浅析高层建筑的结构设计张进

张进

深圳市博万结构设计事务所（普通合伙）

摘要：我国在近几年的发展建设中，建筑行业的变化最为明显，不仅是在外形上发生了重大的变化，在内部结构上也得到了进一步的改善，这其中最突出的变化要数高层建筑甚至超高层建筑的不断涌现，但是需要注意的是，随着建筑造型结构的愈发复杂，对于结构设计的要求就更加严格了。本文主要谈谈高层建筑的结构设计方案选择，还有一些注意的事项。

关键词：高层建筑；结构设计；选择

引言：

城市经济的快速发展带动了大量人口进入城市谋求发展。不断的推进城市化建设，越来越多的城市出现了高层建筑。旧屋改建，旧屋拆迁等等都为高楼大厦的不断崛起提供着资源。即便在严谨的高层建筑设计中，往往还会隐藏一些不可预测的隐患。如何保障高层建筑在设计的结构上既具有抗风性，抗震性等基本的安全因素，又可以满足高层建筑设计原理上的专业性，成为了越来越多设计者，购房者的考虑因素。保证高层建筑的安全不仅仅是对设计者工作专业化的认可更是为人们的生活提供了可靠的保障。

一、高层建筑结构的设计原则

1.选择合理经济的基础方案

在对高层建筑结构的基础设计阶段，可以对上部结构的类型和负载分布、施工条件、工程地质条件、相邻建筑物影响等各个因素进行综合分析，选择制定合理又经济的基础方案，在基础方案里要对地质进行详细的勘察并整理成详尽的报告，对于一些缺少勘察报告的地质也要进行参考邻近建筑的报告资料，并进行现场查看，在进行基础设计时要充分发挥地基的潜力，必要时还可以进行地基变形验算。

2.选择合理的结构形式和结构体系

当完成基础设计方案后，还要选择一个切实可行的结构体系和结构形式，即结构方案。在选择结构方案时要对工程项目的材料供应、施工条件、设计要求、地理环境等所有情况进行综合分析考虑，还要与建筑、水、电、暖等各行业专家充分协商，做好准备工作，进行结构选型，一般来说，同一结构单元最好不要选用不同的结构体系，地震区要遵循竖向和水平方向规则，综合分析做出多个结构方案，并一一对比，选择最佳结构方案。

3.采取构件措施

在结构设计环节要牢记“强剪弱弯、强柱弱梁、强压弱拉”的原则，加强建筑结构的薄弱部位，注意构件的延性性能、钢筋的锚固长度，特别是钢筋的执行段锚固长度，同时还要考虑到温度应力对结构设计的影响力。

二、高层建筑结构设计方案的选择

1.结构方案和结构类型的选择

在策划繁琐高层和特高层建筑结构时，其建设的质量主要取决于结构方案选择的是否合理。假如没能根据工程的实际情况选择繁琐高层和特高层建筑的结构方案，那么可能造成后期需要对建筑结构进行调整。这样就要求建筑设计单位对建筑设计进行大规模的修改，同时也会造成非常大的经济损失，这就在无形之中将繁琐高层和特高层建筑结构的设计增加了难度。也正是如此，在设计繁琐高层和特高层建筑时，设计单位应该利用所有有关的建筑结构专业知识，把它融入到建筑设计之中，这样才能选择出合理的结构方案。要想控制工程建设企业对于繁琐高层和特高层建筑工程的投资，不仅需要考虑工程建设地的岩土工程地质条件，还需考虑到建筑对抗震设防烈度的要求，以这两点来选择结构类型。也正是这样，要综合考虑到施工的科学性以及工程的预算来选择建筑结构设计的类型。

2.结构方案和结构类型的选择要点

要根据繁琐高层和特高层建筑的设计理念来选择结构的类型以及结构方案。通过多次的实际操作的经验我们不难发现，在进行繁琐高层和特高层建筑的结构设计时，必须尽最大的努力保证建筑结构的对称性和规则性。并通过这样来稳定直观的掌握建筑工程结构的传力途径，特别是垂直方向和外侧的传力途径。科学技术的不断进步推动了建筑行业的快速发展，也正是如此科研人员又对自己提出了新的要求，那就是实现可持续的发展。

三、高层建筑结构设计应注意的问题

1.注重选材

质量好的材料是高层建筑设计的基础，要选择轻质的能够承受高强度的材料，只有使用这样的材料才能具有很好的抗震效果，建筑面层通常采用钢筋混凝土来组成其结构构件，用压型钢板以及混凝土来构造楼屋面，这样能够增强它的强度，与此同时外墙围护通常使用铝合金或者玻璃幕墙。

2.平面结构的选择

假设平面结构为正方形，要在立面上打开一个下面大上面小的立面体型的洞口来进行通风，这样可以使建筑物的迎风面积主要集中在低处，还要尽可能的选择体型系数比较小的平面形状，这样才能减小建筑物整体的和局部的受风面积，降低风压，设计成流线光滑的外形也有同样的作用。

3.注重选择结构体系

一般客户都喜欢无外露梁的建筑，符合这一审美的剪力墙结构体系，还可以减少非高层建筑中承重隔墙的数量，所以在选择高层建筑的结构体系时，剪力墙结构是比较常见的；尽管如此，对于比较高的高层建筑通常设计成刚度较大的筒形结构来增强建筑物的抗水平力。另外还可以通过科学的实验来获得相关的数据，通过数据比较来设计出结构可靠地建筑。筒体体系采用它自身的形状特点来抵抗外力，筒体体系大致可以分为两种，包括实腹筒和空腹筒，它是一种在立体空间上受力的结构。筒体体系的刚度和强度都是比较高的，它所承受的荷载也都均匀的分布到它的每个构建之上，它的抗震、抗风能力也都非常强，也正是这样，它是一种非常理想的结构体系。在大跨度的高层建筑或者大空间的高层建筑当中应用比较广泛。

4.注重概念设计

在方案确定之初一直到工程施工图的设计，甚至到后来的工程现场服务都应该秉承着高层建筑的概念。通常施工设计措施应该满足五项规定：选用较平稳的平面进行建筑；不能在影响抗震的地方进行建筑；要考虑到结构的延展性、以及工程质量和房屋的重心来选择建筑结构体系以及建筑材料；要根据概念合理的设计，必要时进行调整；要尽可能的布置抗震防线。

5.注重抗震设计

与普通建筑不同，高层建筑的高度相对较大，所以它所面临的风力强度和地震强度也是不同的，所以，抗震的设计也是高层建筑设计中非常重要的一环。选择比较坚硬的土地来进行建筑，还要综合考虑到周围的地质条件以及地面形态的问题来设计建筑的抗震结构。与此相对的是，地面高低不平，土地沙化都会大大降低建筑的抗震能力，土地的不断变化也使得建筑面临着诸多的不确定因素。

6.弹性假定下高层建筑结构分析

在进行建筑的结构分析时弹性假定计算方法是最通用的一种计算方法。在外力或者自身荷载的情况下，结构通常是一种弹性的状态，在实际的工作中与这个假定方法是吻合的。然而，在建筑经历了地震或者台风之后，建筑结构就会发生很大的变化，形成一种弹塑性的状态。在这种不稳定的状态下，弹性方法显然是不可行的。

四、结束语

跟随着城市化逐渐加快的步伐，城市之中可用的建设用地面积捉襟见肘，唯有不断地、合理的增加建筑物的高度，才能很好的度过这个难关，才能将土地的价值最大化，也才能使高层建筑更加亮眼。高层建筑因其独特的高度所以安全问题显得尤为重要，这就需要设计人员能够有过硬的能力，经的起考验，还要严格遵守相关的法律条文和设计的规定。唯有如此，才能安全高效设计出符合现代要求的高层建筑，合理地利用土地，同时实现低投入高产出，使高层建筑成为城市安全、靓丽的风景线。

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