试论高层建筑的设计问题

摘要：改革开放以来，我国的经济进入了高速发展的快车道，伴随着社会的进步，高层建筑的发展也日新月异。作为建筑设计人员，在进行高层建筑的设计时，不仅仅应学习力学知识和力学规律建立结构受力与变形规律的各种概念，还应注意吸取周内外的震害经验和教训，重视结构试验研究成果，结合施工实践，通过大量工程经验的日积月累，精心设计才能够作出技术先进、安全可靠、经济合理的各种高层建筑的结构设计。

关键词：结构设计；高层建筑：因素；作用

中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

前言

高层建筑在世界上出现已有百余年，也日渐成为人们生活中一种重要的建筑类型。高层建筑体量巨大，视觉冲击力强，充分体现了现代建筑技术、美学、文化等魅力，对城市形态也有重要的影响。

一、高层建筑设计的论述

高层建筑一般由三个部分组成：裙房、主体和顶部，也有些建筑在设计中加入了活跃元素，以使整栋建筑造型生动活跃起来。高层建筑，特别是一些超高层建筑对于一个城市而言，往往具有一定的代表性和象征性，这些建筑物反应了一个城市的经济水平和发展程度。高层建筑的塔楼部分虽然变化的余地不大，但是底层部分却可以运用一些巧妙的方法进行处理来丰富空间形式，所以选择合理的造型就显得尤为重要。高层建筑是一座城市有机组成部分，因其体量大，层数多，所以其高度是城市的重要景点，对城市产生重大的影响。随着我国钢筋混凝土高层建筑迅速发展，科技的不断进步，高层建筑也在不断的变化发展，在前进的过程中，自然也存在着一些设计问题，从城市尺度到人的心理感受，从基本的框架叠加到造型的扭曲变化，每个层面都存在着设计需要解决的问题，这些问题让我们也认识到建筑中存在的各种风险问题。

二、高层建筑设计存在的因素

1.能量（节能）。护墙耗费能量较大，大约占25%左右的能量，护墙的保温效果弱将消耗能量较大。

2.形状（体形系数）。建筑的形体也影响着占地面积多少，例如：圆柱宝塔形状，椭圆形建筑，立方体形状等。

3.环境。建筑的环境位置也会影响设计。

4.季节。不同的季节对建筑需要的热能不同，冬季风强就会热损失较大，增大冷空气的渗透量，使室内热损失加大。由于建筑某些部位处理不当，墙体内部易产生冷凝水。因此，建筑保温材料的选用，建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。

5.风荷载是结构设计的控制因素，随着建筑物高度的增高，风荷载的影响越来越大。高层建筑中除了地震作用的水平力以外，主要的侧向荷载是风荷载，在荷载组合时往往起控制作用。

6.对于高层建筑更改设计时，应在图纸首页说明更改原因、更改范围、更改内容等，以减少设计存在的因素。

三、高层建筑中的设计作用

高层建筑一般分布在城市中商业发达的地段，这些地段的街道本身交通荷载就较大，高层建筑又大大增加了这些街道的交通压力，所以分布在这些街道两侧的高层建筑要尽量控制其层数和高度，同时在规划设计时要对这些街道进行扩展，加大其通行能力。高层建筑结构抗震分析和设计的主要内容，当前国内外抗震设计的发展趋势，是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计，结构弹塑性分析将成为抗震设计的一个必要的组成部分，但是由于结构弹塑性分析的复杂性，在如何进行计算和如何设定具体要求的问题上，各国的做法也有所不同，抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称，建筑的质量分布和刚度变化宜均匀，否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称：一边进深大，一边进深小；一边设计大开间，一边为小房间；一边墙落地承重，一边又为柱承重。

高层建筑对城市各构成要素也产生重大的影响，高层建筑的位置、高度的确定，也应充分地考虑该城市尺度、传统文化，不当的尺度会对城市产生不良的影响，改变了城市传统的历史文化，也改变了原来城市各构成要素之间有机协调的比例关系，

四、高层建筑的结构技术

高层建筑对结构的设计有着严格的要求和计算原则，不论是框架结构还是混合结构，都严重的影响着结构技术，高层建筑重要解决模板、混凝土、钢筋三个方面的施工技术，对小模板、大模板、各个模板均有其优点缺点和其他的适用范围，对于高层建筑的设计在未来方向将面向标准化，工具化方面发展，尺度是在不同空间范围内，建筑的整体及各构成要素使人产生的感觉，是建筑物的整体或局部给人的大小印象与其真实大小之间的关系问题。在结构分析与计算阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，计算确定的构件设计单位均应进行计算并提供计算书。选用标准图时应注明标准图集号及所用参数。采用电算的，除电算计算书外，尚应提供原始计算资料（如面荷载、线荷载的计算），原始数据及总信息中参数取值应校对、审查无误后再输入。因此，对于计算结果，一定要仔细核对，不能算出结果就画图，尤其对于平面形状不规则，不是水平的构件；两根互相连接的悬挑构件；框支桁架等等。必要时，应当用手算简化补充计算， 构工程师也应该相应地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。

五、高层建筑结构设计具有的特点

高层建筑结构设计与低层建筑结构相比较，结构设计在个建筑结构设计中占有更重要的位置，不同结构体系的选择直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等各个方面的问题。其主要特点有:

1.水平力是设计重要因素 在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载力控制着整个建筑的结构设计。而在高层建筑中虽然竖向荷载仍对结构设计有很重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，只与建筑高度的一次方成正比，而水平荷载对结构所产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，却是与建筑高度的两次方成正比。显然，竖向荷载就没有水平荷载的影响大。此外对有一定高度建筑来说,竖向荷载一般都是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性变化而会产生较大的变化。所以，水平力是设计的重要因素。

2.结构延性成为了关键因素 与低层或多层建筑不同，结构延性已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大,与建筑高度的4次方成正比。此外，目前高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现，侧向位移也迅速增大。所以，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求其具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移可以被控制在某一限度之内。

3.对抗震设计的要求更高 现在的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须的就是要使结构具有良好的抗震性能，能够做到小震不坏、大震不倒。

六、高层建筑设计中的外部尺度

①城市尺度。高层建筑位置、高度的确定，对高层建筑的城市各构成要素也产生重大影响。②整体尺度。整体尺度指高层建筑各构成部分，一般在最高和最低等级之间还有1～2 个尺度等级，也不易过多，太多易使建筑造型复杂而难以把握。③街道尺度。街道尺度是指高层建筑临街面的尺度对街道行人的视觉影响。④近人尺度。近人尺度是指高层建筑最底部分及建筑物的出入口的尺寸给人的感觉。

结束语

设计高层建筑中充分地把握各种尺度，结合人的尺度，满足人的使用、观赏的要求，必定能创造出优美的高层建筑外部造型。对于高层建筑这就要求结构设计人员在工作中严格要求自己，不断学习新规范，力求掌握更为合理的结构计算方法。

参考文献：

[1]陈大昆.住宅的优化设计[J].住宅科技，2001，2.

[2]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]陈易.生态危机的对策―――建筑创作中的5r原则[J].建筑学报，2001，5.

[4]高层建筑混凝土结构技术规程[S].