高层建筑结构设计要点研究范文

摘要:随着城市化建设脚步的加快，高层建筑变成了一种趋势。为了保证高层建筑结构的安全性、经济性和可靠性，在建筑结构设计之初就要从各方面来考虑问题。建筑结构的合理性对于整个建筑物的质量和安全性都起到了重要的作用，本文就高层建筑结构设计中概念设计及其高层建筑中常发生的部分问题来进行进一步的探讨。

关键词:高层建筑;结构设计;问题;概念设计

随着经济的迅速发展，受城市化人口的增长与土地使用环境的矛盾，高层建筑逐渐成为了建筑发展一种趋势。房屋结构形式的改变，也使得高层建筑的结构形式也日益复杂。高层建筑的结构形式常采用框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、筒体结构或者框筒结构等不同的结构形式来满足不同类型及不同高层建筑的设计需求，不同类型建筑采用的结构形式也不尽相同。正由于这种多样性，就突出了结构设计中概念设计的重要性。下面就高层建筑在结构设计过程中的概念设计来分析一些在高层建筑结构设计中需要注意的问题。

1高层建筑的定义

通常在建筑结构设计中，我们常把10层及10层以上或高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的的其他高层民用建筑统称为高层建筑。高层建筑在结构设计中与低层建筑、多层建筑相比较而言，其竖向和水平结构体系设计的基本原理还是相同的。但较于低层多层建筑不同的是，在低层多层建筑结构设计中，竖向荷载一般是影响结构体系的主要控制因素，但在高层建筑结构设计过程中，随着建筑高度的增加，虽然竖向荷载仍会对结构设计产生影响，但由于高层建筑整体结构体系会较低层多层建筑而言整体结构刚度偏柔，受到水平力作用如风荷载作用影响较为强烈，在这种情况下，竖向结构体系的设计就成为整个结构实际的主控因素，在高层建筑设计里要注重水平力的作用，保证整体建筑结构的刚性。

2结构设计中概念设计的主要内容

随着社会的发展，建筑空间的使用功能也有些各种类型的需求变化。在高层建筑结构设计中，对于不同类型、不同使用建筑使用功能、不同高度的建筑宜采用不同的与之相对应的适合的结构体系，使得建筑达到安全可靠且较为经济的目的。为了达到这一目的，就需要概念设计先行。在高层建筑结构设计的过程中，概念设计其实是结构工程师根据个人工程经验，在对整体建筑使用功能情况、建筑总高度和建筑所处的地理环境、地质环境有一种较为宏观的把握下提出的与之相对应的较为经济合适的结构体系设计。简而言之，就是根据工程经验对现有建筑环境、地理环境等前提下拟定大致的结构体系布置，为接下来的深化建模后续的设计计算等提供大致思路，起一个指导性的作用。

3结构设计中的注意问题

(1)高层建筑建筑材料选取及建筑平面设计:高层建筑材料建议采用较为轻质的砌体材料作为填充墙的材质，避免因墙体材料荷载过大，对结构构件和基础造成较大的负荷。在建筑设计过程中，也尽量避免平面过于不规则和竖向刚度突变的情况;

(2)结构体系的选取:高层建筑的结构体系与多层、低层建筑的结构体系较为不同。多层低层建筑在建筑结构设计过程中，主要受竖向荷载作用，由于层高较矮，风压对于建筑物结构的影响较小。但高层建筑则不同，由于建筑物高度较高，受水平力影响作用较大。而且，由于现在高层建筑的使用功能五花八门，有时候为了不影响建筑物功能的正常使用，会对结构构件例如柱墙的尺寸有限制，这也为高层建筑结构设计增加了难点，而且高层建筑结构的整体刚性本就相对于多层低层建筑结构偏柔，所以，在高层建筑结构设计中，结构体系的选择显得尤为重要。在高层建筑结构设计的概念设计之初，应根据建筑需求，优先选择结构体系较为规则的，结构平面布置最好是简单规则，减少偏心，且需考虑结构的抗风性以及抗震性，尽量避免刚性突变易产生薄弱层的结构体系。对于有特殊需求的部分在设计中进行调整。由于高层建筑在其正常使用过程中，常伴随着水平力(例如风荷载)的作用，所以在设计之初就要考虑水平力作用对高层建筑结构的影响。在高层建筑结构设计中，尽量保证建筑结构的质量、刚度和承载力的均匀分布，避免因水平力作用而扭转产生扭转振动，使建筑结构遭到破坏，且不宜采用严重不规则的结构平面布置。所以考虑水平力对高层建筑结构的影响，在高层建筑结构设计过程中，尽量将建筑结构的几何形心、刚度中心和结构重心保持一致，结构均匀布置;

(3)对高层建筑结构设计中各构件的要求:

①高层建筑由于高度高，其整体结构的自重也较为笨重，上部结构重力荷载的上升使得整个建设项目中对于建筑基础的要求也更为严苛。这就要求在高层建筑结构设计过程中对于基础的设计选型有着更严格的把控。高层建筑结构设计中对于基础的选型要根据甲方提供的地质勘察报告书结合上部建筑结构的具体柱底轴力及其地质条件，施工条件来选择恰当的基础类型，不能死搬硬套，遇到不同类型的地质条件或施工条件限制，可选用不同的基础类型;

②高层建筑在随着高度的增加，地震作用与风压作用对整体结构体系的影响也越来越大，刚度过于柔的结构体系在水平地震作用或风作用下，位移过大，容易产生侧向变形。一般而言，过大的侧向变形会引起摇晃，不仅会让居住在建筑物上的人们的舒适度降低，影响正常生活质量，还会使建筑的填充墙因产生侧向剪切导致开裂影响建筑物正常使用，严重时甚至会导致结构主体出现裂缝，导致结构主体破坏。在高层建筑设计规范中也明确注明了对于不同建筑结构类型的位移的要求。因此高层建筑位移的控制或成为高层建筑结构设计中的主要矛盾，适当加大建筑结构的刚度，保证按规范里的严格控制;

③在当今高层建筑发展的今天，高层建筑的结构形式一般常采用框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、筒体结构或者框架—剪力墙结构等不同的结构体系。建筑正常使用过程中各类荷载的传导过程中，不管经过了多少次多么复杂的传导过程，最终都是各项荷载从水平传导转为竖向传导，框架柱或者剪力墙作为竖向结构构件，在高层建筑结构中有着不可忽视的决定性作用。按理说，低层由于承受上部传导的较为巨大的荷载，理性适当加大柱截面，但由于建筑功能的多样化，很多框架柱或剪力墙的截面都有受到限制，这就要求结构设计师在框架柱或剪力墙截面及其布置的选择上应在保证安全的情况下考虑其实用性。故不宜做过大的框架柱或者剪力墙，适当提高柱墙的混凝土等级以降低柱子或剪力墙的轴压比。在高层建筑设计过程中，竖向构件的压轴比是一个及其需要重视的内容。各种模拟实验数据和地震震害调查表明，当框架柱或剪力墙的轴压比过大的时候，当构件遇到水平作用(如地震作用)时的延性变形能力就会大大减弱，极易产生脆性的剪切破坏，而一旦竖向构件产生了破坏，往往使整体结构遭到破坏。所以在高层建筑结构设计时应控制柱的轴压比，用以提高或保证框架柱或者剪力墙的延性，保证结构的安全性。

4结束语

随着经济的发展，城市化建设的进程加快，高层建筑日益增多，对于高层建筑结构质量也较为严苛，为保证高层建筑结构的安全性和可靠性，对于结构设计师而言，高层建筑结构设计的要求也增多了。总之，高层建筑结构设计是一个较为复杂的长期的甚至可能是往复循环推敲的过程，任何遗漏或者错误都可能使整个结构设计过程变得复杂。高层建筑的结构设计比较灵活，结构体系也比较多，为了保证建筑质量和减少往复的工作量，在设计之初就需要先拟定高层建筑结构概念设计，并在计算推敲过程中把握解决对于高层建筑结构设计中容易出现的问题，更有效率地完成高层建筑结构设计。

参考文献

［1］方正．某高层建筑结构设计探讨［J］．四川建材，2011，37(3):52－53．

［2］赵东晓．高层建筑结构设计的问题与对策研究［J］．商品混凝土，2012，9(9)

［3］杜晓辉．高层建筑结构设计［J］．科协论坛，2014．

作者：谢道清；杨晓巧 单位：浙江绿城六和建筑设计有限公司