高层建筑结构设计特点研究

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摘要:在经济与社会高速发展的背景下，现代化城市的建设进程逐渐加快。在这一背景下，高层建筑获得长足发展。由于高层建筑结构较为复杂，在设计过程中需要结合其特点进行相对合理的优化，为高层建筑结构的稳定性与安全性提供保障。对此，本文主要围绕高层建筑结构的设计特点展开分析，并提出了行之有效的设计方法。

关键词:高层建筑结构；特点；设计

随着城市人口数量的大幅度增加。我国当前的城市建筑用地资源呈现出紧张局面。在这一背景下，高层建筑物应运而生，由于其建筑层数多且高，建筑结构较为复杂，为设计人员增加了诸多难题。所以在设计高层建筑结构的同时，要求设计人员切实考虑高层建筑结构特点，制定相对合理的设计方案，实现高层建筑结构的先进性、安全性与稳定性，继而提高现代城市高层建筑结构的设计效率与设计质量。

1分析我国高层建筑结构的设计特点

相对于层数低且多层的建筑结构而言，高层建筑结构设计更加复杂且更为关键，结构设计质量的高效与否，对高层建筑平面的整体布置、建筑高度、立面体形、机电管道的合理规划、施工技术标准、施工周期、造价成本等方面起着决定性的影响作用，其良好的设计特点主要体现在以下几个方面。

1．1水平力

研究一般低层建筑与多层建筑物的结构设计发现，普遍都是以竖向荷载为前提。而在高层建筑物的结构设计中，其决定性影响作用的则是水平荷载，尽管竖向荷载也在高层建筑结构设计中发挥着重要作用，但并不是最重要的设计要素。不难发现，在现代高层建筑结构设计内容中，弯矩数值和竖向轴力，与高层建筑高度的一次方形成正比。同时，水平荷载对建筑结构的轴力与倾覆力，和高层建筑高度的两次方形成正比。因此，在现代高层建筑结构设计中，水平荷载发挥着决定性的影响作用。

1．2结构侧移

在高层建筑结构的设计优化过程中，持续增加的建筑高度，容易加大结构水平荷载的侧向变形，并同高层建筑高度的四次方形成正比。在这一背景因素下，高层建筑结构的设计优化，逐渐将结构侧移视为重要的设计要素。

1．3提出更高要求的抗震设计

在高层建筑结构的设计优化过程中，对抗震性能的要求不断提高。在这一过程中，需要切实考虑风荷载因素与竖向荷载因素，提高建筑结构性能的使用质量，并保证其高效的使用性能。只有做到以上几点，才可以实现高层建筑结构抗震性能的高效提升，为高层建筑结构的稳固性、安全性与适用性提供保障。

1．4降低高层建筑自重比

在高层建筑结构的设计优化过程中，相对于多层建筑自重比而言，高层建筑自重比的降低，存在更加直接的影响作用。当高层建筑自重比降低时，可以在这一基础上实现多层数的建设，有利于提高建筑企业的经济效益与社会效益;另一方面，地震效应与高层建筑整体质量成正比，高层建筑重量值越高，在地震灾害爆发时其建筑结构方面的作用剪力会随之增大，并增加相应的倾覆力矩值。进一步增加了竖向结构的除加轴力值，为高层建筑的坍塌埋下安全隐患。因此，高层建筑自重比的合理降低，在提升高层建筑结构抗震性能优势的多元化措施中，占据关键位置。

1．5加强对轴向变形的重视

采取框架与框架体系，并应用在剪力墙体系的高层建筑物方面。通常情况下，其建筑框架中柱的轴压应力值远远超出框架边柱的轴压应力值，而框架边柱轴向压缩变形远远低于框架中柱轴向压缩变形。当高层建筑高度达到一定程度，其轴向变形之间存在的差距会形成较高数值，容易导致建筑结构内连续梁中间的支座出现沉陷现象，并降低了连续梁中间支座处负弯矩值，进一步增大端支座负弯矩值与跨中正弯矩值。

1．6同等重视计算设计与概念设计

在设计优化我国高层建筑结构抗震性能的过程中，一般包括计算设计与概念设计两个方面。现阶段，无论是从分析原则还是分析手段方面，我国高层建筑结构的抗震设计与抗震性能都得到了长期的完善和健全。但是，计算设计必须要以相对合理的假想因素为前提，由于地震作用具备复杂、不确定性等诸多不可知因素，由此致使建筑结构中的抗震设计优化和实际情况存在诸多出入，使得建筑结构在进入弹塑性后，极易出现局部裂缝等破损现象。所以，要重视概念设计在高层建筑结构中的影响作用。

2分析高层建筑结构设计的优化方法

现阶段，我国高层建筑工程对钢筋混凝土框架—剪力墙结构的应用较为广泛。其框架结构的整体性，可以实现布置规划的动态性与灵活性，拓宽使用空间，为使用性能与抗震性能提供保障。主要分析了高层建筑结构中钢筋混凝土框架—剪力墙结构的设计策略，并结合建筑结构设计提出相对合理的规范要求。

2．1钢筋混凝土框架结构的设计策略

(1)初始选型。结合建筑结构整体平面与立面规划、设计使用性能等因素，对结构承受的水平荷载、竖向荷载与传力路线展开分析，结合具体施工需求，对结构框架梁、框架柱种类进行归纳总结，选择合理的梁柱几何尺寸;(2)结构的具体分析。在计算建筑结构承受的水平荷载与竖向荷载时，需要结合其具体几何造型特点，加以分析钢筋混凝土结构的空间内力。依照分析内容，在对截面内力进行控制时，需要参考相同截面尺寸的构件，并加以分类，明确所有构件类型的相关应力值;(3)截面设计。在设计过程中，需要参考不同类型梁柱构件的设计控制应力，在分析建筑结构几何构造特点与钢筋配筋特点的同时，制定约束机制，实现高层建筑结构的设计优化;(4)结构收敛性。以高层建筑工程的精度性为基础，选择相对较小的数值，视为对建筑结构收敛性进行检验判断的基础条件。在收敛性检验中，如果设计结构与原结构相同，则设计结构具备收敛性，可以展开更进一步的可行性检验;(5)可行性检验。对结构设计成果展开内力分析，保证其可用性能的高效性。如果分析结果可以满足建筑工程设计的规范标准，便可以按照这一设计方案展开构造与配筋处理。一旦分析结果不甚满意，则要求相关人员结合自身以往的工程设计经验与结构设计成果，进行局部性的调整，最大程度保证设计方案的可用性能。

2．2框—剪结构的设计方法

在优化设计高层建筑结构框架—剪力墙的过程中，需要考虑多个方面。即决策建筑结构设防能力的最大程度优化;结合不同影响因素，保证建筑框架与剪力墙结构之间的承载力、刚度、协调性与变形水平的匹配优化设计。此外，还要做到具体问题具体分析，设计并优化建筑结构的每一构件。

2．3建筑结构的规则性

首先，避免采用缺乏规则约束的建筑结构体系。在高层建筑结构的设计过程中，严格遵循抗震概念设计规范，不采纳缺乏规则约束的结构设计规划，保证高层建筑结构体系具备良好的承载水平、刚度与变形水平。并加大对结构构件质量的检查力度，防止部分构件出现破损，从而造成整体结构缺失风荷载、地震作用与承受能力现象的出现;其次，要求现代高层建筑结构竖向与水平布置的均匀性，保证其刚度与承载力的合理性，并实现抗震防线的多道化。

作者:冯玉斌 刘鹏程 单位:太原市建筑设计研究院