现代高层建筑设计的结构创新研究

现代高层建筑设计的结构创新研究

随着经济建设的不断发展，高层建筑的需求也越来越大。结构设计是高层建筑设计的重点环节，关系到高层建筑的经济性和使用安全性。当前我国高层建筑普遍使用钢筋混凝土结构施工，结构设计的抗震、抗风、消防等问题是结构设计的关键问题和难点。本文结合实际的工作经验和文献研究，对现代高层建筑设计的现状进行了分析，对结构设计创新进行了分析，以期促进现代高层建筑设计的发展。

标签高层建筑；结构设计；创新

结构设计不仅是现代高层建筑发挥其重要城市功能的重要保障，还是保证高层建筑安全性和牢固性，甚至于传递设计师的设计理念和美学思想的重要设计。高层建筑由于其特殊性，对结构设计的安全性具有特别高的要求，在当前我国高层建筑建设迅速发展时期，对高层建筑结构设计创新进行研究，具有重要的实践指导意义。

一、高层建筑结构设计概述

城市的建设是人类现代文明的重要表现，高层建筑作为城市发展建筑成熟阶段的产物，更是经济发展和城市建设的重要代表。当前，高层建筑的功能和建筑结构不断创新，现代社会的发展也要求高层建筑的结构设计从单一的性能要求为主转向为向节能、环保、经济和安全为主的综合性指标。尤其是现代城市建设对高层建筑提出了新的要求，高层建筑如何在到达基本的性能要求的基础上实现对形式美观、节能环保和使用安全等方面的发展，是当前高层建筑结构设计创新需要解决的重要问题。因此，高层建筑结构设计是现代高层建筑发展的基础，通过设计师与建筑师的合作，促进现代高层建筑的创新发展。

二、高层建筑结构设计难点分析

1、高层建筑结构的抗震设计

抗震性能是对现代高层建筑的重要要求，是结构设计的重点和难点之一。当前我国高层建筑的结构抗震设计的难点主要表现在：高层建筑的结构设计越来越复杂，对地震与建筑结构之间的关系和后果难以预测；高层建筑的设计人员对建筑所在地区地震的特征没有全面的认识和了解，抗震设计方案缺乏灵活性；高层建筑的抗震等级计算不精确，对抗震结构的综合因素考虑不足；我国高层建筑的发展尚处于初级阶段，对高层建筑结构抗震设计的经验不足。

2、高层建筑结构抗风设计

高层建筑由于其高度超出一般性的建筑，风力对其安全和结构稳定性产生的影响也随着高层建筑的高度而增加。当高层建筑周围的出现风力的变化或者空气

的流动效应时，会对高层建筑结构产生静力或者动力的作用，特别在遇到较大的风力等天气变化时所产生的动力，对高层建筑的结构产生很大的荷载，危害较大。高层建筑的抗风设计不合格，会导致风力破坏高层建筑的结构或者是导致高层建筑的墙体出现破裂甚至损坏，因此，抗风设计是高层建筑结构设计的重难点之一。

3、高层建筑结构消防安全设计

近年来，高层建筑的消防安全设计日益受到社会的普遍关注，当前高层建筑结构消防设计存在的主要问题包括高层建筑使用的材料种类较多，一些易燃性的材料造成消防安全隐患；高层建筑的空间限制，导致高层建筑在面对火灾等危害时的疏散问题难以解决，疏散时间长；高层建筑顶端的风力较大，一旦起火容易迅速的蔓延；高层建筑的消防设备和排烟系统设计较难，发生火灾时难以进行地面扑救和及时的排烟，造成很大安全隐患。

三、现代高层建筑设计的结构创新研究

1、高层建筑的平面结构形状和结构布置

高层建筑的结构平面形状和布置选择，需要遵循以下几点：建筑结构平面遵循简单、对称和平面的原则，减少由于不规则所带来的扭曲变形问题；选择板式的平面结构时，因为结构的宽度较小、长度较大，短边方向产生的抗侧移刚度不足，长度较大导致建筑在受到风力或者地震等荷载的作用下，容易产生楼板翘曲或者结构扭转问题；选择塔式的平面结构时，建筑的长宽基本一致，可选择的形式有圆形、多边形、三角形和井字形等。塔式结构长宽两个方向的抗侧移刚度大体一致，建筑结构扭转较小，是高层和超高层建筑采用较多的平面形状。

2、高层建筑结构抗风设计创新

高层建筑结构抗风设计可以通过基础设计、减震设计等措施进行。基础设计既是上文所述的地下室埋深的设计，此外还包含有对基础形式的选择，常见的基础形式包含有柱下独立基础、条形基础、钢筋混凝土筏形基础、箱型基础等，需要根据实际情况进行选择。减震系统的设计主要是用来吸收高层建筑所受到的风力荷载，其时要措施是，在高层建筑的顶端非承重结构设计时，采用梁柱、楼板、耗能支撑或者剪力墙等结构，减少风力对建筑物产生的荷载；采用阻尼结构设计实现风力的吸收，较为典型的为台北101高层建筑所采用的阻尼设计，减震效果较好。

3、高层建筑结构抗震设计创新

高层建筑的抗震设计需要做好以下四点：一是优化抗侧力构建设计，抗侧力构件是保证高层建筑受到地震作用时平面对称状态的关键，因此，根据高层建筑所处地区的地震特性，对抗侧力构建设计进行规范，通过科学实验等设计抗侧力构建的位置，以实现较好的承载力分布体系，加强对高层建筑垂直方向的的抗侧力设计，提高构建刚性强度，保证承载体系的稳定性和连续性。二是进行地基的

抗震优化，地基沉降是地震时对高层建筑产生巨大破坏的关键原因，做好地基的抗震优化设计，需要增加基础的埋深设计和形式选择设计，注意基础与建筑上部结构的重心一直和关联性，对平面设计进行优化，进行分割设计解决上部建筑物由于结构形状所带来的差异性。三是剪力墙的优化设计，主要通过对剪力墙的刚度进行加强以满足对建筑水平方向位移的有效控制。四是建筑结构受力构件的优化设计，一般通过简单化设计和对称设计，保证其刚性和稳定性，利用扶墙的的优化设计，加强高层建筑结构底部的防震等级，达到一级或者二级防震的要求。

4、高层建筑结构消防设计创新

高层建筑消防是保证业主生命和财产安全的重要措施，是高层建筑结构设计必须考虑的问题。创新高层建筑的消防结构设计，需要通过控制防火结构件的距离、加强消防疏散设计和增加消防分隔结构设计来实现。首先，是控制防火结构间距，建筑由于结构设计和火灾承载能力的不同，需要对防火结构间距进行实际的计算，此外，还要减少可燃材料的使用和优化排烟系统设计，实现防火性能的提高。其次，优化对高层建筑疏散系统的设计。人员疏散一直以来是高层建筑防火设计的难点问题，因为其呈垂直状态的疏散系统导致疏散时间过长，烟雾向上流动的问题也对疏散造成很大的困难。对其进行优化，可以选择设计双向的疏散体系，加强防烟区和避难层或避难室的设计。最后，加强对分隔结构的设计，良好的分隔结构可以有效的抑制火灾的蔓延，为疏散逃生提供必要的时间。分隔结构设计可以通过改善楼板的垂直设计、单位墙的水平设计优化和分隔层的设计来有效的实现。

四、总结

综上所述，高层建筑结构的设计是一个系统而复杂的工作，需要解决高层建筑所带来的各个方面的问题。这就要求高层建筑结构设计者不仅需要具备扎实的专业理论知识，还要具有丰富的实践经验和严谨认真的工作态度，不断的对高层建筑的结构设计进行创新和优化，充分发挥高层建筑结构设计对高层建筑发展的促进作用，实现现代城市建设的快速、健康发展。

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