浅谈高层建筑结构设计

浅谈高层建筑结构设计
摘要：本文围绕高层建筑结构，总结了高层建筑结构设计的特点以及提出了高层建筑结构分析和各种体系相对应的方法，阐述了高层建筑结构的分析研究以及存在的问题，为实际高层建筑结构分析与设计提了一些建议。

关键词：高层建筑结构结构体系问题
随着社会和经济的蓬勃发展，特别是城市建设的发展，城市中的高层建筑成为反映这个城市经济繁荣和社会进步的重要标志，这就要求建筑物所能达到的高度和规模不断地增加。

本文就高层建筑结构设计等问题做出分析。

1、高层建筑结构的特点
(1)结构延性至关重要。

相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。

为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

(2)侧移是控制的度量尺。

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。

(3)水平荷载的决定性作用。

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；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。

(4)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(5)抗震设计要求。

抗震设计要求更高有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

2、高层建筑结构体系
(1)框架---剪力墙结构体系。

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。

(2)框架结构。

框架结构由杆件(梁、柱)刚性连结而成，它布置灵活，能形成较大的室内空间，使用比较方便。

由于框架梁柱截面较小、对强烈地震的抵抗能力较差，容易产生严重震害，加之刚度小、侧移大，填充砌体墙和室内装饰也容易损坏、倒塌，震害修复费用很高，因而它主要用于无抗震设防要求、层数较少的建筑中，在地震区尽可能不用。

(3)剪力墙结构。

剪力墙结构是在纵横方向均布置钢筋混凝土墙体来承受竖向力和水平力，这些墙体与楼板连结成空间整体结构，刚度大，抗震能力强，用钢量也省。

(4)筒体结构。

当结构层数多、高度大、抗震要求高时，常规三种结构型式往往不能满足要求，这
种情况下，可以将剪力墙集中配置为薄壁筒体；框架转化为密柱的框筒，它们类似于竖向悬臂箱形截面梁，具有很大的强度和刚度。

这种由一个或多个筒体(薄壁筒或框筒)来承受水平荷载的结构，称为筒体结构。

(5)其他。

除上述四种常用结构外，高层建筑还采用一些较新颖的结构型式，如悬挂结构、超级框架等，这里就不一一概述了。

3、高层建筑结构设计方面的分析和方法
3.1高层建筑结构的相关问题分析
(1)结构的超高问题：在抗震规范和高规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为 A 级高度以为，增加了 B 级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。

(2)短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8 的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

(3)嵌固端的设置问题：由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面。

(4)结构的规则性问题：新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。

”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

3.2高层建筑设计的方法
(1)选用适当的计算简图：结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。

(2)选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。

(3)合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。

结构系应受力明确，传力简捷。

同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。

(4)正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。

因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。

在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

(5)采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。

4、结语
近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。

但从设计质量方面来看，并不理想。

在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。

高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。

参考文献
[1]梅元臣.中国高层建筑创作理论发展研究讨论会.
[2]田龙.浅谈高层建筑的结构设计.。