高层建筑结构分析与设计简介

摘要：近年来，随着我国经济的不断发展，大量的人口向城市转移，于是高层建筑结构形式已经成为一种必然的发展趋势，并占据着主导地位。而高层建筑结构和普通的建筑结构相比，具有其独特的特点，这些特点直接影响高层建筑的结构形式以及设计方式。本文笔者就结合高层建筑结构的特点对设计作简单的介绍。

关键词：高层建筑；结构分析；设计；特点；

Abstract: In recent years, with the rapid development of economy in our country, and a large population of people move to the cities, so high building structure form has become a kind of inevitable development tendency, and it dominates. But compared with common building structure, high-rise building structure has its unique characteristics which directly affect the structure of the high-rise building form and design way. In this paper the author briefly introduce the design combined with the characteristics of high building structure.

Key words: High-rise buildings; Structure analysis; Design; Characteristics

中图分类号：TU208.3文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

我国虽然幅员辽阔，但是人口众多，所以土地的人均占有量在世界排名比较靠后。近些年，随着我国社会主义市场经济的迅速发展，城市人口的数量也在急剧增加，人们的生活水平不断提高，为了解决使用空间以及建筑多功能的要求，高层建筑已经成为现代建筑结构中的主导形式。目前，我国的高层建筑无论是在数量方面还是在建设速度方面都令世界惊叹，但是，在我们享受高层建筑带来的舒适生活的同时，也面临一些问题。人们对建筑功能的要求越来越多样化，这样就使得传统的结构设计理念根本满足不了建筑多样化的要求，使高层建筑结构设计停滞不前。因此，研究高层建筑结构与设计迫在眉睫。

高层建筑结构的特点

我国有句俗话“知己知彼，方能百战百胜”，对于建筑结构设计也是一样的道理，我们要解决高层结构设计问题，就要了解高层建筑的特点，然后对症下药，虽然高层建筑的结构形式多种多样，但是抛开这些外表，其结构形式主要具备以下特点：

1、结构本身自重大

建筑结构的自身重量和其抗震性能有直接的关系，高层建筑最突出的特点就是自重大，这样不仅对建筑的抗震性能提出更高的要求，还加大了基础的荷载。

2、节点的构造和形式复杂

因为高层建筑形式多变，所以不同的构件在连接处也非常复杂。节点的形式是由构件决定的，在钢结构的高层建筑中，节点设计是控制结构安全的重要因素，不同的设计形式还会影响到结构的整体设计。

水平荷载影响力大

对于普通的建筑物而言，建筑结构的设计主要是由竖直方向的荷载决定，而对于高层建筑结构设计，因为高宽比的增大，水平方向荷载产生的内力和侧向位移所占比例也增大了，所以，水平荷载成为确定结构设计的重要因素。

4、轴向变形影响较大

在高层建筑结构中，竖直方向的荷载比较大，容易在柱中引起轴向变形，影响连续梁的弯矩，减小支座位置的负弯矩值，还会影响预制构件的下料长度，此外，对构件的剪力以及侧移也会产生影响。

扭转效应大

如果高层建筑结构在质量以及刚度分布方面不均匀的话，由于水平荷载的作用，就会产生比较大的扭转作用，导致抗侧力结构发生侧向位移，进而影响所有抗侧力结构受到的剪力，所以，在设计高层建筑结构的过程中，结构的扭转效应是至关重要的。

6、动力效应大

针对不同的结构形式，在受到地震作用或者风力荷载等外力作用的时候，所产生的动力效应也不同，对于高层建筑，这种动力效应的影响相对比较大，有时候甚至会影响建筑结构的正常使用，严重的还会使建筑结构遭到破坏。

高层建筑的结构形式

1、简体形式

通常情况下，简体建筑结构形式就是采用简体作为抗侧力构件的一种结构形式，简体形式主要包括以下几种：简体－框架、单简体、筒中筒以及多束筒等。简体形式的两种主要类型是空腹筒以及实腹筒。所谓空腹筒就是由窗裙梁和密排柱或者开孔的钢筋混凝土外墙共同构成的一种空间受力构件，而实腹筒就是通过平面或者曲面围成的一种三维竖直方向的结构单体。2、剪力墙形式

剪力墙结构形式是指建筑受力的主体结构都是由平面剪力墙组合而成的。剪力墙形式在强度以及刚度性能方面都比较高，而且具有一定的延展性能，传力过程不仅直接，而且均匀，整体性能比较好，还具有比较强的抗倒塌能力，属于一种比较好的结构形式。此外，剪力墙结构形式属于刚性结构，它的位移曲线不是直线型的，所以单片剪力墙就能够承受所有的水平力和垂直荷载。3、框架－剪力墙形式

框架一剪力墙结构形式在强度以及刚度性能方面不能满足要求，所以要在适当的位置增设一些较大的剪力墙，用剪力墙替代部分框架。在框架-剪力墙结构形式中，承受垂直荷载主要是靠框架，而水平剪力则是靠剪力墙来承担，当受到水平力的时候，剪力墙和框架就会协同工作。剪力墙增加了建筑结构的侧向刚度,减小建筑物水平方向的位移，降低了框架承受的水平剪力，同时使框架的内力沿竖直方向均匀分布。

高层建筑结构设计需要注意的问题

1、减轻自重和低层或者多层建筑结构相比较，高层建筑减轻自重更有意义。

首先，从地基或者桩基的承载方面考虑，在使用相同的桩基或者地基的情况下，如果能够减轻建筑结构的自重，就会减轻基础的荷载，这样就可以增加建筑的层数，尤其是针对软弱土层作地基的情况，效果更加明显。

其次，地震效应和建筑结构的质量是成正比的，减轻建筑自重可以有效的提高建筑结构的抗震能力。

由此可见，在高层建筑结构设计中，最好使用高强度材料作为结构构件，而非结构构件以及围护墙体等应该选择轻质材料，这样就可以减轻建筑自重，对受力以及抗震方面都有很大的帮助。

基础设计

对于一个建筑来说，基础就像大树的根基一样，如果基础不牢固，无论上面的结构怎么坚实都是没有用的。尤其在我国，地质条件复杂，所以在高层建筑结构设计中要特别注意基础的设计，在设计初期，仔细勘察地质情况，如果属于软土地基就要采取一定的加固措施，避免留下安全隐患。

3、具有较高的受力性能

对于高层建筑来说，受力性能是影响其使用功能和使用寿命的直接因素。建筑物的底面和框架构成了一个整体受力系统，所以在高层建筑结构设计开始的时候，建筑师首先需要考虑的是建筑结构的空间组成特点，而不是详细的结构情况。要保证建筑物能够把它自身的重量有效的传递到地面，而且建筑结构的荷载是向下传递的，所以，在建筑结构设计中，最基本的要求就是要选择合理的结构体系。因此，要求建筑设计人员在设计初期，一定要对主要的承重柱、墙的分布和数量做出总体的规划。

4、抗风设计高层建筑在顶端受到的风力作用都比较大，所以在设计的时候要保证结构具有足够的承载能力，尤其是结构上面部分的刚度要足以抵御风力的侵袭。并且严格控制在风力荷载作用下的位移，保证建筑的正常使用。对于外墙、窗户以及玻璃等装饰构件也要进行精密的测试，避免产生局部的破坏。

5、控制侧移

和低层建筑不同，高层建筑结构容易发生侧向位移，随着建筑高度的增加，结构在水平荷载作用下的侧移也会迅速增加，所以在设计的时候一定要将侧向位移控制在一个限度之内。

延性设计

高层建筑的结构和低层相比要更柔和以下，所以在地震作用下更容易导致变形。为了使结构具有较强的变形能力，需要采取必要的措施，加大结构的延性，避免倒塌。

7、节约为本节约是我们国家的一种美德，也是实现可持续发展的基础。建筑工程的主要特点就是工程量大，工期长，投资多。所以在建筑结构设计的时候一定要注意成本的节约，为国家的长足发展提供有力的保障。

结束语：高层建筑已经成为一种发展趋势，也是现代生活中不可或缺的一部分。它不仅解决了空间问题，还满足了人们对建筑多功能的要求。然而，高层建筑也有其不足的地方，由于层高比较高，所以自重大，建筑顶端受到的自然外力较多，建筑结构在竖直方向和水平方向都比较容易发生位移，这样就给高层建筑结构设计带来了一定的难度。为了保证建筑质量，解决这些问题成了人们关注的热点问题。本文笔者针对高层建筑结构的特点提出了自己的一些见解，希望可以为高层建筑结构设计提供一点参考意见。

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