浅谈高层建筑的结构设计

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　　摘要：高层建筑是我国目前楼房建筑较为主流的趋势，本文主要阐述了高层建筑结构设计的特点，介绍了高层建筑结构设计的体系，最后又分析了高层建筑结构设计容易出现的问题，建筑商应该要遵循这样的特点，避免出现类似的问题，建造出更多更好的高层建筑。
　　关键词：高层建筑；结构设计；结构体系。
　　
　　一、高层建筑结构设计特点
　　1、水平荷载度是结构设计的关键因素
　　高层建筑的楼面使用荷载以及自身的重量在竖向的构件中引起的弯矩和轴力的数值，是与高层建筑物本身的高度成正比的。但是高层建筑物的水平荷载对高层建筑的结构所产生的倾覆力矩，和由于此在竖向的构建中所引起的轴力，和高层建筑物的高度二次方是成正比的关系。另外，对于一定高度的建筑物来说，竖向的荷载基本是一个固定的数值，但是其水平荷载的地震和风荷载的作用，数值却是随着结构动力特性的不同而会产生一定幅度的变化。
　　2、轴向的变形情况不能忽略
　　在高层建筑的过程中，竖向荷载的数值通常都是很大的，并且能够在柱中引起较大程度的轴向变形，从而就会影响连续梁弯矩，就会产生连续梁中间支座位置的负弯矩值减小的后果，同时又会使得端支座的负弯矩值和跨中正弯矩值增加，同时还会对预制构建的下料长度产生一定的影响，折旧要求要根据轴向的变形计算值，对应该下料的长度做出相应的调整。另外，还会影响构建的侧移和剪力，而与构件的竖向变形相比较考虑，就会得出较为不安全的结果。
　　3、结构侧移成为关键因素
　　与多层建筑相比，高层建筑的结构侧移已经成为了主要的控制指标，是结构设计中的关键性的因素。随着楼房层数、高度的逐渐增加，水平的荷载结构的侧移变形就会得到迅速的增大，因此，在水平荷载的作用下，结构侧移应该被控制在一定的限度范围之内。
　　4、结构延性是高层建筑的重要设计指标
　　与较低楼房的建筑相比，高层建筑的结构设计则更柔一些，如果在地震中，其变形需要更大一些。因此为了能够使结构在进入塑性变形阶段后还能够保持具有强劲的变形能力，避免高层检出出现倒塌的情况，就需要在构造上采取特别的且适当的措施，以保证高层建筑的结构能够具有足够的延性。
　　二、高层建筑结构体系
　　1、框架结构体系
　　既是指主要通过梁、柱等构件，利用其各个节点将其进行连接所构成的承载结构。框架的结构体系能够较为灵活的配合建筑的平面安排和布置所需要的较大空间。随着高层建筑结构高度的增加，其水平作用就会导致框架底部梁柱构件的剪力和弯矩出现明显增加的情况，从而会加大梁柱的截面的配筋量和尺寸。在一定的程度上，会对建筑的空间处理和平面布置带来较大的困难，从而影响到建筑空间的正常有效使用，而其在材料的选取和造价等方面也就会变得不够合理，因此就会影响其使用层数。
　　3、剪力墙体系
　　剪力墙一般都是用在钢筋混凝土的高层建筑结构中，由墙体完全承受竖向荷载和水平的作用。在剪力墙承载水平力的作用时，它就相当于是一根下部嵌固的深梁悬臂。剪力墙的水平位移主要就是由剪切变形和弯曲变形两部分所构成。而高层建筑中的剪力墙最大的特点就是结构层间位移随着楼层的增加而增加。剪力墙结构要比框架结构的空间整体性好且结构刚度较大，同时还拥有用钢量小、抗震能力强特点，结构顶点层间位移和水平位移通常也是较小的。因此，其最能够满足对抗震设计变形所需要的要求。
　　3、剪力墙――框架体系
　　既是指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城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、简体体系
　　随着高层建筑的高度和层数的增加，高层建筑结构所能够承受的水平地震作用也会大大的增加，框架、剪力墙和剪力墙――框架等结构就明显变得不经济、不合理，同时也更加不可行。此时，就可以将剪力墙在平面内围合成一个箱型，从而形成一个框筒，而这个框筒就是一个书香不知的空间受力体，从而也就能够形成一个具有良好的抗震、抗风性能的简体结构体系。
　　三、高层建筑结构设计中应注意的问题
　　1、要倡导节约
　　我国当前还属于是一个发展中的国家，而倡导节约也一直是建筑设计中不变的基本理念。而目前我国规范中对于高层建筑的构造要求也与国外相差无几，而我国的很多高层建筑的结构设计虽然已经符合了国际市场的标准，但是也并不是代表我国的高层建筑结构的安全度就值得信赖了，同时还应该对其进行规范。但是在高层建筑结构设计达标的基础上，还要做到节约，尽可能的降低消耗，降低建筑成本。根据客观形势的变化要求，我国可以将高层建筑的结构设计的可靠度的水平适当的进行提高，这样在原有的基础上，并不会造成较大的或者是更多的投入，但是却适宜我国长远和总体性的发展。
　　2、注重建筑物的受力性能
　　对于一个高层建筑的最初的设计方案而言，建筑师更多的则是考虑建筑的空间组成的特点，并不是能够具体或是详细的明确建筑的结构。而高层建筑的地面对其空间形式的水平方向稳定和竖向稳定都是十分重要的。而由于建筑物主要是由一些重且大的构件所组成的，因此建筑物的结构就必须要能够将其自身的重量传达至地面，建筑结构的荷载则总是向下作用于地面，然而建筑物的设计的一个最为基本的要求就是要搞清楚，建筑物所选择的体系中向下的作用力和地基面的承载力之间的相互关系，因此在建筑的设计方案进行的阶段，就一定要对主要的承重墙和承重柱的分布和数量进行总体的设想和设计。
　　3、提倡使用概念的设计
　　所谓的概念设计则主要是指不经过数值的计算，尤其是在一些很难做出精确性的分析，或者是在规范的过程中很难规定的问题，就要依据建筑物整体的结构体系和分体系之间的工程经验、试验现象、震害、结构破坏机理和力学关系所获得的基本的设计思想和设计原则。从整体的角度对建筑结构的抗震细部措施和总体布置进行空管的控制。而对于概念性近似估算方法的引用，可以在简述方案的设计过程中进行迅速且有效的对结构的体系进行比较、构思，并做出最终的选择，相比较于手算而言则更加容易。所得到方案也往往是定性正确且概念清晰的，这也能够避免在建筑结构的设计阶段的后期出新一些不必要的繁琐、复杂的运算，往往具有较好的、叫可靠的经济性。同时，概念的设计也是对计算机内力分析所输出数据的可靠性进行判断的主要依据。经过近十几年来我国高层建筑建设的迅速发展，高层建筑的建造数量和建造速度在世界的建筑史上都是很少有的。但是从我国高层建筑的设计质量方面来看，却并不容乐观，大多数的结构设计主要是为了追赶时尚、追赶潮流，因此在高层建筑的实际设计中，还应该要做出更为长远的规划。
　　四、小结
　　经过近几年的发展，我国的高层建筑业得到了快速的发展，但是在发展的过程中，我们还是应该遵循高层建筑的设计原则和设计理念，选择最有效的高层建筑结构体系，建设好我国的高层建筑，令其更加符合甚至是超越国际市场上的标准，为我国的高层建筑业谋得更长远的发展。
　　

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