高层建筑结构设计问题探讨

高层建筑的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的。高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。高层建筑的结构体系是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。面对如此形势，应该把高层建筑的结构设计放在首位加以研究。掌握高层建筑的设计知识是建筑与土木领域技术人员的基本要求。

　　1 高层建筑结构设计方面的原则

　　1.1 选用适当的计算简图：结构计算式在计算简图的基础上进行的，选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。

1.2 选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。

　　1.3 合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。

1.4 结构平面的布置：高层建筑的平面布置宜简单、规则,尽量减少突出、凹进等复杂平面。更重要的是结构平面布置时要尽可能刚度均匀,即结构的刚心与质心尽量接近,减少地震作用下的扭转,扭转对结构的危害很大。

1.5 结构体系选择： 通过概念设计,应力求达到抗震体系选择恰当,经济合理,较好满足设计规范的各项要求。选择合理的结构体系根据工程实践经验, 如果高层建筑结构体系选型不当,任凭再用先进的结构理论和精确的计算方法, 也较难作出安全可靠、经济合理的高层建筑结构设计。正确处理高层建筑结构体系的选型问题,对于高层建筑结构设计而言,具有重要意义。

1.6采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。

　　2 高层建筑结构设计的特点

　　2.1 轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

　　2.2 结构延性是重要设计指标：相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

　　2.3 水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。

　　3 高层建筑的结构体系 高层建筑结构具有以下特点：(1)水平荷载成为决定性因素。建筑物自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值, 仅与建筑物高度的一次方成正比; 而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖向构件中引起的轴力,是与建筑物高度的二次方成正比;另外,对某一定高度建筑物而言,竖向荷载大体上是定值, 而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。(2)轴向变形不容忽视。高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形, 从而会对连续梁弯矩产生影响, 造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响, 要求根据轴向变形计算值, 对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较, 会得出偏于不安全的结果。(3)侧移成为控制指标。与较低楼房不同, 结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加, 水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。(4)结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。

　　4 结语

　　近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。