浅析现代高层建筑的结构与设计

摘要：随着我国经济的快速发展，城市化步伐不断加快，建筑行业逐渐兴起，高端现代的建筑技术的研究与应用，推动高层建筑的发展，使其逐渐成为现代建筑的主要结构构型。笔者通过对现代高层建筑的设计特点及原则加以研究，对其建筑结构进行分析。

关键词：现代；高层建筑；结构设计

中图分类号：TU208文献标识码： A

我国城市化进程的不断加快和土地资源短缺是推动高层建筑发展迅速的主要因素，随着人们生活、精神的需要，高层建筑结构趋于多元化、特色化发展，推动其结构设计和功能的开发。高层建筑结构设计分析是建筑技术施工的基础和前提，关系着建筑的安全与质量，因此，综合分析高层建筑的结构设计特点非常重要。

浅析高层建筑结构的体系构成

目前，根据我国建筑的技术条件，高层建筑的结构形式以钢筋混凝土为主。其结构体系主要有以下四种。

1.1框架结构体系

框架结构体系是高层建筑核心结构体系之一，是承载主要负荷的体系，由相互连接的不同材料的建筑构件组成的。在高层建筑中，该结构体系应用比较广泛，具有分隔维护作用强、灵活性好、施工简单等特点，是整个建筑的骨架。框架结构体系除了具有稳定建筑物内部结构的作用外，还具有联系协调其他各重要结构的作用。除此之外，框架结构还是混凝土等其他他附属结构从属支点。因此，设计高层建筑框架结构体系时，要结合建筑本身特点，科学设计，严格施工，保证结构体系的施工质量。

1.2剪力墙结构体系

剪力墙结构体系的形成是由于受力主体的构件是平面剪力墙，其单片剪力墙承载主要的荷载力，是高层建筑常用的建筑结构形式。剪力墙体系主要由钢筋混凝土构成，加之其结构形式产生的内部应力，使其具有较高的强度和刚度，能够很好地控制建筑物的水平力。剪力墙结构体系一般分为两部分，分别是高剪力墙及底墩剪力墙，两部分作用不同，前者是建筑楼层间的主要承力结构，为增强其刚度和强度，其墙体设计的很厚且墙根处常安装墙墩。后者一边高度较低，主要承担建筑物内楼梯的承载力。底墩剪力墙的设计要考虑多方面因素，如室内设计的美观，所以其厚度较前种薄，因此，为增强其承载力和强度，在底墩剪力墙内部设置加强钢筋。剪力墙结构体系属于弯曲型位移曲线的刚性结构，有较好的延展性和均匀传力性能，是保证高层建筑安全稳定的重要结构体系。

1.3 筒体结构体系

筒体结构体系范围比较广泛，一般将筒体结构用做抗侧力作用的都属于筒体结构体系，是空间跨度较大或超高层建筑的首要选择。筒体结构体系的应用是随着高层建筑技术不断成熟而迅速发展起来的，在筒体结构体系应用的初期，由于建筑设计技术的限制，其自身优势没有得到发挥，布置较死板，与其他结构不协调，未被广泛应用。随着建筑技术的不断发展，3D设计技术的广泛应用，筒体结构体系被优化，性能优势比较突出，在建筑中得到广泛应用。目前。高层建筑的筒体结构体系型式多样，筒体作为一种空间受力结构，包括实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是一种三维竖向结构单体，由平面或曲面墙围成。空腹筒是由钢筋混凝土制成的密排柱或窗裙梁构成的，是主要的受力结构。筒体结构体系的广泛应用，保障了超高层建筑物的安全稳定和内部美观。

1.4框架与剪力墙混合结构体系

框架-剪力墙结构体系是将剪力墙科学适量的布置在框架结构中以适应不同功能要求的体系，该结构构成一种新受力形式，由框架及剪力墙组成两种抗侧力承载水平和垂直负载。框架一剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型，该结构的侧向刚度大小由剪力墙的厚度设置决定，剪力墙的布置还可减小建筑物施工中的水平位移。由刚度较强的楼板和连梁共同工作组成的框架-剪力墙体系使整体结构承受的剪力明显降低且趋于均匀分布。在高层建筑施工过程中，必须保证剪力墙的刚性符合建筑标准，设计时协调好剪力墙与框架的衔接性。在高层建筑中，框架-剪力墙结构体系广泛应用在超高层建筑中。

高层建筑结构设计的基本原则与特点

2.1高层建筑结构设计的基本原则

现代高层建筑结构设计必须根据其功能需要遵循以下三个原则：首先，科学性原则。现代高层建筑的设计要以科学合理为基础和前提，与时俱进的同时，要端正态度，对建筑设计负责，应用科学的方法分析计算工程相关数据，合理规划设计方案，实现高层建筑的科学性。其次，实用性原则。现代高层建筑结构设计在考虑特色与创新的同时，还要充分考虑到其实用性原则。高层建筑设计要考虑其功能需求，优化配置设备和施工技术，实现建筑设计规划的经济实用与高效合理。最后，安全性原则。现代高层建筑最受人们关注的就是安全问题，在建筑结构设计时要着重考虑其抗震性与抗风性，选择经济合理的构型方案，保障结构整体的刚度与承载力。

2.2高层建筑结构设计的特点

现代高层建筑趋于功能多元化方向发展，其结构设计有以下特征：第一，体现结构延性。结构的延展性与地基和桩基的承载力有关，与建筑重量成正比，所以，现代高层建筑设计都会体现结构的延展性，通过增加建筑延展性的方法提高建筑物的抗震性能，增强建筑物的稳定性。第二，体现节能性。节能性是现代建筑设计的关键环节之一，在实际施工设计中，节能性主要体现在墙体建筑材料和墙体涂料的选择上。墙体建筑材料一般选择隔热性好的，可以提高外墙阻热的材料实现节能性目的。墙体涂料一般选用颜色较浅、反射性强的涂料，可减少太阳辐射作用，达到节能目的。第三，体现抗震性能。现代高层建筑设计必须拥有良好的抗震性能，其抗震设计主要分为概念设计和计算设计。其中，建筑结构设计的抗震计算设计是假设情况下进行的，充分考虑到地震时存在的不确定因素与复杂因素，其计算设计必须谨慎科学。除此之外，抗震设计还体现在结构外形和内部结构的设计上，良好的抗震外形和稳定的内部结构都是体现其抗震性能的有效保证。值得注意的是，在结构施工时的材料选择和技术要求都应严格进行，各结构体系的衔接与加固必须谨慎，保证施工高质量，就是保证建筑高安全稳定性。第四，把握轴向变形。轴向变形是由竖向荷载超出框架承受限值引起的，影响对大多数的连续梁弯矩，易发生连续梁中间支座沉陷，使其非正常弯曲，严重时会导致梁体裂缝或折断，从而导致施工事故发生。在设计时为避免轴向变形的发生，一般的处理方式有减轻框架和框剪体系的荷载及增强框架和框剪体系的强度。高层上部的结构材料选择材质轻、强度高且附属结构少的材料。通过增加连系梁内加强筋的方式增强其抗变形能力，减少轴向变形的发生。

3.现代高层建筑的结构分析

针对建筑结构的受力性能科学合理的分析计算，保证建筑结构的质量与安全非常重要，分析现代高层建筑结构的方法有很多，常用的方法有常微分方程求解器分析和有限条法和样条函数法分析。常微分方程求解器是利用有限元技术和能量泛函变分求解常微分方程组，该方法可减少误差，精确计算建筑结构中楼板形变是的静力和动力。有效条法的作用是科学的选择结构计算模型，进行等效连续体和条元的函数计算。样条函数是分段多项式的一种，具有良好的位移模式曲线连续性和拟合度，通用性极强。

结语：

现代建筑技术手段的发展进步，将高层建筑推向规模化的发展趋势，现代高层建筑结构的设计与分析是保证建筑质量的前提，是高层建筑健康长远发展的保障，所以，必须加强对高层建筑结构与设计的重视与研究。

参考文献：

[1] 落俊丽 . 浅析高层建筑结构设计中的基础设计 [J]. 城市建设理论研

究，2012（16）.

[2] 万年春 . 高层建筑结构设计中常见问题探讨 [J]. 企业技术开发（下

半月），2009（02）.

[3] 钟荣发 . 建筑结构设计过程中常见问题探讨 [J]. 中国新技术新产品，

2009（21）.