震時，容易產生伴隨扭轉旋轉的變形，薄弱部分會產生較大的變形，使這部分的破壞增加。由于地震作用是慣性力，力的作用中心必須與重心一致。平面上所謂的平衡，即地震作用的中心，即重心和抗震因子（稱為剛心）的剛度必須一致。即使平面上的剛度（框架的剛度）相同，當它后退時，下層的重心會偏離中心而造成不穩定。此外，結構偏心的抗震墻、鋼骨框架等剛度較大的建筑物容易出現不穩定。

6.平衡地震因素剖面圖

當抗震因子的剛度上下方向不均勻，且硬地板和軟地板混合在一起時，地震效應會集中在軟地板上，使地面部分的受力和變形增加，破壞增加。特別是一些墻壁比二樓多，且一樓沒有墻壁的建筑物，稱為懸掛式建筑。他們中的許多人在地震中會倒塌在一樓。建筑物由幾種類型的結構組成，理想的做法是平衡各種結構的上下方向，平衡每一層框架的剛度。

五、結束語

最近幾年，高層建筑非常迅猛的飛速發展，建筑外型設計新穎獨特，建筑高度和規模不斷提高。隨著高層建筑的不斷進步和發展，高層建筑的形態、材料和力學分析模型將越來越復雜和多樣化。實踐表明，在高層建筑的結構設計和施工過程時，只有理念明確，措施得當，設計技術人員才能不斷進步完善和提并高發展高層建筑。