浅谈高层建筑结构设计特点

浅谈高层建筑结构设计特点

摘要：高层建筑的结构设计是一项有着重大意义的工作，其不仅关乎着国家建筑行业的发展和国民享用的建筑的质量，而且考验着我国建筑行业专业设计人员的素质和水平，因其是一门实用性很强的工作。如果依照传统的设计法来设计高层建筑的结构，会带来巨大的浪费，因而，对我国建筑行业来说，抓住高层建筑结构设计的要点，推行能实现资源合理分配、利用的高层建筑结构设计方案，提出节约建筑造价的结构优化设计方法势在必行。

关键词：高层建筑；建筑结构；设计 引言

建筑工程和人们的生产生活有着密切联系，优化建筑结构设计，使建筑结构设计达到人们生产生活功能性需求，是现代建筑工程领域值得研究的重要课题。现代建筑结构设计要本着经济性、适用性的原则，融合现代先进建筑技术，结合建筑工程实际情况，达到建筑结构设计安全、可靠性，这是现代建筑结构设计领域的发展目标，也是亟待解决的现实问题。

一、高层建筑结构设计的特点

1、水平力起着决定性作用

在以往对低层和多层的结构设计中，通常都是以竖向荷载为代表，而对于高层建筑的结构设计，由其水平荷载发挥着决定性的作用，竖向荷载虽然对结构设计也具有非常重要的意义，但却不是最为关键的设计因素。因为在高层建筑结构设计中，竖向轴力与弯矩的数值与建筑高度的一次方成正比，而水平荷载对结构的倾覆力及轴力，是与建筑的两次方成正比。所以水平荷载具有决定性作用。

2、侧移成为控指标

在高层建筑结构设计中，随着高度的不断增加，则会导致水平荷载下结构的侧向变形不断的增大，其与建筑高度的4次方成正比，在这种情况下，结构侧移则成为高层结构设计中最为关键的因素。

3、具有较高的抗震设计要求

高层建筑结构设计时，对于其抗震性能有更高的要求，不仅需要充分的考虑竖向荷载和风荷载，同时还需要保证结构性能的良好性，只有这样才能有效的提高高层建筑结构抗震的能力，使其具有较好的牢固性和安全性。

4、减轻高层建筑自重比

在建筑结构设计上，对于减少高层建筑的自重比要比多层建筑的自重比减轻

具有更直接的影响。高层建筑如果自身的自重减轻了，在相同的基础上就可以多建层数，更有益于经济效益的提高。而且高层建筑的重量与地震效应是成正比的关系的，高层建筑的重量越大，在地震发生时其作用于结构上的剪力则会越大，而所产生的倾覆力矩也会增加，这就导致作用于竖向结构的附加轴力增加，从而导致建筑物发生倒塌的可能，所以减少高层建筑的自重，可提高高层建筑结构抗震性能的重要手段。

5、重视轴向变形

采用框架体系和框架———剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

6、概念设计与理论计算同样重要

在我国高层建筑结构的抗震设计时，通常分为计算设计和概念设计两部分。近几年来，我国高层建筑结构的抗震设计无论是分析手段还是分析原则都得以不断的提高和完善，但在设计计算时是在一定假想条件下进行的，但由于实际地震作用的复杂性和不确定性，所以高层建筑结构的抗震设计与实际情况存在着较大的偏差，这样就导致结构进入到弹塑性之后，极易导致局部开裂及破坏的情况发生。因此，高层建筑的概念设计也是非常重要的。

二、高层建筑结构设计优化策略

1、优化抗震结构设计

抗震性能代表着建筑物的安全，对于高层建筑来说尤为如此，这就需要我们通过对以往的抗震结构设计进行一定的优化：

首先，应当使建筑结构的规则性得到增强，并对其中抗侧力构件的位置进行合理的设置，从而使其能够具有更为合理的承载力分布体系。同时由于垂直方向结构的关系，则应当进一步增强其构件的强度以及刚度，从而使其得到更为连续的稳定性。其次，在地震灾害中，最可能对建筑造成破坏的情况就是建筑地基出现沉降，一旦地基出现沉降，那么就会使建筑结构 出现开裂等一系列破坏。所以在对地基施工的过程中，一定应当对地震因素起到作出充分的考虑，从而以有针对性的方式对其设计。同时，还应当对建筑建筑平面进行简化，减少相关的平面布置，从而通过合理的施工设计使地基的强度以及刚度得到增强。另外，还应当将桩箱埋设一定的深度，并将上部结构以及群桩能够保持在同一条线上。再次，应当对建筑结构承重构件的抗侧力进行提高，并尽可能的满足其承载力所需的延续性，从而使建筑的抗震能力得到提高。同时，还应当对剪力墙截面重点关注，首先应当以连续梁的方式组成一套具有更好延续性的结构体系，其次则应当使结构侧面的强度得到提高，从而对建筑水平位移的范围进行良好的控制。最后，还

应当保证简体构件具有对称的布置状态以及良好的完整性，并使筒角内壁同洞口之间保持适当的间距并增加其厚度，从而使建筑底部结构能够更好的满足抗震需求。

2、优化抗风结构设计

首先，要注重结构的基础设计。对于建筑的抗风性能来说，首先应当保持其具有良好的结构稳定性。这就需要在建设的过程中保证选择级配比较高的砂石，并对材料回填过程的密实程度进行保证，从而保证建筑在水平作用力施压下不会出现倾覆性趋向。另外则应当在持力层底部设置相应的抗拔锚杆，从而能够通过相关的钻孔、安装以及注浆一系列工作使锚杆的功能得到增强，并使其抗拔强度得到保障。其次，在对建筑非承重构件设计的过程中，还应当通过对耗能减震系统良好的利用使风力对于建筑的影响得到降低。在这个系统中，主要以楼板、剪力墙以及耗能支撑等部件所组成，并保证能将这种减震系统设置在合理的位置中，从而使耗能减震的作用得到加强。最后，由于高层建筑往往面临较大的风压，在这种强大风压的作用之下也会对建筑结构构件的内力得到提高，而一旦这种压力超出了其所能承受的最大值，就会使风荷载同水平力之间出现重叠问题，从而对建筑整体造成结构性破坏。所以就应当对风压较高的位置进行加固，首先应当对建筑实际风压作用力的大小进行分析，同时对建筑土压力进行控制，并在此基础上对建筑的水平荷载内力进行加强。

3、优化消防结构设计

首先，应当设计好良好的防火间距，对于间距的计算方式是将每栋建筑物之间的距离以及每一栋建筑中可燃物件边缘开始计算，但是由于建筑中可能存在的地理、功能等情况的差异性，所以在设计的过程中也应当根据实际情况来灵活的选择。同时，还应当对建筑的灭火结构、耐火能力以及排烟性做出保障，从而使建筑能够满足防火要求。其次，设计好相应的分割结构。通过这种方式则能够在火势发生之后将其控制在有效的空间之中并限制其扩大蔓延。对此经常使用的方式就是对楼板的垂直设计以及单元墙的水平设计等等，其不仅能够对烟雾、火势的蔓延程度降低，还能够为建筑居民获取更多的逃生时间。最后，还应当设计建筑的疏散结构。由于在高层建筑中疏散路线为垂直型，且在发生火灾时电梯会断电并当烟火蔓延的过程中使其成为逃生死角。所以应当将楼梯设置为疏散通道，并对建筑内防烟区要以及双向疏散通道进行合理的设置，从而当火灾发生之后加大居民的逃离速度。

结束语

建筑结构设计的合理性关系着建筑工程质量，建筑工程设计人员应扎实掌握有关建筑结构设计知识，通晓建筑结构各种构件的特性，结合建筑工程实际确定科学合理的建筑结构结构设方案，对于建筑结构设计中现存问题进行深入研究，探索出行之有效的解决对策，才能不断提高建筑结构设计水平，为确保建筑工程质量奠定基础。

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