高层建筑结构设计特点及问题

高层建筑结构设计的特点及问题探讨
摘要：随着社会经济的发展，城市化进程的加快，高层建筑逐渐成为城市建设的主体，但在建筑市场中，建筑结构设计发生着变化，尤其在高层建筑中建设结构设计成为了影响建筑物养护、建设的重要组成部分。

本文主要分析了高层建筑结构的特点，阐述了高层建设结构设计中出现的问题，提出了相应的解决措施。

关键词：高层建筑；结构设计；问题与对策
高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。

建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的数量口渐增多，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。

面对如此形势，应该把高层建筑的结构设计放在首位加以研究。

1、高层建筑的结构设计特点
1.1 轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测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。

1.2 水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑楼房自重和
楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑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变化。

1.3 建筑设计中的侧移幅度：在高层建筑的设计过程中，建筑结构产生侧移的问题是高层建筑结构设计的关键要素，随着高层建筑的高度不断增加，其水平荷载能力也在随之变化，建筑物结构侧移的幅度迅速增大，为了确保高层建筑的质量安全，必须把建筑结构水平载荷下的侧移幅度设计控制在一定限度之内。

1.4 结构延性是重要设计指标：对于高层建筑物来说，它相对于一些较低的建筑物有更为柔和的建筑结构，在一些突发的震动情况下会产生较大的变形。

为了使建筑结构在塑性变形后仍然具有良好的变形能力，避免出现建筑倒塌，我们在建筑设计时要采取一定的措施，以保证高层建筑的结构具有适合的延性。

2 高层建筑结构设计中的问题
2.1 高层建筑结构设计中的扭转问题。

建筑结构的刚度中心、几何形心、结构重心称为建筑三心。

在进行结构设计时要求建筑三心应尽可能地汇于一点，也就是三心合一。

建筑结构的扭转问题是指在进行结构设计过程中未能做到三心合一。

建筑物在水平压力作用下结构产生扭转振动的现象。

为了避免建筑物因水平荷载作用而导
致的扭转性破坏。

设计人员在进行高层建筑设计时候应选择合理的平面布局和结构形式，尽可能地使高层建筑物做到三心合一。

2.2 高层建筑结构受力性能问题。

对于一个建筑物来说，对于最初的方案设计，建筑设计师考虑更多的是其空间组成特点，而并非详细地确定建筑物的具体结构。

高层建筑结构的重力总是向下作用于地面的。

因此高层建筑设计的一个基本要求就是要弄清楚设计师所选择的结构体系中，向下的作用力和地基的承载力之间的相应关系。

因此，在高层建筑设计的方案选择阶段，就需要对主要的承重墙和承重柱的布局和数量进行总体上的设想。

2.3 短肢剪力墙的设置问题。

在新的建筑规范中，把那些墙肢截面高厚比为5～8的墙体定义为短肢剪力墙。

根据实际的施工经验和实验数据，目前的建筑规范对短肢剪力墙在高层建筑中的使用增加了很多的限制规则。

因此，在高层建筑设计中，设计工程师应该尽可能地少采用或不使用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作带来一些不必要的麻烦。

2.4 高层建筑结构的超高问题。

一般来说，建筑抗震设计规范、建筑设计规范、建筑防火设计规范，高层以及超高层结构体系对于高层建筑的划分都还没有一个统一规定。

一般认为建筑的总高度超过24m就属于高层建筑，建筑的总高度超过100m则为超高层建筑。

在建筑物高度规范和抗震规范中，都对建筑结构的高度有着严格的要求和限制。

但是在实际的建筑工程设计中，往往会出现过由于结构类型的变更而忽略该问题的情况，从而导致施工图在审查时未能
通过。

这时就必须重新进行设计或者需要开专家会议来对设计方案进行论证，这些情况对于建筑工程造价、工期、成本等整体规划的影响相当大。

2.5 建筑物嵌固端的设置问题。

由于那些高层建筑一般都是带有二层甚至二层以上的地下室和人防地下工程，所以，嵌固端有可能设置在地下结构的顶板位置，也有可能会设置在人防顶板等位置。

因此，在嵌固端这个问题上，高层建筑结构设计工程师往往会忽视由嵌固端的设置不当而带来的一系列需要注意的问题。

而忽略其中任何一个方面的问题都有可能导致后期设计工作的大量修改内容或者给建筑物埋下安全隐患，降低居住舒适度。

2.6 建筑材料的选用和结构问题。

通常情况下，在地震多发的一些地区，工程技术人员对采用何种建筑材料或建筑结构体系的问题都非常的重视。

在我国，150m以上的建筑物主要采用框一筒、筒中筒和框架一来支撑三种常用的建筑结构体系。

这三种建筑结构体系在其他国家的高层建筑中已经被普遍采用。

在国外的地震多发地区，高层建筑物主要以钢结构为主，而在中国，建筑物有将近90%的比例是钢筋混凝土结构或其他沙石混合结构。

在混合结构的钢筋混凝土内筒部位，通常要承受80%～90%的地震作用剪力，这种情况对建筑物来说是十分危险的。

在结构设计中，由于建筑结构是以钢筋混凝土核心筒为主，所以对建筑材料的变形控制要考虑钢筋混凝土结构的位移。

由于钢筋混凝土结构的弯曲变形侧移幅度较大，如果我们只采用刚度很小的钢架来减少侧移，效果并不明显，而且还
会增加钢结构的承载能力。

有时会采取加大混凝土内筒的刚度和设置伸臂结构等方法以达到满足规范侧移限制的标准。

所以，在高层建筑材料的选用方面，根据我国现有建筑市场上的钢材类型、品种和有关钢结构的加工制造能力，建议在高层建筑中尽可能采用钢管混凝土结构或钢结构、钢骨混凝土结构，以达到改善高层建筑结构的抗震性的目的。

钢骨（钢管）混凝土通常作为高层建筑的首选建材，这是由它的坚固和稳定性能决定的。

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。

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