高层建筑结构设计的研究分析

高层建筑结构设计的研究分析

【摘要】高层建筑是城市发展的需要，其层数也逐渐增加。高层建筑相比其他类型建筑而言，其结构也更加的多样化和复杂化。在今后的设计当中要考虑多方面的因素，保证工程质量和经济效益。

【关键词】高层建筑；结构设计；结构布置；发展趋势

一高层建筑结构设计的几点原则

1计算简图要适当：适当的计算简图是结构安全的重要条件，需要有相应的构造措施来保证，计算简图的误差要在设计的规定范围之间。如果是不当的计算简图则会导致结构安全方面的问题产生。所以工程前期设计的这一点要非常注意。

2基础方案要合适：基础设计是综合分析的结果，要有工程地质环境的参考条件、待建建筑物结构类型、周边建筑物环境分析、载荷的分布状况、合理的经济效益等资料的分析。在详细的地质勘察资料的基础上，通过进行地基变形的验算，尽可能地利用好地基。

3结构方案要合理：结构方案要有可实行的结构形式、结构体系及经济效益。在结构体系上，同种结构单元最好选择同种结构体系，其受力要明确，传力要简单。通过工程设计要求、地理环境、材料供应、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。

4正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是

由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。

5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”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固要求；考虑温度应力的影响力。

二高层建筑结构的布置

1 结构平面布置

平面形状简单、规则、对称尽量使质心和刚心重合。偏心大的结构扭转效应大，会加大端部构件的位移，导致应力集中。平面突出部分不宜过长。扭转是否过大，可用概念设计方法近似计算刚心、质心及偏心距后进行判断，还可以比较结构最远边缘处的最大层间变形和质心处的层间变形，其比值超过1.1，可以认为扭转太大而结构不规则。

2 结构竖向布置

结构竖向布置最基本的原则是规则、均匀。规则，主要是指体型规则，若有变化，亦应是有规则的渐变。体型沿竖向的剧变，将使地震时某些变形特别集中，常常在该楼层因过大的变形而引起倒塌。

均匀是指上下体型、刚度、承载力及质量分布均匀，以及它们的变化均匀。结构宜设计成刚度下大上小，自下而上逐渐减小。下层刚度小，将使变形集中在下部，形成薄弱层，严重的会引起建筑的全面倒塌。如果体型尺寸有变化，也应下大上小逐渐变化，不应

发生过大的突变。上不楼层收进使得体型较小的情况经常发生，但是对于收进的尺寸应当限制。收进的部位越高，收进后的平面尺寸越小，高振型的影响明显加大。如果上部楼层外挑，造成“头重脚轻”的状况，将使扭转反映明显加大，竖向地震影响也明显变大。

三建筑结构设计的要点分析

1 加强建筑物地基结构设计

为防止或减少由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏，可以从建筑措施、结构措施、地基和基础措施方面加以控制。地基的结构设计应分别就高层建筑与多层建筑考虑不同的设计。对高层建筑来说，由于需要一定的埋置深度，从经济的角度考虑，基础一般采用桩箱或桩筏结合的形式。此时应保证箱体的整体刚度；当土层有较大起伏时，应使用同一建筑结构下的桩端位于同一土层中并应考虑可能产生的液化影响。

2 防止由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏

预防或减少不均匀沉降的危害，可以从建筑措施、结构措施、地基和基础措施方面加以控制。应该引起重视的是：对高层建筑来说，由于需要一定的埋置深度，从经济的角度考虑，基础一般采用桩箱或桩筏结合的形式，此时应保证箱体的整体刚度，群桩布置的形心应与上部结构重心相吻合。常用的软土地基处理方式类型较多，但在选择地基处理方案前，必须认真研究上部结构和地基两方面的特点及环境情况，并根据工程设计要求，确定地基处理范围和处理后要求达到的技术指标，以及各种处理方面的适用性，同时综

合考虑处理方案的成熟程度及施工单位的经验，进行多方案比较，最终选定安全实用、经济合理的处理方案。地基经处理后，还必须满足规范所规定的强度和变形要求。

3 关于高层建筑高宽比

《高层建筑混凝土结构技术规程》对高层建筑适用的最大高宽比有明确要求，但在计算高宽比时，对建筑宽度的取法却无明确规定，在第3.3.2 条的条文说明中指出“一般情况下，可按所考虑方向的最小宽度计算高宽比，对于不宜采用最小宽度计算高宽比的情况，应由设计人员根据实际情况确定合理的计算方法”，对设计人员来说，难以确定何为合理的计算方法，而且这是一个涉及建筑是否为超限高层建筑的敏感问题，应该有一个较为明确的取法，以便设计及审查人员掌握。

四高层建筑结构设计中的特殊问题

1 位移的限值问题

在高层建筑中，决定其顶点位移的限值因素不仅是数值大小，还与振动频率密切相关。一般人对高层建筑中的振动频率感知是很敏感的，而对震动幅度的大小则相对较弱，因此只要结构的摆动频率不是过高就能满足建筑的应用舒适度，对于为了避免由于结构的变形过大而产生的层间相对位移现象，位移限值在现有的规范中是较严格的。再加上现行各种计算程序在算法中的区别，同一个结构若采取不同的程序进行计算，那么对层间位移数值也会造成较大差异，最主要原因就是每个软件对“层间位移”的定义各不相同，有

些是充分考虑楼层在经过转动后其最大角点的位移状况，有些则单指楼层的形心位移情况。

2 高层建筑中竖向刚度变化

为了进一步调整高层建筑高度在竖向的分布问题，混凝土墙的厚度及柱子截面的尺寸沿照竖向进行变化，混凝土的等级也应适当变化，并应相互交错处理。而经过大量试验表明，高层建筑中楼层与上部相邻楼层的侧向刚度比值框架结构至少控制在0.70以上、框剪结构控制在0.90以上，对于结构刚度变化明显、可能产生突变受力的楼层，如地下室顶板、钢骨混凝土柱、塔楼大屋面和大洞口的楼层等，都需要加厚楼板，并采用双层配筋，以提高楼板平面的刚度，发挥刚性横隔板的作用，保障建筑安全使用。

五建筑结构设计的发展趋势

随着社会的需求，计算理论的发展，计算机的应用，新型建材的研究与应用，今后建筑结构设计的会有如下的发展趋势：

1 概念设计将发挥越来越大的作用

概念设计是根据抗震设计的复杂性，难以精确计算而提出来的一种从宏观上实现合理抗震，避免无必要的繁琐计算，同时为抗震计算创造有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况的设计方法。

2 采用先进的计算理论

空间受力分析、非弹性变形分析、塑性内力分析、时程分析、最优化设计、方案优化等先进科学的设计方法、设计理论将得到越