试论高层建筑结构的分析与设计

试论高层建筑结构的分析与设计

柯勇

柯勇中国水利水电第二工程局有限公司100045

【摘要】随着社会经济的发展和城市人口的逐渐增多，高层建筑在城市建设中不断发展起来，它不仅标志着建筑技术的进步，也代表了城市的工商业发展水平。但是高层建筑工程的施工周期较长、投资也相对较大，因此高层建筑的结构优化设计工作就显得尤为重要。但是由于高层建筑的设计变量以及计算量庞大而复杂等因素，高层建筑的结构优化设计工作并没有得到广泛有效的开展。本文研究了高层建筑结构设计的发展，探讨了高层建筑结构设计的原则，并结合实际分析了高层建筑结构设计的各个体系。

【关键词】高层建筑，结构设计，设计特点

一、高层建筑结构设计的发展

一是钢筋混凝土逐渐得到重视。与通常采用的钢结构比起来，运用钢筋混凝土结构可以让建筑的舒适度更好，而且更加耐腐蚀和高温，维护起来也更加方便。而且在钢铁业相对发达的国家，钢筋混凝土的造价相对钢结构来说也偏低。在我国的很多高层建筑中都很少使用钢结构而是使用技术更加成熟的轻混凝土、钢管混凝土和型钢混凝土等，加上各种混凝土增强材料的技术发展也给钢筋混凝土的重新崛起带来了机遇。

二是组合结构的发展加快。运用组合结构可以建造更高的建筑，而且还能够节约钢材，让工程造价再次降低。可以根据实际情况利用组合结构代替钢筋混凝土结构，其科技含量也大大提高，对环境的再次污染也有效降低，这种组合结构如今已经应用于很多高层建筑，而且逐渐向桥梁工程和超高层建筑的结构设计中发展。

三是很多新型结构不断被运用到高层建筑的结构设计中。高层建筑的传统结构体系有框架、剪力墙和支撑体系，而按照筒体组成方式的不同可以分为三种体系：框筒、筒中筒、多束筒体系。空间受力性能是筒体主要的受力特点，不管任何一种筒体，其在水平力的作用下都可以视为固定在基础上的箱型悬臂构件，相对于单片平面结构来说这种筒体具有更大的承载力和扭刚度。因此在层数较高的建筑中这种筒体被多次采用，而上个世纪八十年代开始发展的诸如巨形框架结构、隔震结构等都已经广泛的运用。

四是智能建筑的发展日益加快。建筑技术的发展与新兴技术产业的发展相结合催生了智能建筑产生，其在高层建筑中拥有广阔的运用前景。智能建筑的构成必须具备三个系统，设备管理自动化系统、通讯网络系统和办公自动化系统，并加上现代4C技术组成智能建筑结构，为人们提供一个舒适安全的生活、工作环境。

二、高层建筑结构设计的原则

（一）选择合适的计算简图

结构计算需要在计算简图上进行的，如果不能合理的选择计算简图常常会造成安全事故的发生，因此选择合适的计算简图是结构安全得以保证的前提条件。同时计算简图还必须有相应的构造措施进行保证，计算简图的误差也必须控制在一定的范围之间。

（二）合理的选择基础方案

在进行基础设计时，必须考虑到多种因素，综合进行分析，如地质条件、相邻建筑物的影响、施工条件等。要选择合理的基础方案，进行结构设计时尽可能的让地基的潜力得到发挥，有时候还应该进行地基变形验算。一般情况下，相同结构单元一般不宜使用两种不同的方案。

（三）科学的选择结构方案

合理的设计必须要有一个科学的结构方案，即选择一个有效可行的结构体系。通常结构体系应该具有受力明确，传力简捷的特点。总之，选择科学的结构方案之前要对建筑工程的材料、地理环境、施工要求进行综合的分析，根据情况制定出多种方案，并在这个基础上选择确定结构方案。

（四）正确分析计算结果

在高层建筑的结构设计中通常会运用到计算机技术，但是如今的结构设计软件种类很多，不同的软件在计算时往往会产生不同的结果。因此设计人员在对软件程序的选择上要全面了解，在利用计算机进行辅助作业时要尽量避免人工错误，让结构实际情况和程序相符合，并认真仔细的进行分析，作出科学的判断。

三、高层建筑结构设计体系

（一）剪力墙的结构体系

高层建筑的剪力墙结构体系，主要指的是运用平面剪力墙构件的主体受力结构。在这种结构体系中，全部水平作用力和垂直荷载都集中在单片剪力墙，这种结构体系主要以刚性结构为主，它具有很高的刚度，位移曲线一般为弯曲形态。高层建筑中采用这种结构体系可以让整体的传力均匀，其较强的延展性也提高了整体的稳定性。

（二）框架的结构体系

在高层建筑中采用框架结构体系，一般是运用柱体和梁架组成平面框架，让它作为主要的承重结构，通过与梁进行连接可以让平面框架组成一个整体性的空间结构体系。采用框架式的结构体系可以让高层建筑的内平面得以灵活控制，以便设计空间较大的房间；根据实际需要还可以对其进行隔断，让大的平面空间分隔成为小居室，以满足建筑的实用性需求。需要注意的问题是，框架结构的刚度小，抗侧力能力较剪力墙结构来说较差，遇到地震等水平荷载的力时通常会发生大的位移，因此在高度超过15层的建筑一般很少采用这种结构体系，而15层以下的建筑可以运用这种体系来满足建筑经济性和安全性的协调。

（三）筒体的结构体系

筒体结构体系主要是将抗侧力构件变为筒体结构。在高层建筑的结构设计中使用筒体构件，一般分为空腹和实腹两种。空腹筒构件一般是由几种组合方式构成的，如密排柱、开孔的钢筋混凝土外墙等；而实腹筒则是通过曲面墙与平面墙组成的结构单体。筒体结构的强度和刚度与剪力墙结构相当，其中的构件受力也较为均匀，它不仅具有很好的抗震性，而且对空间跨度大的建筑来说非常适用，因此普遍用于超高层建筑的结构设计中。

四、结语

最近几年来我国社会经济突飞猛进的发展，城市建筑的功能也朝着多样化的趋势迈进，加之城市人口的不断上升和建设用地的日益减少，让高层建筑在城市中迅速的发展起来。特别是最近一段时间我国的高层建筑发展步伐非常快速，但是从高层建筑的设计质量上来说并不是特别另人满意，在对高层建筑进行结构设计时，很多设计人员只把工作重心放在结构计算的准确性上，而对结构设计方案的实际执行情况置之不理，因此广大设计人员应该依照实际情况进行分析处理，运用掌握的知识对建筑设计中遇到的问题进行科学的处理，制定出合理的结构方案，保证高层建筑项目施工顺利进行。

【参考文献】

[1]王伟光，李振国.高层建筑结构设计问题探讨[J].工程科技.2011（07）：P298.

[2]陈俊帆.谈高层建筑结构设计[J].建筑科学.2012（02）：P141.