高层建筑结构设计中几个常见问题的分析与探讨

　　摘要：随着社会经济的快速发展，建筑事业的逐渐发展壮大，可使用的建筑用地在逐渐减少，此时高层建筑也得到了快速的发展。由于建筑复杂程度的逐渐增加，对结构设计的要求也大大提高，设计任务变得更加复杂繁重，这也对高层建筑设计人员的专业素质提出了更高的要求。作为建筑结构设计人员必须要注重结构的概念设计。本文就高层建筑结构设计中的几个常见问题展开简单分析。

　　关键词　高层建筑;结构设计;常见问题;分析研究

　　Abstract: With the rapid development of social and economic, the gradual development of the construction business is to grow and gradually reduce the use of building land, the high-rise buildings has also been rapid development. As the designer of building structures, we must focus on the conceptual design of the structure. This paper provides several common issues in the high-level design of building structures, a simple analysis.

　　Key words high-rise buildings; structural design; Frequently Asked Questions; analysis

　　中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

　　1.抗侧力的结构设计中的问题分析

　　随着社会经济的发展，建筑业的发展壮大，高层建筑逐年增多。从建筑外观来说，高层和多层建筑间的主要差别表现在了层数与高度上的差距，而从结构设计基本原理来看，两者也几乎是一致的，不存在实质性差别，设计重点都是抵抗竖向与侧向荷载的作用。在高层建筑设计的实际过程中，应该清楚建筑越高，结构越复杂，抵抗的外荷载难度与要求随之越高，同等条件下使用的结构材料也更多，尤其是用来抵抗侧向荷载作用，所以抗侧力结构的设计成为复杂高层建筑设计上最主要的问题，对众多理论研究与实践经验的总结，需要注意如下几个问题：

　　1.1　侧向荷载问题

　　在高层建筑的设计上，在对结构的内力、位移和高度间相互的关系综合考虑之后看出，竖向荷载与高度间存在着正比例的关系，而侧向荷载随着高度的不断上升，位移与弯矩就不再是线性变化了，而会呈现出指数曲线上升的形态。从这点考虑，高层建筑的层数越多，那么侧向荷载控制的好坏就更为重要了。众多的实际工程也证明，设计时更应该考虑侧向荷载作用下结构的优化，优化的好于坏对结构截面的大小及材料用量有着重大影响。

　　1.2　侧向位移问题

　　通过高层建筑和多层建筑的结构设计的比较，高层建筑更加注重结构的侧移问题，因此结构侧移是高层建筑的结构设计中很关键的一个控制因素。经调查发现，结构侧移造成的危害是很严重的，是导致填充墙一级建筑装饰出现开裂、损坏现象的主导因素，从建筑使用人员的立场出发，建筑内的使用人员在建筑物出现明显的侧移时，会感到不适或惊慌;从建筑的结构出发，侧移会为高层建筑的构件带来相当大的附加内力，尤其是针对竖向建筑构件，如果侧移增大将会导致偏心弯矩的急剧增大，使偏心加剧，同时造成建筑主体结构构件的裂缝，从而最终导致结构构件的破坏，随着偏心弯矩的增大，一旦结构构件上附加的内力值达到构件所能承受的极限值之后，就会导致整个建筑物出现侧塌现象。理论研究与实践经验均表明，高层建筑层数越多，在侧向荷载的作用下，侧移变形的增加就会越快。因此，在高层建筑结构构件设计时，一定要将结构在侧向荷载作用下的侧移的问题考虑在内，一定要将侧移控制在规范规定的范围内。

　　1.3　构件设计中的抗震性问题

　　汶川地震时，大量建筑物的倒塌告诉我们，地震对于建筑物而言是毁灭性的，但也并非不能避免。提高建筑物的抗震性能是可以在一定程度上避免地震灾难的，因为高层建筑越高，地震作用力对其带来的危害就越大，所以高层建筑都有一定的抗震要求。因此，针对有抗震要求的高层建筑如何合理的设计结构来抵抗地震力应当引起足够重视，尤其在地震多发区，更应该严格按照规范规定进行地震作用的计算。结构抗震设计时，既要使结构具有足够的刚度，还应使结构具有足够的延性，才能有效的防止地震时出现倒塌事故，同时在设计高层建筑构件时，一定要采取合理措施来确保结构构件的延性，只有这样当建筑结构进入到塑性变形阶段时，才可以展现出较强的变形能力。

　　2.轴向变形问题

　　随着建筑的高度上升，在侧向荷载作用下位移与弯矩会呈现指数曲线的上升形态，所以将侧向荷载的控制作为构件设计控制的主要因素。但是除此之外，我们还应该认识到，轴向力和高度间存在着正比关系，当高层建筑的高度越高，其竖向的荷载数值也会越大，会导致较大程度上轴向的变形。理论与实验研究均表明，轴向变形的问题还会对预制构件下料的长度构成重大的负面影响，因此在预制构件设计时，应该根据轴向变形值来调整下料的长度。另外，从实验研究看出，轴向变形对高层建筑的结构影响并不是孤立的，它还会对构件剪力与侧移造成一定的影响。所以在高层建筑设计时，还应将竖向变形问题加以考虑，以避免结构设计计算的计算结果存在安全隐患。

　　3. 功能性、安全性以及经济性统一问题

　　近些年来虽然中国经济取得了快速的发展，但是中国目前依旧是发展中国家，所以还是要将建设出节约型的社会作为基本原则，杜绝浪费，倡导节约，建筑结构的设计也应该从建筑的功能性、安全性及经济性等几方面因素综合考虑。实践证明，现行的规范安全性是合理的，规范规程作为重要研究及工程经验的总结，结构设计人员应当严格的遵守，不可擅自逾越。不过考虑到目前客观形势的变化，随着国家经济实力的不断增强、住宅制度的改革现状、人们对住宅要求的提高等，在有特别要求的建筑，在投入适当的情况下，可适度提高建筑结构的可靠度水平。

　　4 结束语

　　高层建筑的结构设计过程是一个长期、全面、复杂、谨慎的过程，这个过程中出现的任何遗漏或者是错误, 都可能会导致整个结构的设计过程变复杂，甚至使建筑结构设计的结果出现安全隐患。所以，在结构设计的每个环节中, 都应该认真仔细，通过合理的计算分析，经过不断优化设计，提交出一个科学合理、安全适用、经济耐用的结构设计。

　　参考文献：

　　[1] GB 50011-2010 建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2010.

　　[2] JGJ 3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2010.

　　[3] 林同炎，S·D·斯多台斯伯利;高立人等译.结构概念和体系[M]. 北京：中国建筑工业出版社, 1999.

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文章名称： 高层建筑结构设计中几个常见问题的分析与探讨

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