对于城市高层建筑结构设计的要点分析

对于城市高层建筑结构设计的要点分析

摘要：建筑设计直接关系到建筑质量，同时也关系到建筑行业的发展和未来，在人们对建筑要求越来越强烈的背景下，未来满足人们的需求，必须对建筑结构的设计工作进行全面的掌控。高层建筑是建筑未来的主体形式，要做好高层建筑的设计，应该以结构设计为立足点，使高层建筑结构设计在满足功能和质量的前提下，实现对客户安全和需要的尽量满足，形成结构、外形适于消费者需要的高层建筑设计，确保建筑行业经济和社会效益最大化的实现。本文笔者对城市高层建筑结构设计的要点进行了探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。

关键词：城市高层建筑结构设计要点

前言：由于城市土地面积的有限性，建设高层建筑已经成为提高土地综合利用率的重要手段。随着技术手段的不断进步，建筑的高度纪录被不断刷新。但随着建筑高度的提升，人们对高层建筑防震防风等安全性的要求也相应提高.本文将针对这些问题，对高层建筑的结构设计入手进行一些浅谈。

一、高层建筑结构设计的要点

与多层建筑相比，高层建筑的技术难度更大。一个成功的结构设计，应该是在保证安全的前提下，最大限度的降低工程造价和提高建筑内部的空间利用率。较之多层建筑，高层建筑对于防震、防风、设备安装等方面的技术要求很高，如果结构形式不当，一方面可能抬高建筑的造价成本，损害建筑内部的空间利用率，另一方面更严重的甚至会影响整个建筑的安全。目前，我国的很多高层建筑存在体形不规则、抗震防风措施不完善、结构布局不合理等问题，因此，探讨高层建筑的结构设计改良显得更为重要。

1.结构形式。

现在的高层建筑设计，通常采用钢结构和钢筋混凝土结构两种形式。钢筋混凝土结构造价较低，材料来源丰富，能浇注成各种复杂断面形状，可组成多种结构体系，耐久性好，防火性高。如果通过合理设计，其负载型也很高，抗震性能较好。但它也有构件断面大、自重大等缺点。钢结构具有强度高，韧性大，结构断面小，自重轻，抗震性能好的优点。而且钢结构构件可在工厂加工，从而有效的缩短现场施工工期。但它也有缺点，如构件用钢量大，造价很高，而且钢结构防火性能差，需要用大量防火涂料，增加了成本和施工周期。相比较而言，在西方国家，钢结构在高层建筑上的应用率更高。而在我国，钢筋混凝土结构及混合结构占了主导。

2.荷载和高度。

建筑高度越高，其相应的防震、防风等安全性要求就越高。建筑设计的首要前提就是要保证建筑的安全性。相对于多层建筑，在高层建筑中的设计中，水平荷载力发挥的作用更大。高层建筑自身所产生的重量产生的内力只与其高度的一

次方成正比，而由其水平荷载力对结构产生的力量，与建筑高度的两次方成正比。其中水平荷载力主要包含地震及风荷载作用，荷载力的大小与结构的动力性质有关，是高层设计中必须注意的事情。尤其是在地震中，水平荷载力对建筑产生的力量远远大于垂直荷载力产生的力量，因此，越高的建筑，对荷载力的计算就越要精确，从而保证安全。高层建筑的抗震规范对建筑结构的总体高度有严格规定，尤其在新规范中对超高问题较为重视，除了将原有对高度的限制设为A级高度的建筑外，还增加了对B级高度建筑的规定，所以在具体的结构设计中必须对建筑超高问题加以注意，一旦建筑高度超过了规定的等级，必须对相应的设计进行调整。如果忽略这个问题，一方面可能导致图纸的审核不过，另外也会给建筑施工带来不安全的隐患。

二、高层建筑的结构体系

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。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。

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.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。

三、高层建筑设计中应注意的问题

1.基础类型的选择。

高层建筑在进行结构设计时，需要第一位考虑的应该是安全因素。而安全最起点的因素就是基础类型的选择。地基基础是高层建筑的根基，也是建筑中最重要的组成部分，是建筑安全的保障。如果建筑没有坚实的地基，即使再好再美的上部结构，再先进的建筑方法，也只能打造一个空架，影响建筑安全。合理选择结构设计方案在高层建筑工程结构设计中显得尤为重要。一般高层建筑基础类型的选择较复杂，甚至比上部结构的选型更难，由于高层建筑地基的影响因素诸多，因此要慎重选择。高层建筑的基础类型应根据地基的性质、载荷特性、结构类型及施工条件等综合因素加以考虑。有些高层建筑由于埋置深度的要求，还需要设置地下室，而地基的合理选型，也会对地下室设计的实用性、经济性等产生影响。因此在高层建筑的基础选型过程中，应制定多个方案以便选择最经济、安全的类型。

2.结构形式的选取。

目前，我国高层建筑的结构优化设计大幅落后于理论的发展。虽然现在计算机技术能够帮助结构设计人员进行一些常规的计算，大大增加了结构设计的效率和精确度，但是，由于建筑工程结构面临的约束条件很多，高层建筑的结构设计优化依然很难。很多结构设计人员认为设计只要符合建筑规范，计算精确即可，但在现实中，设计方案却经常因工程施工的具体情况而做出调整和改动。目前，现有的两种结构形式各有利弊，在选用中必须考虑建筑所处的具体地理环境，同时也要兼顾建筑的用途。目前来看，我国的钢结构制造能力处于提升过程中，虽然钢结构技术在西方已经比较成熟，但是也不能迷信，尤其是在防火上，采用钢结构的高层建筑必须充分考虑到火灾的影响。应该妥善的对钢筋混凝土结构、钢结构等形式加以有机结合，确定最优的解决方案。

结束语：

近些年来，我国的高层建筑的建设可谓突飞猛进，规模不可谓不大，很多地方的高层建筑已经成为当地的地标性建筑。高层建筑的发展提高了城市的土地利用率，增加了人们的活动空间，促进了城市更好地发展。但是，我们也必须深刻的认识到，无论技术多成熟，对建筑设计质量的要求不能放松。现在有些设计片面追赶时尚，单纯注重外表的独特性而忽略了建筑结构的稳定性和安全性，必须引起我们的注意。我国现今的建筑理论研究方面还有不足，因此结构设计不应该仅凭脑子想和书中学，而是应该结合实际，在实践中不断的学习和进步。只有这样，才能保证人们的居住安全，促进建筑行业的持续良好发展。

参考文献：

[1]王月红、关杰：高层建筑工程结构设计综合分析，《山西建筑》，2012年11月.

[2]唐小山：对高层建筑结构设计问题的分析，广东科技，2011年1月.

[3]周明：高层建筑选型及结构设计研究，《高新技术企业》，2009年第6期.