高层建筑结构设计分析论文

浅谈高层建筑的结构设计分析

【摘要】随着我国经济的快速发展，高层建筑逐渐成为城市建设中的重要建筑结构形式。由于高层建筑不同于传统低层建筑的设计施工，高度越大的建筑，其施工工艺越复杂，结构设计要求也越严格。良好的结构式设计是保证一项高层建筑项目工程质量的关键。本文通过阐述高层建筑结构设计的相关概念，分析了高层建筑结构设计的特点，并探讨了现有的高层建筑结构体系以及经济性。

【关键词】高层建筑；结构设计；设计特点；结构体系

目前我国的城市人口已经占全国总人口的一半以上，而城市占地面积却只占总面积的一小部分，在这种形势下，如何合理设计城市建筑结构以满足人们日益增长的需求成为社会关注的焦点。高层建筑在进行结构设计时，不仅要考虑建筑的安全性，还要考虑建筑的功能性。

1、高层建筑结构设计

高层建筑结构设计是为了满足人们越来越多的建筑功能需求为基本目标的。因此，在进行高层建筑的结构设计时，要充分考虑到当地的经济状况与和人民的生活水平以及施工条件的限制等因素。另外，高层建筑结构并不是低层建筑结构的叠加，其对于建筑结构的力学性质、设计构造原理的要求更加严格规范。

现代高层建筑结构的形式具备多样化、复杂化的特点，除了原有的几种基本结构形式，如框架结构、剪力墙结构以及筒体结构等，

还需要根据不同建筑的功能需求而增加其他的结构，同时这也使得建筑中节点的连接形式更加复杂，不同的构件连接需要利用不同的节点类型，这是关系着高层建筑结构安全稳定的重要因素。另外，高层建筑在增大基层载荷的同时也为竖向结构带来了更多的载荷，对墙体、柱体的结构强度和支撑能力要求更高。

高层建筑的结构设计是一项涉及知识面较广，考虑因素较多的现代化建筑设计方式，在设计中除了要发挥设计的先进性，使建筑功能得到很好的体现，还要做好与经济性的协调工作。

2、高层建筑结构设计特点

高层建筑相较于低层建筑来讲，其结构设计需要更加严谨科学。笔者通过对现有的高层建筑结构进行深入的研究与分析，结合自身对建筑结构设计的理解，提出了高层建筑结构设计不同于其他建筑结构设计的几个特点，主要表现在水平荷载、轴向变形、侧移以及结构延性这几方面。

2.1水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

2.2轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够

在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

2.3侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

2.4结构延性是重要设计指标。一般在建筑施工设计中，在保证建筑物应有的强度的同时，要需要保证建筑物具有一定的延性。这是为了使建筑物具有一定的变形能力，以适应因自然环境或人为因素而引起的楼房震动，避免因缺乏延性而在轻微震动中就发生建筑倒塌事故。高层建筑相对于低层建筑来讲，延性需要更大一些，即保证高层建筑的结构更柔一些，这就需要在结构设计中采取合理科学的措施，使高层建筑结构在使用中具有足够的延性。

3、高层建筑的结构体系设计分析

3.1框架－剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架－剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。框架－

剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架－剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。

3.2剪力墙体系。当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架－剪力墙体系。

3.3筒体体系。凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体、筒体－框架、筒中筒、多束筒等多种型式。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。

4、高层建筑结构设计经济性分析

建筑结构的经济性是衡量建筑结构设计优劣的重要指标之一，一套好的建筑结构设计方案，不但要具有较强的实用性，还需要具备一定的经济性。尤其在高层建筑逐渐成为建筑结构的主流形式的今天，分析高层建筑结构的经济性对于我国建筑业的发展是很有意

义的。

建筑结构的经济性是指一项建筑工程项目在以最低的成本投入下，获得最大的效用。其主要体现在建筑材料、空间设计、施工方法、建筑结构设置以及能源资源的利用这几个方面。例如在关于建筑材料的设计中，除了强调改进建筑材料保温性、改善建筑体形系数、提高建筑材料的气密性等一系列节能降耗措施，还要利用结构设计的灵活性，最大程度的减少材料的使用量来达到预期效果。在建筑空间组织、利用的高效化方面，除了要坚持对平面面积的充分利用，还要注重三维空间的挖掘。比如在图书馆设计中提出了“模块式”图书馆的创作思路，将图书馆划分成不同的功能模块，采用不同的层高、柱网，进行类比布局。这样可以减少“三统一”标准空间所造成的浪费，充分发挥空间效益。或者在空间住宅的设计中则对厨房、厕所的上区、卧室上下等潜在空间进行了有效的利用。将每户主、次二个开间设置为不同层高，对应于不同的功能使用要求，大大提高了住宅空间的使用效益和经济性。

5、结论

在社会的不断发展中，高层建筑的形式越来越多样化，对建筑的安全性，稳定性以及承受载荷的能力要求越来越高。在进行结构设计时，还需要不断深入研究建筑结构受力特点，完善设计中对受力分析的理论依据，优化高层建筑结构设计的实施，同时注重建筑结构实施的经济性和合理性，使高层建筑结构得到更进一步的发展。