高层建筑结构设计要点分析

高层建筑结构设计要点分析

马月平

筑博设计股份有限公司  广东.深圳518000

摘要：本篇文章首先阐述高层建筑结构设计的原则，再分析高层建筑结构设计存在的问题，探究高层建筑结构设计要点，希望可以为相关的高层建筑结构设计工作者提供一定的参考建议，提升高层建筑结构设计工作的整体品质以及效率，促进高层建筑工程的顺利进行。

关键词：高层建筑；结构设计；要点；

引言：新经济时期，随着全国城市化改造进程力度的逐渐加快，高层建筑数量正在迅速大幅增加，建筑领域的过度商业化倾向逐渐加剧。一些中小房地产投资者会更愿意关注这部分利润问题。同时，高层建筑整体的结构优化设计同样是作为一项相对专业性比较强的技术性工作，需要同时综合的考虑一些各种因素，比如结构美观性、经济性等，不断地提高我国建筑结构整体设计专业水平。

1.高层建筑结构设计的原则分析

首先，在分析设计民用住宅建筑结构时，需要重点考虑该建筑空间结构中的单位面积的允许荷载范围，并需以此规范为荷载基础，以确定整个建筑结构体系的最大截面尺寸。其次，需要严格确定在建筑结构施工中的类似于门窗等建筑物墙体间的连接结构部位的质量安全系数。在建筑结构抗震设计施工上，也特别要着重注意建筑结构自身的整体外观，建筑结构必须要整体安全而稳定，保证建筑物结构外观设计符合当今现代人普遍的生活审美要求。最后，还要进一步考虑建筑结构形状组合和建筑物立面形态的空间组合关系等。在重新设计建筑物结构节点的各个转折头、合拢头处和其他交接部位组成的建筑节点时，要首先考虑其建筑结构部分的相对整体性,使其结构节点各受力部分达到协调统一。在建筑结构重新设计过程中，设计师更需要具备有节约成本意识，他们要多从基础工程角度上思考设计材料采购、维护、管理运行等各个环节具体的业务工作内容，并能够在这些业务基础点上合理设计整体建筑结构，确保项目设计与方案最符合建筑实际结构情况，具有可操作性。下图（1）为高层建筑的结构类别，需要相关设计工作人员分类进行探究。

图（1）《高层建筑的结构类别示意图》

2.高层建筑结构设计存在的问题分析

2.1设计人员基础知识薄弱

在国内一些比较小规模的工程设计公司，设计师如果对整个施工技术过程掌握得不到位，他们就会因为没有现场设计图库资料和绘图计算机，无法独立完成工程图纸设计。施工单位现场勘测设计施工经验普遍不足，施工过程中可能遇到各种各样的专业技术问题，施工人员用现有专业设计知识技术和管理经验都完全无法做到有效地解决的。这种相对缺乏工程经验指导和实践指导功能的建筑图纸已经被建筑师广泛的应用于很多低成本较小规模的工程建设或项目施工中，比如对于一些旧城拆迁和项目后的重建。这些建筑结构通常会存在安全技术隐患，让使用寿命较短。

2.2建筑结构工程抗震防灾概念设计不足，标准或规范工作落后

在我国高层建筑工程的结构设计研究中，通常仍存在着很多没有得到充分系统地考虑影响结构和抗震建筑性能评价的关键技术问题。我国的地震带构造分布区域不同，部分省市对抗震结构性能设计问题重视得不够，导致地震结构整体抗震性设计问题发展较缓慢。与国外日本标准、欧洲美国标准等整体抗震性概念研究设计发展成果最突出代表性的西方国家标准相比，我国整体抗震设计性能和设计评价标准研究的广泛应用推广和社会普及不足。

2.3建筑超高问题

建筑物的层数也越来越多，高度也越来越高。因此，在建筑质量问题和工程抗震防灾性能方面有许多具体问题都需要着力解决。与传统多层建筑方式相比，高层建筑对抗震性能设计的要求会更高，相关的规范要求和有关行业标准也应详细规定建筑高度。设计制造过程中特别应注重考虑对超高层建筑结构的特殊抗震技术要求。目前我市部分高层建筑仍存在建筑超高抗震问题，但没有专门制定严格完善的高抗震措施。

3.高层建筑结构设计要点探究

3.1重视前期基础设计

结构工程师越来越重视工程地基和混凝土基础部分的前期设计。这一阶段的复杂基础设计和过程管理能否有效合理的完成，将可能直接地影响前期到中后期各项设计准备工作的高效顺利有序进行，也直接决定了整个工程项目建设的资金运营与成本。所以，后期这个设计阶段也极其重要，存在一些不可完全预知的小问题，处理不当很可能造成一些不可被估量的损失。高层建筑地基应首先根据结构总体布局进行设计，以确定满足一定承载性能要求和防止不对称均匀连续沉降产生的建筑基础形式。利用建筑地下室结构可以适当减少对高层建筑基础地面的自然沉降,也可以有利于充分保证地下基础建筑物的总体承载力能和提高主体建筑本身的动态稳定性。某工程高层建筑的结构示意图请见下图（2）《某工程高层建筑的结构示意图》:

图（2) 高层建筑的结构示意图<<某工程高层建筑的结构示意图>>

3.2建筑结构的力学性能

在建筑结构工程的初始阶段中，建筑设计师们往往考虑最多的是确定空间组合系统的设计，而不是确定最具体的建筑结构。分析建筑体系的主要结构组成特征以及建筑物水平方位和建筑垂直水平方向结构的相对空间稳定性等是非常重要的。由于有些结构建筑可能包含着许多大而重的岩石组成

，结构就必须同时具有能将结构自身的重量直接传递给其地基本身的承重能力，结构自重所要承受的重力荷载就可以垂直向下作用于地基表面。因此，在建筑结构整体设计分析中首先必须考虑明确整个结构体系内力的向下力场与建筑基础整体所受力条件的相对关系，明确结构设计的主要竖向承重板墙荷载的总体数量特征和时间分布。

3.3建筑结构设计中的扭转问题

为了保证整个建筑主体在巨大水平荷载力作用条件下不会因发生扭转现象而遭受损坏，在进行结构整体设计规划过程中，要尽力做好整个结构系统的合理设计，进行建筑物总体平面布局，所以要采取措施尽量保证整体建筑系统三个平面中心受力的和谐统一。高层建筑楼板承受较大水平荷载作用时，扭转振动程度应取决于结构质量及分布。为了要使各个结构之间受力尽量均匀，楼板施加的最大水平力一般能沿整个平面中心线分布，这样便可以适当减少整体结构体系的局部扭转振动。因此，在建筑平面规划中就应强调尽量地使用如正方形、圆形、正弦多边形等基本平面图形。在城市实际发展建设规划过程中，由于城市街景尺度的巨大限制，无法全部采用基本平面形式。可以采用十字、T、L型等各种复杂形态的基本平面图形组合来规划完成一些高层建筑群体的发展建设。因此,需要尽量控制突出的部分总厚度和总宽度之间的一定比例，使之其强度在所允许达到的极限范围之内，并在结构布局设计中尽量使其对称。

3.4建筑高度、高宽超限问题

现行国家建筑规范都给出了最大允许建筑高度比和建筑最大高宽比。在工程设计实践工程中，一些国家高层建筑设计存在允许高度比和高宽度比之间的误差最大值明显超过规定值的严重问题。在建筑工程结构抗震设计研究工作中，如果有发现符合规范所规定范围的最大建筑高度、长宽比、尺寸等不能满足复杂结构设计类型的超高层建筑要求，应尽可能按超限的高层建筑类别进行综合建筑设计。同时，相关工作人员也要格外注意，建筑物设计的最大建筑高度首先是要由其结构竖向设计的类型特征和场地抗震设防程度共同决定下来的，同时高度也同样受设计场地类别规则程度特征的相互制约。

3.6概念设计和理论计算同等重要

抗震分析设计可包括以下两部分，即理论计算的设计部分和工程概念分析设计。虽然抗震设计基本原则都在继续不断加以改进，但有一些工程抗震的设计及计算工作总是需要在一些错误的设计条件环境下反复进行。影响结构地震特性的外部因素也很多，大部分原因都是较为复杂系统的、不确定性的。结构体系受力本身比较系统复杂，还常常受到地基应力等诸多不确定因素综合的直接影响。因此，通过力学理论模型分析和计算求出结构的抗震数值结果可能与我国实际使用情况存在较大差异。特别是当混凝土结构整体进入强弹塑性变形破坏阶段时，构件就极容出现结构局部开裂。这个时候如果按照常规的力学计算原理来进行分析结构问题，基本上是绝不可行的。

4. 结语

综上所述，建筑设计师需要重视前期基础设计，根据结构总体布局进行设计。重视建筑结构的力学性能，明确结构设计的主要竖向承重板墙荷载的总体数量特征和时间分布。关注建筑结构设计中的扭转问题，并在结构布局设计中尽量使其对称。与此同时，建筑高度、高宽超限问题、概念设计和理论计算等问题同等重要。

参考文献

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