高层建筑结构设计特点及基础结构设计

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摘要：当前我国高层建筑数量越来越多，高层建筑结构设计也成为人们关注的一个热点和焦点，高层建筑与多层建筑不同，在结构设计上有其自身的特点。此外，基础设计在高层建筑设计中占据着非常重要的位置，所以在设计中一定要采取有效措施更好地保证基础设计的科学性及合理性。

关键词：高层建筑；结构设计特点；基础结构设计

在建筑结构设计中，高层建筑的结构设计越发成为建筑设计人员重点关注的内容，同时在设计时也存在着较大的难度。在高层建筑的设计中，基础设计占据着非常重要的位置。科学的基础设计能够更好地保证建筑结构的稳定性。在高层建筑结构设计工作中要充分考虑多个影响因素，同时还要保证基础的质量，进而更好地确保高层建筑结构的稳定性和安全性。

1高层建筑结构设计特点分析

1.1水平荷载影响大

建筑的自重与楼面的使用荷载在竖向构件当中所受的轴力与弯矩值与楼房的高度成正比，而水平荷载当中所产生的倾覆力矩和由此产生的轴力与楼房高度的平方成正比，所以高层建筑的稳定性会在极大程度上受到水平荷载的影响。

1.2高度重视轴向变形

在高层建筑中，竖向荷载不容忽视。其可以在柱结构中引发较为明显的轴向变形，进而对连续梁的弯矩也产生较为显著的影响，并使得连续梁中间支座位置的负弯矩明显减弱，跨中正弯矩以及端支座的负弯矩显著提高，除此之外还会影响到结构设计中下料的长度。因此，必须要结合轴向变形的计算来对下料的长度予以科学的调整。构件剪力和侧移也会因此受到较大的影响。与构件的竖向变形相比，其安全性会有所下降。

1.3以侧移为控制指标

与多层建筑不同，高层建筑设计中必须要关注结构侧移的问题，高层建筑的高度日益升高，同时受水平荷载的影响，结构的侧移变形会更为显著，所以，结构水平荷载作用的影响下，应对侧移予以严格的控制。

1.4更加关注抗震设计

在高层建筑结构设计中若存在抗震设防，则一方面要考虑结构正常使用过程中的竖向荷载以及风荷载，另一方面还要确保结构自身能够具备较强的抗震性，进而更好地保证建筑结构的稳定性。

2高层建筑的结构设计原则分析

2.1场地适应

该原则一般是指高层建筑的地基承载力以及抗震性能都要满足建筑设计的基本要求。

2.2空间整体

高层建筑的设计是一个综合性的空间结构体系，因此其在空间上具有较为明显的整体性。只有不同的结构之间形成有效的配合，才能更好地保证结构的整体性以及整个建筑结构的稳定性。而结构抗震性能与子结构构件的刚度、强度以及受力状态都有着十分密切的联系。

2.3功能适应

在高层建筑结构的设计中，由于其在功能上存在着较大的差异，所以，其也显示出了不同的功能空间特点，结构体系的形式也存在着较大的不同，空间布置上也风格迥异，不同特征的空间要与其结构形成一个整体。

2.4高度合理

不同的建筑结构体系在力学特点以及整体功能方面存在着十分明显的差异，同时不同结构体系也有能够与之相适应的结构高度，只有保证结构高度的合理性，才能更好地体现出结构的整体性以及综合性。

2.5施工方便

该原则主要是指建筑设计形式对建筑的施工工艺选择、施工整体的难度、施工工期以及施工效果都会有着决定性的影响。

3现代高层建筑结构研究

3.1框架结构体系

在高层建筑当中，框架结构体系是较为常见的结构形式，其主要是由不同材料的建筑构件通过不同方式连接所形成的承重负荷体系下所形成的框架建筑结构。该体系一方面可以很好地确保工程自身的安全性与稳定性，另一方面还可以很好地保证各重要结构的关系，进而能够使其变成一个更具完整性的结构。若采用混凝土施工，某些框架结构还会为混凝土和其他附属结构提供附着点。

3.2剪力墙结构体系

剪力墙结构设计中通常有两种设计形式，一种是高剪力墙，一种是底墩剪力墙。高剪力墙通常起到楼层间承力的作用，同时其也是承担上层建筑力的一个非常关键的结构。这种剪力墙的厚度较大，同时墙根处通常设置加强墩，从而更好地保证建筑的刚度和强度。底墩剪力墙主要起到了为内置楼梯承力的作用。通常其高度较低，厚度较薄。为了更好地保证结构强度满足工程建设的要求，一般会根据实际情况在内部设置加强筋。此外，剪力墙的设计也对高层建筑自身的质量有着十分显著的影响，因此必须要根据相关的要求与规范来设计与施工，进而更好地保证工程质量。

3.3筒体结构体系

筒体结构具有较强的特殊性，其一般常用在大跨度空间或超高层建筑当中，该结构是高层建筑发展尤其是超高层建筑出现之后，对建筑强度的要求越来越高而出现的一种特殊的结构形式。在其发展初期，因为在结构设计方面还不是十分成熟，因此其作用和优势并没有得到充分的体现，所以其应用范围受到了较大的限制。但是建筑技术发展速度飞快，尤其是建筑3D技术的带动，筒体结构形式不断完善，其在应用上也得到了明显的改善，同时其优势也更为明显，在应用上也更为普遍和广泛。

3.4框架-剪力墙混合结构体系

这种结构是在框架中根据实际的情况科学设置剪力墙，框架和剪力墙两种结构所形成的一种新的受力形式直接决定了框架剪力墙受力的特点。框架上部通常是上一层建筑的墙体结构，所以结构本身会受到较大的垂直方向上的压力，所以结构需要承受较大的垂直压力。因此在工程设计施工的过程中，一定要采取有效措施，增强其强度以及抗垂直变形的能力，此外还要确保框架施工的质量和效果。剪力墙结构通常会受到较大的水平方向上的力，且其数值较大，对建筑水平结构的稳定性会产生较大的影响。所以在剪力墙施工的过程中，一定要在合理范围内提升其刚度水平。因为这种结构集合了两种结构形式，所以在设计过程中一定要保证二者的科学协调，同时还要在工程施工后对其施工的质量及效果进行严格仔细地检查。

4高层建筑基础设计中的注意事项

4.1确保荷载传递的可靠性

在工程设计的过程中，必须要保证基础结构的刚度和强度，从而更好地确保高层建筑上部结构能够将其对基础顶面的作用力有效传到地基土或桩顶位置。

4.2提高变形协调，控制不均匀沉降

基础结构在上不结构与地基土中间，所以其刚度水平和平面分布对不均匀沉降的控制和减少局部及整体挠度有着非常重要的作用。如在高层建筑中，若采用条形基础就无法保证上不结构对地基承载力的基本要强。在建筑物要求地基刚度较强，能够更好地应对不均匀沉降时，可以采取筏型基础。这种基础形式字平面尺寸和地基均匀度满足要求的前提下，基底平面形心与上不结构的竖向永久荷载的中心永远在一个位置。若出现不重合的情况，在荷载效应永久组合的作用下，可借助对基底面积的调整对偏心距进行有效的控制，进而更好地使其满足要求。

4.3内力分析中充分考虑基础结构与上层结构的作用

在建筑结构设计中，我们必须意识到基础结构、上部结构和地基土三者之间存在着共同作用。在工程设计中可能无法全部顾及，尤其是地基模型和模型参数的选择，其对共同作用有着十分显著的影响。但由于结构构造和配筋能够充分地反映共同作用的最终结果，因此我们必须要对其予以充分考虑。如在面积相同的整体筏型基础上建设了多个高层和多层建筑时，筒体下筏板的厚度以及配筋应严格按照上部结构、基础以及地基土三者的共同作用来计算，戴群芳高层建筑下的大面积筏型基础主楼下筏板的整体挠度一定要在0.5‰以内，主楼与相邻的裙房柱之间的差异沉降应在1‰以内，而裙房柱间的差异沉降应在2‰以内。

4.4关于梁的扭矩问题分析

由于梁具有一定的弹性，在正常使用时，梁自身的抗扭刚度不会出现折减的情况，当处于空间受力情况时，梁会承受扭矩，梁的抗扭刚度会随着扭转裂缝的变化而改变，进而使得扭矩缩小。在进行截面受扭承载力验算时，通常会忽略板产生的作用力，这样验算出的梁承受的扭矩仅仅是一部分。当前，现浇板楼面较多。所以，设计现浇楼面梁时，可将扭矩折减0.4～1.0系数。具体设计时，应将梁的周边无板的梁的抗扭作为重点注意对象；同时不应折减装配式楼盖或独立梁的扭矩。

4.5施工模拟问题

高层建筑的施工通常是分层施加结构自重，而结构自重又给建筑造成了竖向荷载。在具体的施工过程中，柱和剪力墙会逐渐形成轴向变形，由此我们可以得到模拟施工的计算方法。但是，竖向荷载在建筑物投入使用后将转变成长期作用。剪力墙压轴较小，使得内力重新调整，情况又趋向一次加载的计算结果。因此，当进行设计时，应调整顶部楼层配筋异常的梁用两种计算结果，使柱相连梁端负钢筋加大；同时，将与剪力墙相连一侧负钢筋减小。

5结束语

在当前的高层建筑结构设计中，人们越来越重视结构设计的合理性，由于高层建筑结构形式随着高层建筑建设的发展在不断丰富，因此设计中基础设计也占据着越来越重要的位置，因此我们必须要科学地选择基础设计形式，进而保证工程设计的整体效果。

参考文献

[1]许继文，姜明.城市高层建筑结构设计特点及相关问题研究[J].低碳世界，2014（15）.

[2]陈晓光.试论高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].中国住宅设施，2017（04）.

作者:刘倩倩 单位:平顶山平煤设计院有限公司