浅析高层建筑的结构特点

摘 要： 随着经济社会的不断发展，高层建筑已成为现在及未来一段时间我国建筑方面的主导， 高层建筑的形式也越来越多样化。高层建筑做为城市发展的标志，是当代科学技术和社会文化经济的一种体现。本文主要是探讨高层建筑的结构特点以及设计中的一些看法。

关键词： 高层建筑 结构 特点 设计

经济发展对土地的利用率要求不断提高，高层建筑在城市建设中也越来越多，从写字间到居民住宅都可以看到高层建筑的身影。目前， 我国高层建筑特别是超高层建筑可谓突飞猛进, 其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。同时， 由于建筑功能也在不断的呈现出多样化， 传统的高层建筑的结构设计理念也在发生重大的变革。

一、高层建筑的结构形式

1. 简体形式。通常而言，简体形式是采用简体为抗侧力构件的结构,其主要包括单简体、 简体－框架、 筒中筒、 多束筒等多种形式。 空腹筒和实腹筒是简体的两种类型。 空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件，实腹筒则是由平面或曲面围成的三维竖向结构单体。

2.剪力墙形式。一般而言，剪力墙形式是是一种良好的结构形式, 其强度和刚度都比较高,有一定的延性,传力直接均匀,整体性好,抗倒塌?芰η俊＜袅η叫问绞舾招越峁梗? 其位移曲线呈弯曲型， 单片剪力墙能承受全部的垂直荷载和水平力。

3.框架－剪力墙形式。 框架一剪力墙形式是在框架体系的强度和刚度不能满足要求, 需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架的情况下形成的。在该形式中,框架主要是承受垂直荷载,剪力墙主要是承受水平剪力,框架 - 剪力墙体系的位移曲线是呈弯剪型。在承受水平力时,框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作。一方面， 剪力墙增大了结构的侧向刚度,使建筑物的水平位移减小， 另一方面， 框架承受的水平剪力明显降低,并且内力沿竖向的分布趋于均匀。

二、高层建筑结构形式的特点

目前高层建筑的结构形式主要有如下两点：

2.1 结构形式复杂化、 多样化

通常，传统的高层结构形式以简体结构， 框架结构、 剪力墙结主， 现如今，为了满足不断提升的建筑功能要求，就必须在传统的结构形式做一定的创新尝试。诸如使用多种结构形式相结合， 或者在常用结构形式上补充其他结构。

2.2 节点的形式和构造趋于复杂

一般而言，高层建筑的结构形式具有复杂多样性的特点，这就使得不同构件的连接节点也变得复杂多样。节点的类型是由构件的形式以及构件的连接方式决定的，节点设计可以说已经成为了高层结构特别是钢结构高层结构安全的控制因素，不同的节点受力方式在一定程度上会影响到结构的设计要求。

三、 高层建筑结构的设计特点

3.1 水平荷载是决定因素。

首先， 对具有一定高度的高层建筑来说,虽然， 竖向荷载大体上是定值,但是作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而发生较大幅度变化的。 其次， 水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力, 却与楼房高度的两次方成正比， 但是， 楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与楼房高度的一次方成正比。

3.2 不可忽视轴向变形。

一般情况下，在竖向荷载作用下, 边、 角柱压缩变形相对较小， 而中柱承担的楼板面积大,轴向力大,压缩变形大。在高层建筑中, 柱中较大的轴向变形是由于竖向荷载数值大而引起的, 并且还会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大。 同时， 由于这一作用还会对预制构件的下料长度产生影响,因此， 在实际的操作中，要根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整。

3.3 把侧移作为控制指标。

随着楼房高度的增加, 水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。 因此， 结构侧移已成为目前高层建筑结构设计中的关键因素。

3.4 结构抗震性与延性

高层建筑结构的抗震设计,不仅要充分考虑到常规设计中的竖向荷载、风荷载外,还必须考虑到地震载荷。为了使结构在地震中避免整体性倒塌, 就特别需要在构造上采取恰当的措施来保证结构具有足够的延性。

3.5 减轻高层建筑的自重

随着高层建筑重量的增大, 其不仅会造成作用于结构上的地震剪力大了,而且还会由于重心高，地震作用倾覆力矩大的缘故从而对竖向构件产生很大的附加轴力,从而造成附加弯矩更大。由于地震效应与建筑的重量成正比,减轻房屋自重也是提高结构抗震能力的好办法。减轻房屋自重是能够在同样地基或桩基下能在不增加基础造价和处理措施的情况下,可以多建层数,这在软弱土层有突出的经济效益。

四、高层建筑结构设计应注意的问题

4.1 地基与基础设计

整个工程造价的决定性因素是地基基础，该阶段设计过程的好坏将会直接影响到后期设计工作的进行，而且出现在这一阶段的问题,有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。所以， 结构工程师一直是比较重视地基与基础的设计。但是， 由于我国占地面积较广,地质条件相当复杂,在地基基础设计中界定一定的标准，实施一定的规范也是有难度的。现行的 《地基基础设计规范》 无法对全国各地的地基基础做详细的描述和规定,因此,在国家标准之下还需建立能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确的地方标准，从而尽量避免因地基问题二造成的对整个结构设计或后期设计工作产生较大影响的问题出现。

4.2 高层建筑结构的受力性能分析

一般情况下，建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定是非常重要的， 在一个建筑物方案设计之初， 建筑师着重考虑的是它的空间组成特点， 而并非是其详细的结构。 因为建筑物的结构必须能将它本身的重量传至地面， 况且结构的荷载总是向下作用于地面的， 所以建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系。 鉴于以上原因， 建筑设计师在建筑设计方案的起始阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布给出总体的规划和设想。

4.3 提倡节约

目前， 国家提倡的是建立节约型的发展社会，实行可持续发展战略。 同样， 在建筑工程中，我们也要遵循这一原则。 按照我国规范标准建设的大楼还是能进入国际市场的，外国大企业在北京买按我国规范设计的大楼就是很好的证明。但是， 从实际状况来看， 由于一些原材料和技术方面的原因， 目前我国规范中的构造要求,并非都比外国低， 有的已经超过。鉴于目前客观形势的,国家经济实力增强和住宅制度改革现状等诸多方面的因素, 我们可以将现行设计可靠度水平适当提高一点,这样投入也不大,但对国家总体和长远利益有利。

五、结束语

总而言之，由于建筑功能和城市规划的需要，加之建设用地的紧张，高层建筑的层数在不断增多。在未来的 10 年或者 20 年间，高层建筑仍是建筑发展的主导趋势，样式会更加的丰富多彩，当然对于高层建筑设计方面的要求也会越来越高。作为我们建筑结构房间的设计人员，一定要保持与时俱进，不断更新设计理念来参与更多的设计， 更好的满足群众与国家的需求。