针对高层建筑结构设计的多方位分析

摘要：随着我国经济的迅猛发展，我国的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。但是同时既要做到安全适用，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。本文就高层建筑结构设计的有关问题浅要分析。

关键词：高层建筑;结构设计;设计措施

一、高层建筑结构设计定义

高层建筑设计就是要做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计。发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。

高层建筑的主体结构是由楼层结构、传递竖载结构、抗侧力结构、基础结构以及竖向交通结构等几个主要部分构成的。建筑物在受力后，这些构成部分之间相互配合，协调受力，构成一定的传力路线，将外力(竖向荷载或水平荷载)传给地基。因此各个构成部分之间的受力是互相影响，互相干扰的。设计中要想使整个结构做得比较完美，在技术上、用材上、造价上有其先进性，就需要从整体出发，多方面慎重推敲，挖掘局部潜力，为良好的综合效果提供方便条件。

二、高层建筑结构设计存在问题及措施

高层建筑结构主要存在的问题有结构的超高问题，短肢剪力墙的设置问题，嵌固端的设置问题和结构的规则性问题。针对这些问题具体的解决对策应从以下几方面入手：

1.建筑地基设计。对高层建筑来说，在抗震设计中，房屋的高宽比是一个需慎重考虑的问题。不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是地基基础整个工程造价的决定性因素，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂地基基础设计规范无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，因此，作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

2.高层建筑不规则性设计。当结构的位移比和周期比超规范规定时，说明结构的抗扭刚度相对结构的抗侧刚度偏小，结构的扭转效应较大。在结构抗侧刚度较大，结构的层间位移满足要求的情况下，可减小结构的抗侧刚度，对楼层中部结构做减法，可取消、减短、减薄剪力墙，减小连梁高度等。当结构的抗侧刚度较小，侧移较大时，可对楼层周边结构做加法，可增大周边构件的刚度。对带裙房高层建筑，带裙房部分楼层的位移比和周期比往往超规范规定。由于裙房高度不高，裙房楼层的绝对侧移值很小，因此可不按高层建筑的侧移控制条件来要求裙房，即位移比可适当放宽。

3.高层建筑剪力墙结构设计。高层剪力墙结构是特定的将剪力墙和框架两种结构相互组合，进而形成一种新的体系。那么高层建筑的竖向荷载是由剪力墙和框架共同进行承担的，但是其水平的作用则主要就是由拥有较大的抗侧刚度的剪力墙来进行承担。这样的结构设计不仅仅具有剪力墙较强的抗震能力和较大的刚度，同时还具有框架结构的使用方便和布置灵活的特点，因此能够被广泛的应用在高层的旅馆建筑和办公建筑当中。而高层建筑的水平力也主要是由剪力墙和框架共同进行承担，正是因为剪力墙和框架的共同协同工作，其内力分布和受力状况都得到了较好的改善。

4.高层建筑突出升高结构设计。在高层建筑中由于存在用水(生活用及消防用)及设置电梯的客观要求，因此，位于高层建筑屋顶上的突出升高部分是难以避免的。对该部分由于有地震中的高振型影响，所受地震力相对较大，因此，设计中应设法减轻该部非承重结构部分的重量。同时将该部分的平面位置设置于接近抗侧力结构的刚度中心处，对于结构抗震将是相当有利的。正常规情况下，屋顶突出升高部分的设备重量有电梯机房与水箱两部分。由于消防对水压头的要求，水箱常是设置在突出升高部分的中间高度处的楼板上 ，一般高层建筑中该水箱的重量是比较大的，可达40-60吨，最大为100吨以上。因而由其产生的地震力将是相当大的。为减少此项影响，采用悬吊水箱的做法将是有效的。悬吊水箱的自振周期是较长的。常可做到3 ~ 4秒以上，此值与结构主体的第一振型自振周期以及地面的卓越周期相比都是相差较大的，与结构高振型的振动周期比将相差更大，因此是不会产生合拍共振的现象。值得注意的一点是。当采用悬吊水箱时，吊杆上下宜做成铰接。同时对进水管、出水管及溢流管与水箱的接头须采用柔性软接头处理。

三、建筑结构的经济性分析

建筑结构经济性包括内容注重经济性的建筑设计包含非常广泛的内容。传统中只强调改进建筑材料保温性、改善建筑体形系数、提高建筑材料的气密性等一系列节能降耗措施，现在建筑随着形势的发展，人们对居住环境不仅从结构性出发，更要在建筑结构的经济性角度考虑，如空间组织、技术组织、结构设置、能源与资源利用，以及建筑循环再利用等方面全面地确立经济性的原则、方法。

建筑结构的经济性就是只以较少的成本来获得最大的效用。其中由美国建筑师、工程师R·B·富勒提出的“少费多用”原则是较常用普通的原则。“少费多用(more withless)”原则的含义是，凭借有效的手段或方式，利用最小化的量的材料、资源来投资，目的在于获得尽可能大的发展效益。“少费多用”原则，顺应目前的发展形势，在建筑坚持可续费发展的思路上，该原则是一条重要的、有效的、节约型的设计方式。在富勒的实践中，“少费多用”原则最具代表性地表现在他对空间结构及建材应用的创意中。他的短杆网架穹隆结构体系(geodesic dome )被称为人类迄今为止最轻、最高效、最为有力的空间围合手段，在造型、尺寸、材料选用上具有很大的灵活性，且造价低廉、营造方便。

“少费多用”原则还体现在建筑空间组织、利用的高效化方面。原则坚持对平面面积的充分利用，还注重三维空间的挖掘。比如某市图书馆设计中提出了“ 模块式”图书馆的创作思路，将图书馆划分成不同的功能模块，采用不同的层高、柱网，进行类比布局。这样可以减少“三统一”标准空间所造成的浪费，充分发挥空间效益。某高效空间住宅的设计中则对厨房、厕所的上区、卧区上下等潜在空间进行了有效的利用。将每户主、次二个开间设置为不同层高，对应于不同的功能使用要求，大大提高了住宅空间的使用效益。

四、结束语

随着人们生活的越来越好和城市化现象的突出，城市建筑越来越高，而高层建筑由于其对结构刚度等各方面要求都很高，所以其设计比一般建筑要复杂。所以在建筑设计中要特别注意建筑结构的问题，为建筑业发展打下坚定的基础。

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