高层建筑的设计研究

摘要：本文主要分析了高层建筑的设计特点，研究了其建筑设计和结构设计的基本原则，对于保证高层建筑的经济性和美观性，结构的的安全性和合理性有着重要意义。

关键词:高层建筑；建筑设计；结构设计；原则

1 引言

随着我国经济的飞速发展，高层建筑在城市建设中所占的比例是越来越大，高层建筑的结构体系和功能呈现多样化，高层建筑的设计也就成为目前研究的热点问题。因此分析高层建筑的设计特点，进行高层建筑的科学设计，对于保证高层建筑的美观性、适用性和安全性有着十分重要的意义。

2 高层建筑的建筑设计

高层建筑是一个城市的象征，它的好坏对一个城市的形象影响也是很大的，合理的建筑设计是高层建筑与城市空间融洽的重要依据，因此进行高层建筑的建筑设计应该科学的遵循各种设计原则。

2.1高层建筑规划设计原则

进行高层建筑的规划设计，首先要避免高层建筑密集和控制高层建筑数量，高层建筑的密集虽然对于城市办公等条件方便有利，却给城市空间带来很多压力，造成城市空间和城市交通的拥挤；其次是高层建筑要和城市空间较好的融合，高层建筑的表现形式也多种多样，选择和城市风景相符合的建筑形式，实现和自然和谐相处，融入城市空间是高层建筑设计的一个重要任务。最后对于一个城市而言，高层建筑往往具有一定的代表性和象征性，可以反映一个城市经济水平和发展程度，选择合理的造型就显得尤为重要。

2.2高层建筑外部尺度设计的原则

高层建筑的尺度设计，首先要考虑的是是整体尺度。结构的整体尺度均衡十分重要，设计时要很好地处理裙房、主体和顶部的尺度关系；高层建筑各部分细部尺度的划分是建立在整体尺度的基础上的，各个主要部分应有更细的划分，尺度具有等级性，才能使各个部分造型构成丰富；其次是城市和街道尺度。高层建筑对城市各构成要素也产生重大的影响，是城市的重要景点，不当的尺度会对城市产生不良的影响；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。高层建筑主体因为尺度过大，易向后退，使底层的裙房置于沿街部分，减少了高层建筑对街道的压迫感；第三是细部尺度，设计师在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。

2.3高层建筑的生态设计原则

高层建筑的生态设计要求应该受到迫切的关注，因为这些地方资源消耗和环境污染相对严重，对全球自然资源和生态系统产生威胁，必须确立绿色建筑发展观念。首先高层建筑的节能首先应为设计者重视，设计时合理选择建筑位置朝向并且优化围护结构墙体设计，由于建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一，体形系数越大耗能越多，高层建筑的形体变化不宜过多、复杂，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。其次我们应该从城市的宏观层面、建筑本身营运系统的中观层面、建筑室内环境的微观层面进行综合考虑，实现建筑与现代城市未来可持续发展。

3 高层建筑的结构设计

3.1 高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业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。其主要有以下特点：

首先水平力是设计主要因素，在低层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，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，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，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的不同而有较大的变化。

第二侧移成为控制指标，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。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。

第三是抗震设计要求更高，有抗震设防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，还必须使结构具有良好的抗震性能

第四轴向变形不容忽视高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而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；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

第五结构延性成为重要的设计指标之一。相对一般楼房来说，高层建筑物的结构显得更柔，因而一旦出现地震，其变形也会更加大。为确保结构在塑性变形之后仍然能有较强的变形能力，从而避免出现倒塌，因而十分需要在结构上运用合理之措施以保证结构能够有一定的延性。

3.2高层建筑结构设计原则

由前述高层建筑的建筑设计原则和结构设计特点可知，高层建筑有越来越多的趋势，是城市的主要建筑大厦，有些甚至是地标性建筑，在结构设计上要注意对城市和周围环境的影响，因此作为一名设计者要最大限度的保证结构设计的安全性，要遵循以下结构设计原则：

第一选用适当的计算简图。结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

第二选择合适的基础方案。基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。

第三合理选择结构方案。一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、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。

第四正确分析计算结果。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。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

第五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、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度考虑温度应力的影响力。

第六结构设计要充分考虑到施工的方便性，设计质量的好坏直接决定着结构的施工工艺、施工难度、施工工期及可能的施工质量，施工工期和材料的选择直接影响到工程的总造价，在设计中要避免设计与施工相脱节。

4 结论

随着社会的进步，高层建筑的发展很快，高层建筑的设计人员应不断学习和提高，通过大量工程经验的积累和精心设计，才能够设计出技术先进、安全可靠、经济合理，造型优美的各种高层建筑。

参考文献

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