透析高层建设结构设计问题

一系列新兴结构设计方案以迅猛的速度出现在城市建设中。建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的结构体系也越来越多样化。高层建筑结构设计也成为了高层建筑结构工程设计工作的重点和难点。面对这样的形势，我们应该把高层建筑的结构设计放在首要位置加以研究探讨。

1高层建筑的结构设计分析

1．1高层建筑的结构设计要求分析

高层建筑的结构设计有一些基本要求，主要体现在结构的规则性、规则平面布置要求和规则结构的特征三方面。在结构的规则性方面，应该注意千万别采用那些特别不规则的结构体系，则应采用符合要求的结构体系。比如对承载能力、变形能力和刚度的要求；对结构体系上薄弱部位采取的措施，以及尽量避免因一些结构体系和构件被破坏后致使整个大结构失去对重力和风的荷载，还有应对地震作用的一些能力。针对这些需要避免的问题，可确定高层建筑的结构体系需要符合两个要求，一是需要具有多道抗震的防线，二是结构的水平布置和竖向布置都要达到合理的承载能力，从而避免因结构的局部突变而引起整个结构的质量问题。在规则平面布置上，要满足的要求是有利于抵御竖向和水平方位的荷载，从而做到传力直接、受力面明确和对称均匀，这样可以减少扭转带来的影响。另在地震方面的考虑上，高层建筑要求平面布置简单和规则，力求没有或减少偏心的状况。在规则结构的特征上，主要表现在对高层建筑的抗侧力结构要求上，需要这个结构上的平面布置规则对称以及拥有一定的整体性。建筑的剖面、立面和竖面也需要规则。并要求竖向抗侧力构件的材料强度和截面尺寸能自下而上慢慢减小，从而免去抗侧力结构的侧向承载力和刚度发生突变。

1．2高层建筑结构体系特点分析

1．2．1轴向形变不可忽视竖向荷载成为高层建筑中影响较大的一项存在内容，如果竖向荷载数值较大，就会在引发大的轴向变形。这对梁弯矩有一定的影响，有可能造成梁中间支座处的负弯矩数值减少，跨中正弯矩和端支座负弯矩数值的增大。另外也对构件下料长度有影响，因为下料长度是根据轴向变形计算值来调整的。所以在考虑轴向变形一问题时，也考虑竖向荷载这个因素。

1．2．2侧移是控制指称与低层建筑不同，高层建筑的结构侧移，也是结构设计中至关重要的部份。楼层高度不断在增加，整个结构在水平荷载作用下影发侧移变形的现象也会迅速增大。所以在设计高层结构的时候，一定要求结构强度够大和一刚度，能承受起风荷载作用产生的一系列内力，因此结构侧移大小已经成为高楼使用安全和功能完备的重要指标。

1．2．3结构延性是高层建筑设计的重点跟较低楼房比较来说，高层建筑的结构相对更柔和一些，这导致在地震作用下的变形机率更大。为了避免结构在后期出现变形和倒塌之类的事件发生，事先需要在构造体系上采取多种手段和措施，来保证结构的承载力和延性。

1．2．4水平荷载成为决定因素水平荷载对结构可以产生倾覆力矩和由此在竖构件中引起的轴力，这些是与建筑的高度两次方成正比的。而竖向荷载对一定高度的楼房来说是定值，水平荷载的风荷载和地震作用数值却是随结构动力和特征而变化的。所以在高层建筑结构中，水平荷载问题也需重视。

1．3高层建筑的结构经济性分析

高层建筑在传统意义上只是强调改善建筑体形系数、改进建筑材料的保温性和提高建筑材料的气密性等节能降耗措施。但如今的人们对居住的环境要求不单一从结构性出发，还要从建筑结构的经济性角度去进行考虑。技术性和空间组织、能源与资源的利用、以及从结构设置和建筑循环再利用等方面去全面确立经济性的原则和方法。实践上，很多人引用了富勒的“少费多用”理论，这一理论主要体现在建材运用和空间结构的创意上，这种被称为高效有力的空间围合手段，在尺寸造型和选材上，都有很大灵活性。这一原则主要体现在坚持对平面面积的充分利用，对三维空间的大力挖掘。比如图书馆设计中的模块式思路，或是住宅设计里对厨房和厕所的上区及卧区上下等潜在空间进行有效利用，将每户的主和次二个开间设置为不同层高，都可以大大提高了空间的使用效益。高层建筑结构的经济性主旨，就是以较少的成本获取最大的效用。而“少费多用”的原则的含义就是凭借有效的方式和手段、利用最小化的材料和资源来投资，是一条有效的节约型设计方案。

2高层建筑结构设计的相关问题

2．1结构的规则性问题

新规范重点制定和采用了强制性条文明确规定：“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此结构工程师在遵循新规范的限制条件上，要注意避免后期施工图设计阶段工作的被动性。

2．2短肢剪力墙的设置问题

新规范中对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙。且对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了较多的限制。所以在设计中工程师尽可能的少采用或不采用短肢剪力墙，以免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

2．3结构的超高问题

建筑和高度问题和地震以及火灾等不安全因素有着密切联系，所以结构的高度问题是首要考虑的因素。在抗震规范和高规范条例着，也对结构的总高度有了严格限制。尤其是新规范中针对以前的超高问题，将原来的限制高度设定为A级外，又增加了B级高度，处理措施与设计方法都有大的改变。

2．4嵌固端的设置问题

因为高层建筑一般都带有地下室和人防设施，所以嵌固端的位置可能设置在地下室顶板，也可能设置在人防顶板上。在这个问题上，结构设计工程师往往会忽视由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面；如嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层抗震等级的一致性、嵌固端上下层刚度比的限制、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，忽略其中任何一个方面，都可能导致后期设计工作大量修改或留下安全隐患。