浅谈高层建筑结构的特点与设计要点

浅谈高层建筑结构的特点与设计要点

孟雪

天津华兴勘察设计有限公司天津市300143

摘要：随着我国经济的飞速发展，高层建筑已经成为城市发展中的重要工程之一，而人们对高层房屋建筑质量的要求提出了越来越高的要求。本文将从高层建筑结构的设计特点出发，简单分析高层房屋建筑结构设计要点，旨在对高层房屋建筑提供帮助。

关键词：高层建筑结构;特点;设计要点引言近年来，随着我国国民经济的稳固增长。人们对建筑的要求也提出了更高的要求。又因我国城市建设力度的不断加大，使得城市土地资源逐渐紧张，因此高层建筑建设得到了迅猛发展。本文从高层建筑结构的特点出发，分析了高层建筑结构的设计要点。

1高层建筑的现状

中国的大城市，特别是省会城市和沿海城市，高层建筑得到了快速的发展，高层建筑的数量迅速增加，但高层建筑高层建筑的技术发展不增加，高层建筑施工中的技术问题和安全问题已经暴露，人们逐渐开始注意在高层建筑施工的安全问题，各种地理条件、自然条件的变化，这将影响高层建筑施工技术管理质量。而且有些开发商通过建筑的高度彰显实力，建筑高度成为追求目标。因此，我们要强化对高层建筑的施工技术的重视，保证施工人员和住房人员的安全。

2高层建筑结构的特点

2.1水平载荷成为决定因素

任何一个建筑结构都要同时承受竖向荷载和风等因素产生的水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力。在多层建筑中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计，水平荷载产生的内力和位移很小，对结构的影响也就较小；但在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响，水平荷载却起着决定性的作用。

2.2建筑侧向位移

高层房屋建筑由于自身的高度，导致其在水平荷载作用下产生的侧向位移随着高度的增加而不断增大。因此，在设计的过程中应当注重侧向位移所产生的影响，一方面要有足够的抗侧刚度能力，另一方面对其产生的位移进行有效控制，若是在最高层的侧向位移超出了允许的范围，则需要对设计进行改进，使其在允许的位移范围内，这样才能够保证建筑的整体质量。

2.3轴向变形不容忽视

通常在多层建筑结构分析中，轴向变形只考虑弯矩项，因为轴力项影响很小，而剪切项一般可不考虑。但对于高层建筑结构，情况就不同了。由于层数多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变。

3高层建筑结构的设计要点

3.1地基基础设计

地基是整个高层房屋建设的基础部分，在设计的过程中应当给予极大重视。不同的地区建筑环境和条件都不同，因此，在设计前对整个建筑周边的环境及地址情况进行深入了解是非常必要的。①设计师们应当对工程施工现场的地址情况进行详细了解，包括地貌、地质、水位情况等，并对所得到的数据进行整理和分析，以便保证建筑在使用的过程中不会出现沉降现象，对人们的人身安全造成影响。②考虑施工的过程中是否会对周围的环境和建筑造成影响，保证其在使用的过程中不会发生倾斜的现象，同时，要对周边的生态环境进行深入了解，保证施工的过程中不会对生态环境造成大规模的破坏。③对建筑周边的建筑物以及地下设施进行标注，保证施工过程不会对其产生破坏影响，进而使施工环节能够科学合理地展开。

3.2充分考虑结构抗震性能

在罕遇地震作用下，抗震结构都会部分进入塑性状态。为了满足大震作用下结构的功能要求，有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势，是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计，结构弹塑性分析成为抗震设计的必要组成部分。在我国高层建筑的抗震分析与设计中常见的问题有以下几种：首先是高度问题，对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围；其次是材料选用和结构体系的问题，在高层建筑中，我国150m以上的建筑，采用的三种主要结构体系:框一筒、筒中筒和框架一支撑，这些也是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外特别在地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90%。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外都还没有经受较大地震作用的考验。根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工制造能力，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。第三是轴压比与短柱问题，在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。

3.3高层建筑结构设计的位称限值

在结构整体计算的输出结果中，结构的侧移（包括层间位移和顶点位移）是一个重要的衡量标准，其数值大小从一个侧面反映出结构的整体刚度是否合适，过大或过小都说明结构刚度过小或过大（或者体现结构两个主轴方向的刚度是否均衡），以致要引起设计者对其中的结构体系选择、结构的竖向及平面布置合理性的再思考。现行规范中将顶点位移与层间位移并重对待，经实践探索并参照国外经验，得出的结论为：高层建筑尤其是超高层建筑，顶点位移限值决定的不仅是其数值大小而且还有其振动频率，人的舒适感觉与振动频率有关而与振动幅度（绝对位移）关系不大，即摆动频率不太高时就可满足人们的舒适度；其次，防止结构由于变形过大而可能遭受损坏或破坏的控制因素是层间相对位移，而其限值在现行规范中似偏严，可予放松。

3.4结构体系设计

高层房屋建筑结构体系对整个房屋的安全性产生直接影响，良好稳定的结构体系是房屋质量的保障。①框架———剪力墙、剪力墙结构非常具有实用性，其不仅能够承担垂直方向的荷载，还能够抵抗水平力，因此，框架———剪力墙、剪力墙在房屋建筑中得到广泛使用。在通常情况下，房屋的内外墙都会以实体的钢筋混凝土结构为主，剪力墙的面积较大，且在楼盖的支撑下具有加大的侧向刚度，在实际应用中不会发生较大的侧移量，因此，从实际情况来看，剪力墙的使用对于高层建筑非常合适。但是剪力墙自身也有一定的缺点，由于其是刚性结构，一旦发生地震，则地震波会完全作用在剪力墙上，若是在施工过程中没有处理好剪力墙部分，则会在地震中对房屋建筑造成大范围的破坏。②筒体体系也是高层建筑中较为常见的结构体系设计，该体系是一种空间上的受力构件，根据实际用途可以将其分为实腹筒和空腹筒两种。该体系本身具有非常好的刚度和强度，体系中各个构件之间所承受的荷载也非常均匀合理，抗风能力以及抗震能力较强，在高层房屋建筑中被广泛使用。综合上述内容，设计师应当掌握好三种结构体系的优点和缺点，并结合建筑地的实际情况选择合适的结构体系，提供更加适合人们生活的居住环境。

结语

随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以快速发展。另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展，抗风和抗震理论的不断完善，加之新的施工技术和设备的不断涌现，特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。

参考文献:

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