高層建筑結構設計要點研究范文
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摘要:隨著城市化建設腳步的加快，高層建筑變成了一種趨勢。為了保證高層建筑結構的安全性、經濟性和可靠性，在建筑結構設計之初就要從各方面來考慮問題。建筑結構的合理性對于整個建筑物的質量和安全性都起到了重要的作用，本文就高層建筑結構設計中概念設計及其高層建筑中常發生的部分問題來進行進一步的探討。
關鍵詞:高層建筑;結構設計;問題;概念設計
隨著經濟的迅速發展，受城市化人口的增長與土地使用環境的矛盾，高層建筑逐漸成為了建筑發展一種趨勢。房屋結構形式的改變，也使得高層建筑的結構形式也日益復雜。高層建筑的結構形式常采用框架結構體系、剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、筒體結構或者框筒結構等不同的結構形式來滿足不同類型及不同高層建筑的設計需求，不同類型建筑采用的結構形式也不盡相同。正由于這種多樣性，就突出了結構設計中概念設計的重要性。下面就高層建筑在結構設計過程中的概念設計來分析一些在高層建筑結構設計中需要注意的問題。
1高層建筑的定義
通常在建筑結構設計中，我們常把10層及10層以上或高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的的其他高層民用建筑統稱為高層建筑。高層建筑在結構設計中與低層建筑、多層建筑相比較而言，其豎向和水平結構體系設計的基本原理還是相同的。但較于低層多層建筑不同的是，在低層多層建筑結構設計中，豎向荷載一般是影響結構體系的主要控制因素，但在高層建筑結構設計過程中，隨著建筑高度的增加，雖然豎向荷載仍會對結構設計產生影響，但由于高層建筑整體結構體系會較低層多層建筑而言整體結構剛度偏柔，受到水平力作用如風荷載作用影響較為強烈，在這種情況下，豎向結構體系的設計就成為整個結構實際的主控因素，在高層建筑設計里要注重水平力的作用，保證整體建筑結構的剛性。
2結構設計中概念設計的主要內容
隨著社會的發展，建筑空間的使用功能也有些各種類型的需求變化。在高層建筑結構設計中，對于不同類型、不同使用建筑使用功能、不同高度的建筑宜采用不同的與之相對應的適合的結構體系，使得建筑達到安全可靠且較為經濟的目的。為了達到這一目的，就需要概念設計先行。在高層建筑結構設計的過程中，概念設計其實是結構工程師根據個人工程經驗，在對整體建筑使用功能情況、建筑總高度和建筑所處的地理環境、地質環境有一種較為宏觀的把握下提出的與之相對應的較為經濟合適的結構體系設計。簡而言之，就是根據工程經驗對現有建筑環境、地理環境等前提下擬定大致的結構體系布置，為接下來的深化建模后續的設計計算等提供大致思路，起一個指導性的作用。
3結構設計中的注意問題
(1)高層建筑建筑材料選取及建筑平面設計:高層建筑材料建議采用較為輕質的砌體材料作為填充墻的材質，避免因墻體材料荷載過大，對結構構件和基礎造成較大的負荷。在建筑設計過程中，也盡量避免平面過于不規則和豎向剛度突變的情況;
(2)結構體系的選取:高層建筑的結構體系與多層、低層建筑的結構體系較為不同。多層低層建筑在建筑結構設計過程中，主要受豎向荷載作用，由于層高較矮，風壓對于建筑物結構的影響較小。但高層建筑則不同，由于建筑物高度較高，受水平力影響作用較大。而且，由于現在高層建筑的使用功能五花八門，有時候為了不影響建筑物功能的正常使用，會對結構構件例如柱墻的尺寸有限制，這也為高層建筑結構設計增加了難點，而且高層建筑結構的整體剛性本就相對于多層低層建筑結構偏柔，所以，在高層建筑結構設計中，結構體系的選擇顯得尤為重要。在高層建筑結構設計的概念設計之初，應根據建筑需求，優先選擇結構體系較為規則的，結構平面布置最好是簡單規則，減少偏心，且需考慮結構的抗風性以及抗震性，盡量避免剛性突變易產生薄弱層的結構體系。對于有特殊需求的部分在設計中進行調整。由于高層建筑在其正常使用過程中，常伴隨著水平力(例如風荷載)的作用，所以在設計之初就要考慮水平力作用對高層建筑結構的影響。在高層建筑結構設計中，盡量保證建筑結構的質量、剛度和承載力的均勻分布，避免因水平力作用而扭轉產生扭轉振動，使建筑結構遭到破壞，且不宜采用嚴重不規則的結構平面布置。所以考慮水平力對高層建筑結構的影響，在高層建筑結構設計過程中，盡量將建筑結構的幾何形心、剛度中心和結構重心保持一致，結構均勻布置;
(3)對高層建筑結構設計中各構件的要求:
①高層建筑由于高度高，其整體結構的自重也較為笨重，上部結構重力荷載的上升使得整個建設項目中對于建筑基礎的要求也更為嚴苛。這就要求在高層建筑結構設計過程中對于基礎的設計選型有著更嚴格的把控。高層建筑結構設計中對于基礎的選型要根據甲方提供的地質勘察報告書結合上部建筑結構的具體柱底軸力及其地質條件，施工條件來選擇恰當的基礎類型，不能死搬硬套，遇到不同類型的地質條件或施工條件限制，可選用不同的基礎類型;
②高層建筑在隨著高度的增加，地震作用與風壓作用對整體結構體系的影響也越來越大，剛度過于柔的結構體系在水平地震作用或風作用下，位移過大，容易產生側向變形。一般而言，過大的側向變形會引起搖晃，不僅會讓居住在建筑物上的人們的舒適度降低，影響正常生活質量，還會使建筑的填充墻因產生側向剪切導致開裂影響建筑物正常使用，嚴重時甚至會導致結構主體出現裂縫，導致結構主體破壞。在高層建筑設計規范中也明確注明了對于不同建筑結構類型的位移的要求。因此高層建筑位移的控制或成為高層建筑結構設計中的主要矛盾，適當加大建筑結構的剛度，保證按規范里的嚴格控制;
③在當今高層建筑發展的今天，高層建筑的結構形式一般常采用框架結構體系、剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、筒體結構或者框架—剪力墻結構等不同的結構體系。建筑正常使用過程中各類荷載的傳導過程中，不管經過了多少次多么復雜的傳導過程，最終都是各項荷載從水平傳導轉為豎向傳導，框架柱或者剪力墻作為豎向結構構件，在高層建筑結構中有著不可忽視的決定性作用。按理說，低層由于承受上部傳導的較為巨大的荷載，理性適當加大柱截面，但由于建筑功能的多樣化，很多框架柱或剪力墻的截面都有受到限制，這就要求結構設計師在框架柱或剪力墻截面及其布置的選擇上應在保證安全的情況下考慮其實用性。故不宜做過大的框架柱或者剪力墻，適當提高柱墻的混凝土等級以降低柱子或剪力墻的軸壓比。在高層建筑設計過程中，豎向構件的壓軸比是一個及其需要重視的內容。各種模擬實驗數據和地震震害調查表明，當框架柱或剪力墻的軸壓比過大的時候，當構件遇到水平作用(如地震作用)時的延性變形能力就會大大減弱，極易產生脆性的剪切破壞，而一旦豎向構件產生了破壞，往往使整體結構遭到破壞。所以在高層建筑結構設計時應控制柱的軸壓比，用以提高或保證框架柱或者剪力墻的延性，保證結構的安全性。
4結束語
隨著經濟的發展，城市化建設的進程加快，高層建筑日益增多，對于高層建筑結構質量也較為嚴苛，為保證高層建筑結構的安全性和可靠性，對于結構設計師而言，高層建筑結構設計的要求也增多了。總之，高層建筑結構設計是一個較為復雜的長期的甚至可能是往復循環推敲的過程，任何遺漏或者錯誤都可能使整個結構設計過程變得復雜。高層建筑的結構設計比較靈活，結構體系也比較多，為了保證建筑質量和減少往復的工作量，在設計之初就需要先擬定高層建筑結構概念設計，并在計算推敲過程中把握解決對于高層建筑結構設計中容易出現的問題，更有效率地完成高層建筑結構設計。
參考文獻
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作者：謝道清；楊曉巧 單位：浙江綠城六和建筑設計有限公司