谈高层建筑结构设计

谈高层建筑结构设计
摘要：随着我国城市化进程的加快和国民经济的快速发展，人们对生活质量的高标准的追求是新建高层建筑必然趋势。

高层建筑的发展也上了一个新的台阶,出现了许多立面构造新颖别致、层数多、体量大的高层建筑。

既要做到安全适用,又要做到经济合理,这给高层建筑结构设计提出了许多新的课题,这就必然给结构工程们对高层建筑的设计也带来了许多新的课题和更高的挑战。

关键词：高层建筑；结构设计；体系要点
中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：
随着国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，功能俱全的高层建筑越来越多，城市化进程不断加快以及对高层、超高层建筑的结构体系的研究日益完善，使得高层、超高层建筑得迅猛发展。

高层建筑的出现，不仅改变了城市的建筑格局和人们的居住模式，还在一定程度上反映出科学技术与社会经济发展的水平。

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。

高层建筑的承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量和造价高低，与其所采用的结构体系密切相关。

不同的结构体系，适用于不同的层数、高度和功能。

我们只有掌握了建筑结构体系的特点才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用。

本文就高层建筑结构设计的要点进行初步探讨。

1 高层建筑结构体系
1． 1 框架结构
框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体
系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。

框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形成可灵活布置的建筑空间，具有较大的室内空间，使用较方便。

由于框架梁柱截面较小，抗震性能较差，刚度较低，建筑高度受到限制; 剪切型变形，即层间侧移随着层数的增加而减小; 框架结构主要用于不考虑抗震设
防或设防烈度低、层数较少的高层建筑中。

在抗震设防烈度高的建筑中，应用不多。

1． 2 剪力墙结构
剪力墙结构指的是竖向的钢筋混凝土墙板，水平方向仍然是钢筋混凝土的大楼板搭载墙上，这样构成的一个体系，叫剪力墙结构。

剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。

现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求也容易满足; 剪力墙结构体系主要缺点: 主要是剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求。

此外，结构自重往往也较大。

当剪力墙的高宽比较大时，是一个受弯为主的悬臂墙，侧向变形是弯曲型，即层间侧移随着层数的增加而增大。

剪力墙结构在住宅及旅馆建筑中得到广泛应用。

因此这种剪力墙结构适合于建造较高的高层建
筑。

根据施工方法的不同，可以分为: 全部现浇的剪力墙; 全部用预制墙板装配而成的剪力墙; 内墙现浇、外墙为预制装配的剪力墙。

在承受水平力作用时，剪力墙相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。

剪力墙的水平位移由弯曲变形和剪切变形两部分组成。

高层建筑剪力墙结构，以弯曲变形为主，其位移曲线呈弯曲形，特点是结构层间位移随楼层增高而增加。

1． 3 框剪结构
框架—剪力墙结构也称框剪结构，这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，构成灵活自由的使用空间，满足不同建筑功能的要求，同样又有足够的剪力墙，有相当大的刚度，框剪结构的受力特点，是由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式，所以它的框架不同于纯框架结构中的框架，剪力墙在框剪结构中也不同于剪力墙结构中的剪力墙。

框架—剪力墙( 筒体) 结构比框架结构的刚度和承载能力都大大提高了，在地震作用下层间变形减小，因而也就减小了非结构构件(隔墙及外墙) 的损坏，这样无论在非地震区还是地震区，这种结构型式都可用来建造较高的高层建筑，目前在我国得到广泛的应用。

1． 4 筒体结构
筒体结构由框架—剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和发展
而来。

筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。

单个筒体可分为实腹筒、框筒和桁筒。

平面剪力墙组成空间薄壁筒体，即为实腹筒; 框架通过减小肢距，
形成空间密柱框筒，即框筒; 筒壁若用空间桁架组成，则形成桁筒。

实际结构中除烟囱等构筑物外不可能存在单筒结构，而常常以框架—筒体结构、筒中筒结构、多筒体结构和成束筒结构形式出现。

1． 5 巨型结构
巨型结构是由大型构件(巨型梁、巨型柱和巨型支撑)组成的，主结构与常规结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系。

巨型结构一般由两级结构组成。

第一级结构超越楼层划分，形成跨若干楼层的巨梁、巨柱或巨型桁架杆件，以这巨型结构来承受水平力和竖向荷载，楼面作为第二级结构，只承受竖向荷载并将荷载所产生的内力传递到第一级结构上。

常见的巨型结构有巨型框架结构和巨型桁架结构。

不同的结构体系所具有的强度和刚度是不一样的，因而它们适合应用的高度也不同。

一般说来，框架结构适用于高度低，层数少，设防烈度低的情况; 框架—剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求; 在层数很多或设防烈度要求很高时，可用筒体结构。

2 高层建筑结构设计的要点
2． 1 选用适当的计算简图
所谓计算简图就是将构件及支撑按结构力学进行简化，用点、线描述构件受力情况和稳定状况的图形。

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。

计算简图还应有相应的构造措施来保证。

实际结构的节点不可能是纯粹的
铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

2． 2 选择合适的基础方案
结构设计应尽可能地发挥地基的潜力，基础设计要根据工程地质条件，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，必要时应进行地基变形验算。

基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。

通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

2． 3 合理选择结构方案
一个合理的设计就必须要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。

结构体系应受力明确，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。

总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。

2． 4 正确分析计算结果
因不同软件所产生的计算结果可能不同。

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。

2． 5 采取相应的构造措施
一直以来“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件原则”始终贯穿结构设计，操作时要注重构件的延性性能，加强薄弱部位，注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的直线段锚固长度，考虑温度应力的影响力。

3 结论
我国的高层建筑业得到了快速的发展，但是在发展的过程中，我们还是应该遵循高层建筑的设计原则和设计理念，选择最有效的高层建筑结构体系，建设好我国的高层建筑，令其更加符合甚至是超越国际市场上的标准，为我国的高层建筑业谋得更长远的发展。

土地资源的紧缺，必然导致高层建筑将日益增多。

高层建筑的结构设计不仅应保证高层建筑具有足够的安全性，还应保证结构的经济性、合理性。

作为建筑结构设计人员必须不断的提升专业技能，综合考虑设计的各个因素，才能在工作中凸显自我，贡献于社会。