高层建筑结构设计的相关问题

摘要：根据高层建筑的发展趋势，概括了高层建筑的结构设计的特点及高层建筑设计对于建筑的质量安全的影响，对设计中的相关问题进行研究。

关键词：高层建筑结构设计；特点；相关问题

中图分类号： TU97文献标识码： A

前言

随着土地资源的越发紧张,高层建筑成为现在建筑的主流,在高层建筑设计的发展中,材料和技术日益更新,满足高层建筑的形式、材料都日趋多样和复杂化，高层建筑结构设计也成为了工程设计师所面临的一项重大课题。

一、高层建筑结构设计的特点

1、侧向位移是重要控制指标

高层建筑结构设计中,随着建筑高度的变高,侧移变形会快速增加,当然这是在水平荷载下结构的分析,这是的结构一定要保持足够的刚度及抵抗侧向力,结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规范规定的范围内。如侧向位移会产生主体结构构件出现较大裂缝,甚至损坏现象。

2、结构延性是设计时重要参考参数

和楼层较低的结构相比，高层建筑的结构具有更好的柔和度，地震时所发生的变形也会更大。所以怎样才能保证结构具有更好的延性呢？当其进入塑性变形阶段后，结构不会坍塌，就必须要有很强的变形力，在构造上就应制定一些相对的措施。

3、应重视轴向变形

在采用框架-剪力墙或是框架体系的高层建筑中，边柱的轴压应力是要小于中柱的轴压应力的，所以边柱的轴向压缩变形也是要更小的。房屋越高，这种轴向变形的差异值就会越大，这样就会导致连续梁中间支座沉陷，其负弯矩值就会很小，而相对的跨中正弯矩值以及端支座负弯矩值就会很大。在高层建筑中，竖向载荷通常较大，就会引起较大的轴向变形，连续梁中间支座的负弯矩就会变小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值就增大了。同时也会对预测构件的下料长度以及构件侧移和剪力产生一定的影响，所以必须充分的考虑到结构的轴向变形值。

二、高层建筑结构设计相关问题

1、高层建筑结构设计中的消防结构设计

高层建筑结构因其结构本身特点，决定了建筑结构在进行设计时具有一定的繁复性，而为了保证满足高层建筑结构复杂多样功能需求，需要在进行功能结构设计时，选用不同的建筑功能材料，其中所选用的材料多为可燃性材料，这一定程度上增加了火灾情况发生的可能性，且高层建筑之间空气流动性较强，风力大，一旦高层建筑发生火灾，极有可能在一定程度上造成火灾的扩张。另外，高层建筑的层数越多，在进行建筑结构设计时，应将火灾线路设计成垂直形态，在这样的情况下，高层建筑人员在进行火灾疏散时可能会耗费更长时间。在消防结构的设计中，对高层建筑进行排烟结构设计也是关于建筑结构相当重要的方面，在进行设计时，应注意将排烟结构进行合理设计，保证烟气正常排出，降低火灾发生时灾情的蔓延。

2、高层建筑结构设计中的抗风结构设计

在高层建筑的设计中，其建筑的抗风性是相当重要的。设计师在进行设计建造时，应注意建筑结构的抗风压性，对其进行有效的设计是结构设计中相当重要的一个方面。一般高层建筑的楼层较高，其建筑结构本身可对风起到较好的扰动作用和阻隔作用，在建筑物周边流动的风以及空气在动力作用下发生改变后，会对静止的高层建筑产生一定的振动作用，尤其造成建筑物一定的动力荷载力，在这种情况下，所存在的风压会对建筑物的稳定性造成一定的威胁，也可能直接导致高层建筑主体结构受到严重破坏，甚至导致玻璃幕墙破裂、装饰物损坏、墙体发生断裂等严重影响工程质量情况的发生。

实现抗风结构优化四个步骤：第一，进行基础设计，保证建筑结构的抗风结构，需要建筑结构具有一定的稳定性，在设计选材时，可选用级配高的砂石，保证建筑结构的填充材料密度，同时可有效防止水平方向上产生对结构倾覆性威胁；同时在结构底部进行设置时，使用抗拔锚杆，提高其应用功能，保证地基的稳固，对风力起到一定抵抗性；第二，设计耗能减振系统，在进行高层建筑结构设计时，可采用耗能减振系统，减少风荷载力对建筑物的作用力，系统的构成主要有楼板、梁柱、剪刀墙、耗能支撑等构成，减振系统的设置选材可使用具有较强粘弹性的阻尼材料，可有效提高减振系统的耗能减振作用；第三，高层建筑结构设计时，应对水平力、风荷载力以及可能发生的荷载力叠加问题进行有效解决。在风荷载力作用下，会给建筑结构内部的构件增加一定的压力，如果超过建筑物的可承受范围，就会出现风荷载与水平力发生叠加，严重破坏建筑物的稳定性。因此，在进行设计时，可对建筑物受力高风压区对其进行加固，选材建筑使用高强度的钢筋混凝土，控制建筑结构构件中的钢筋含量，减缓水平方向上发生的风荷载与水平力叠加所造成的不利于建筑物的影响力；第四，抗风结构设计中，同时也应提高建筑物的刚度和建筑物的承载力，根据风荷载的复杂性、多变性，对建筑物的风荷载以及承载力进行精确的计算，严格按照相关施工规范，对建筑物的抗风结构进行设计。

3、高层建筑结构设计中的抗震结构设计

在对高层建筑结构进行设计时，其抗震结构始终是整个设计中较难实施也是最为薄弱的环节，因高层建筑本身的复杂特点以及地震发生时会造成的种种不确定影响，而且建筑结构设计人员在进行建筑结构设计过程中，并没有充分考虑到地震发生所造成的破坏性以及如何有效避震原理。在设计工作中，设计人员没有对抗震数据进行精确的研究分析。如果在高层建筑进行结构设计时，不能根据相关地震灾害发生的原理进行有效设计，对其进行总体的规划，可能造成建筑结构在抗震设计方面会缺乏其有效可用性，无一定的灵活性，而且不能有效建筑结构的持久耐用性，无法有效保证高层建筑居民的生命健康和财产安全。

4、短肢剪力墙的设置问题

在我国新的《高层建筑混凝土结构设计规范》中，把对墙肢截面高度和厚度比为5：8的就定义为短肢剪力墙了，并且根据过往的实际的施工经验以及现阶段所进行的实验数据，在高层建筑结构设计中应用这种短肢剪力墙结构还是有很多的限制和要求的。因此，在进行高层建筑的结构设计时，应尽量的少采用甚至是不采用这种短肢剪力墙结构，避免为后续的设计工作带来不必要的麻烦，同时保证整个项目工程的施工质量。

5、结构的规则性问题

我国的新版的结构设计规范与旧版的是有一定的差异的，最主要就是体现在新规范中增加了更多的限制条件。如果建筑结构的周期比和位移比超规范规定时，那么结构的抗侧刚度就是要大于结构的抗扭刚度的，结构就会有较大的扭转效应。对一些高层建筑结构来说，由于功能上的需求，下部基层的空间都是较大的，而上部又都是客房或是办公室，有很多的隔墙，这就导致了上下层的刚度有较大的差异，而在这个刚度发生变化下一层的位置处就应为薄弱层，并且要进行内力放大的处理。

6、结构的高度问题

在我国的《高层建筑混凝土结构技术规程》中明确的规定了，设计时必须要充分的考虑到适用性与经济性的原则，同时也明确了几种较为常见的结构体系最大的适用高度。而这个适用高度也是现阶段我国的科研水平、施工水平以及经济发展水平所能达到的，与整个土木工程行业中的规范体系是较为协调的。但是在实际的施工建设中，还是有很多高层建筑的高度超过了这个适用高度。在相关的各类规范中，对于结构高度的要求还是较为严格的，所以也经常出现因为结构变更而导致了施工图纸审查不合格，从而大大的增加了工程的施工工期，并且也浪费了很多的人力、物力和财力。

结束语

对于高层建筑结构设计的相关问题，要遵循高层建筑的设计原则和设计理念，选择最为经济合理的高层建筑结构体系，做好高层建筑的建设工作，同时也保证我国的高层建筑行业得到更健康的发展。

参考文献

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