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摘 要：随着国民经济的逐步提高,人们对建筑结构设计提出了更高的要求.本文结合高层建筑结构设计的原则,分析了高层建筑结构设计的特点及与之相关的问题.

关 键 词：高层建筑；结构设计；结构延性；问题

引言

由于城市工业化、商业化进程的不断推进,城市居住人口迅速膨胀,加剧了城市用地紧张程度,使得城市建筑开始从原来的多层逐渐发展为高层.高层建筑越来越多地出现在人们的生活中,追求完美的建筑结构设计师为满足建筑功能及美观要求,建筑结构设计使用的材料、力学分析等日趋复杂.总的来说,优秀的高层建筑结构设计,一方面需考虑建筑整体结构体系的经济性及适用性,另一方面,还需全面考虑建筑的抗震性能.

1高层建筑结构设计原则分析

（1）保证计算简图选用合理.计算简图是结构计算的基础,它对于保证整个建筑结构安全有重要作用,若选择计算简图过于粗糙,这不仅会造成结构计算的误差过大,而且还会整个建筑结构安全带来很大的隐患.因此,应重视计算简图的选用,尽量选择误差范围最小的计算简图.应该有对应的构造措施保证计算简图的准确性.实际结构的节点与计算简图之间的误差应该在允许的范围之内.

（2）基础方案需综合分析.对基础方案进行设计,为保证设计方案经济合理,需对影响建筑工程基础施工的各种因素进行详细分析,如工程地质条件,上部结构类型,荷载分布等.基础设计时应尽可能地依托工程地基的本身基础,若有必要,可对地基的变形特征作深入测算.基础方案需配备详细的工程地质勘察报告,若缺失地质报告,可借阅周围建筑勘察资料或者进行现场查看.

（3）结构方案经济、可行.结构方案应该保证经济合理,结构形式及结构体系需切实可行.合理的结构方案应满足结构体系受力明确,传力简捷.不同的结构体系最好不要用于同一的单元结构,对于地震多发区高层建筑需遵循平面及竖向规则.总之,合理的结构方案应该建立在对工程设计要求、施工条件、地理环境等深入,全面分析基础之上,结构方案的选择应慎重,最好根据多种方案进行择优选择.

（4）仔细校验计算结果.由于计算机技术广泛地应用于结构设计中,并且辅助结构设计的软件众多,可能会带来计算结果上的差异.因此,结构设计师需对各种结构设计辅助软件的适用范围进行分析,以保证结构设计的数据的准确性.对于最终的结果,设计人员也需结合工程的实际情况,仔细校验,判断有无人为错误数据输入情况出现,这有利于做出合理的判断.

2高层建筑结构设计特点探讨

（1）水平荷载是设计需考虑的重要因素.在对低层以及多层房屋结构设计时,往往需重点把握以重力为代表的竖向荷载.但是,在高层建筑结构设计中,竖向荷载仅是其结构设计时需考虑的一个方面,但是更多的需考虑水平荷载,并且水平荷载在整个高层建筑结构设计中起着决定性作用.这是由于高层建筑与低层、多层建筑之间的受力特点会有较大不同.低层建筑与多层建筑中,建筑自重与楼面使用荷载因竖向构件所引起的轴力和弯矩量,与建筑的高度仅满足一次方正比关系,而高层建筑更多的是受水平荷载产生的倾覆力矩以及在竖向构件中所引起的轴力,这种类型力矩及轴力与建筑高度的两次方成正比关系.从另外一个方面来说,某一定高度的建筑,竖向荷载可以简化为固定数值,而水平荷载则会由于风荷载及地震的作用,数值产生较大的变化.

（2）与低层、多层建筑相比,抗震性能要求较高.高层建筑结构设计时,不仅要满足重力作用的竖向荷载,而且还需满足来自水平方向的风荷载,地震作用.高层建筑结构需具备较好的抗震性能,在地震过程中,要保证高层建筑小震不坏、大震不倒.

（3）设计时需重点关注轴向变形.由于高层建筑中的竖向荷载数值较大,这会导致柱中发生较大的轴向变形,从而会影响连续梁弯矩,引起连续梁中间支座处的负弯矩值降低.不仅如此,轴向变形还可能会对预制构件的下料长度产生作用,因此,需对下料长度按照合理计算范围进行适当地调整.

（4）高层建筑结构需具备较高的结构延性.结构延性是重要设计指标.与低层建筑及多层建筑相比,高层建筑需更具有好的结构延性.在地震作用下,高层建筑的水平荷载会增加很多,水平方向会出现晃动、变形.若建筑的结构延性较差,则会在突增的水平荷载下倒塌.因此,为了使结构进入塑性变形阶段后依然具备较好的变形能力,需对高层建筑构造设置合理的措施,以保证高层建筑具备足够的结构延性,防止缺乏延性而倒塌.

3提升高层建筑关键部位的结构延性

增强高层建筑结构的结构延性,是提高建筑抗震性能的关键.但是在实际抗震设计,若想对建筑中的所有构建均采用措施加强其结构延性,这无疑增加了大量的成本,使得建筑不具备经济性.因此,在抗震设计操作时,常常会选择高层建筑结构中的重要部位,并仅加强这些重点部位进行结构延性.

常见的几种高层建筑有：第一,竖向刚度分布均匀、结构较简单的高层建筑；第二,底盘较大的高层建筑；第三,框支结构高层建筑；第四,较多不规则立面的高层建筑.这几种高层建筑的重点延性加强部位有所区别.第一种高层建筑需重点加强底部构件的延性；第二种高层建筑则需加强主楼和裙楼屋面相衔接处构件的延性；第三种高层建筑则是需重点提高底层的延性；最后一种高层建筑则需重点关注形体突变处构件的延性.

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4高层建筑结构设计可能存在的问题

（1）设计中出现的超高现象.根据抗震规范的规定,高层建筑结构的总高度有非常严格的限制.特别是在新规范中,为了限制以前的超高现象,在更改原来的限制高度为A级高度后,还特别加设了B级高度,而且设计方式以及处理措施均发生了很大变化.某些设计单位在实际建筑工程项目设计时,由于忽略了结构类型的变更问题,从而导致施工图审查时无法得到通过,甚至需对工程项目进行重新设计,这不仅延误了工期,而且对工程项目的整体规划影响也较为巨大.

（2）减少短肢剪力墙的应用.从有关实验数据以及实际经验可以看出,短肢剪力墙应用于高层建筑,虽然可以隐藏梁柱结构,但是却降低了高层建筑的抗震性能.因此,高层建筑采用短肢剪力墙体系,需受到许多限制,所以,结构设计师在对高层建筑进行设计时,应尽量地不要采用或者少采用短肢剪力墙,以减少后期设计造成的可能麻烦.

（3）嵌固端的设置位置.因为在高层建筑中一般都会设置地下室以及人防,因此,嵌固端设置的位置可能是地下室顶板,也有可能是人防顶板.但是,建筑结构设计师常常不注重嵌固端设置而引起的多方面变化,例如,嵌固端楼板的设计,嵌固端上下层刚度比限制等问题,如果在设计时忽视嵌固端的设置问题,都可能会造成建筑后期设计工作带来巨大工作量,甚至会导致安全隐患的发生.

（4）结构规则需符合规范.与旧规范相比,新规范对于建筑结构规则的设计进行了较大的改动,并对该方面的相关要求等添加了许多限制条件,比如,对平面规则要求、嵌固端上下层刚度比等信息均作了详细的规定.所以,为避免给