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高层建筑结构设计合理性控制
韩 建
江苏省都市建筑设计研究院有限公司江苏宿迁 223800
摘要：影响一座城市环境的平衡就是高层建筑的建设，关注高层建筑物对环境质量的影响、对城市及周围的影响已经成为当今社会发展的首要问题如何把握高层建筑结构设计的要点，因势因地设计出符合实际需求的，结构合理的高层建筑是我们需要不断加强研究和投入的地方。本文以下对高层建筑结构特点和设计合理性进行了探讨。
关键词：高层建筑；结构设计；合理性；控制
中图分类号：TU208文献标识码： A
前言
高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。当前我国不少高层建筑在结构设计上存在诸多不合理之处，而如何在设计过程中使结构方案经济合理已成当务之急。
一、高层建筑结构设计的特点
1、需要承受较大的水平荷载作用
每一个建筑都需要承受着很大的垂直荷载与水平荷载，以及地震对建筑物造成的影响。在低层和多层建筑结构中，一般重力荷载就是其主要的控制因素，相对于影响来说，水平的荷载较小，侧向位移小。在高层建筑结构中，虽然垂直的荷载对于结构来说有着很大一部分影响，但是主要起着决定作用的还是水平的荷载。并且会随建筑层数及高度的不断增加，水平的荷载作用产生的内力和位移迅速增大。
2、轴向变形的特点
一般对于多层的建筑来说，会对弯矩充分考虑，因为轴力对于底层建筑的影响非常小，一般不去考虑剪切项的内容。但是对于高层的建筑来说，就是极为重要的一个控制点。从上面的公式可知，由于高层建筑的层数非常多，高度有很大，轴的力度数值也很高，而且沿高度所积累的一些轴向变形非常明显，轴向的变形会使得高层建筑结构内力的数值以及分布出现很大变化。对于一些连续性弯矩来说，在利用框--墙结构和框架墙结构的高层建筑中，一般中柱所承受的轴压普遍都会比边柱的大。一旦房屋属于高层建筑的时候，这种轴向变形的差别的数值就会很高，并使得连续梁之间的支座弯矩的数值变小，而跨中的正弯矩的数值逐渐增大。
3、结构的延性特点
相对一般楼房来说，高层建筑物的结构显得更柔，因而一旦出现地震，其变形也会更加大，为确保结构在塑性变形之后仍然能有较强的变形能力，从而避免出现倒塌，因而十分需要在结构上运用合理之措施以保证结构能够有一定的延性。
4、侧移的特点
与较低建筑物有所不同的是，结构侧移成了高层建筑物结构设计当中的重要因素。因为楼房高度在不断增加，由于水平荷载下的结构侧移变形快速变大，所以水平荷载作用之下的结构侧移应当被控制于限度以内。
二、高层建筑结构设计原则
1、合理的结构计算简图
因为如果所选择的计算简图不合理的话，那就有可能因为安全问题而出现事故。所以，选择合理的计算简图是高层建筑结构设计的前提。除此之外，因为在建筑的结构节点除了饺节点和钢节点外还有其他的节点，所以应选择与计算简图相适应的构造方法，将两者间的误差控制在一定的范围内，这样才能保证高层建筑在安全上不会出问题。
2、复杂结构简单化
首先，结构设计中应尽量使结构传力途经简单、明了，尽可能避免关键性构件在各种荷载工况下产生过大的扭矩。复杂的传力途径很难满足内力与变形的协调性，易形成薄弱环节；其次，运用简单、直接和概念清楚的计算方法进行结构的分析计算。
3、整体工作性能
实际的建筑物是一个三维的空间结构，所有的结构构件都以相当复杂的方式在共同协调工作，而不是脱离结构总体系的孤立构件。因此应保证上部结构与其支承结构整体共同工作，传力者和受力者应共同抗力。
4、减少生产成本
在提高高层建筑抵抗侧向力和侧移能力的同时，尽可能地减少成本。在设计高层建筑时，设法减少抵抗侧向力所需增加的材料用量是十分必要的。这也是衡量一个设计人员水平高低的主要标准之一，同时也是对业主、对社会资源的一种贡献。通过优化结构设计方案和结构体系可以达到该目标。
5、结构平面布置的规则性和刚度的连续均匀性
尽可能使结构平面布置的正交抗侧力中心与建筑物质量中心、水平荷载作用中心接近，避免地震和风荷载作用下产生过大的扭转效应。为避免结构出现薄弱层，内力、传力途径和层间位移角的突变，结构竖向抗侧力刚度构件宜连续、均匀。在无法避免的情况下，必须协调结构突变部位的剪切刚度、弯曲刚度和轴压刚度的平稳过渡。
三、高层建筑合理性的指标控制
1、注意高层建筑周边环境对其建设结构的影响
对一座城市街区产生重要的影响就是高层建筑。可以从高层建筑看出一个城市规模和人口数量，同时对于城市街区的集中化、街上的行人、街景本身都具有明显的重要性。这就是所谓的高层建筑与环境关系，它必须成为在一定位置上的有效的城市结构设计方面的主题。建筑的底部必须与街区的城市结构联系，并与城市的水平尺度比例相当。其设计应该对周围建筑的场地范围予以密切注意。临近街道的高层建筑部分的尺度确定，主要考虑到街道行人的舒适度，高层建筑主体因为尺度过大，易向后退，使底层的裙房置于沿街部分，减少了高层建筑对街道的压迫感，但如果退后尺度不当，高层建筑就变得与街道分离了，并可能变得与其环境失去联系，为了保持街道空间及视觉的连续性，高层建筑临街面应与沿街的其他建筑相一致，宜有所呼应，但每个建筑都必须拥有各自的特点，这样除了丰富空间外，还可以缓解人的视觉疲劳。
2、加强高层建筑结构整体协调性
高层建筑的发展可以由规划者通过地方规划来加以控制。一座高层建筑必须首先与整体尺度协调。整体尺度指高层建筑各构成部分，如：裙房、主体和顶部等主要体块之间的相互关系以及给人的感觉。一个十分均衡匀称的建筑体，就是要通过理解和运用有数学关系的比例系统并征对实际被感受到的各种条件要求加以调节，营造出一种自然而然的愉悦、和谐的比例感受的效果。如果一座建筑的各部分比例合理且相协调，同时能够满足正常人的心里要求，那么它就很容易被人们接受，也可称之为成功的建筑。
3、合理控制剪力墙配筋
剪力墙体系在剪力墙体系当中，开洞情况则直接决定剪力墙的受力特性与变形状态。剪力墙的种类较多，不同种类的剪力墙其截面应力分布也会有所不同，这样就对内力及位移进行计算时其方法则会有所不同，但对于剪力墙结构的计算机理主要以平面有限单元法来进行计算，此法较为精确，具有普通适用性。但在其计算时具有较高的自由度和耗费较大，所以通常只用于特殊开洞墙和框支墙的过渡层，只针对这些较为复杂的情况来应用。
4、合理选择建筑结构的材料和形式
根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系，钢结构体系，钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构系。根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系。利用柱，梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构，并且承受水平荷载，这种结构侧向位移大，框架结构内力大，适于50m高度以下的建筑；通过高层建筑的墙體当做抵抗侧力和竖向承重的结构体系，就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大，整体性能好，不易受水平力作用发生变形，适应于高层建筑，但是由于剪力墙的间距小，使得平面的布置不灵活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是架-剪力墙结构体系，这种结构形式不但具有实用性强，布局灵活的优点，同时承水平负载的能力更高，在高层建筑中被广泛使用。
结束语
高层建筑作为城市主要的建筑群，加强其结构的合理性设计，并加以控制，对于提高建筑工程质量，促进城市规划和发展质量具有重要意义。
参考文献
[1]田龙.浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程，2011.1
[2]杨利，席艳.浅谈高层建筑结构设计的注意事项[J].城市建设理论研究（电子版）.2011.（16）
韩 建
江苏省都市建筑设计研究院有限公司江苏宿迁 223800
摘要：影响一座城市环境的平衡就是高层建筑的建设，关注高层建筑物对环境质量的影响、对城市及周围的影响已经成为当今社会发展的首要问题如何把握高层建筑结构设计的要点，因势因地设计出符合实际需求的，结构合理的高层建筑是我们需要不断加强研究和投入的地方。本文以下对高层建筑结构特点和设计合理性进行了探讨。
关键词：高层建筑；结构设计；合理性；控制
中图分类号：TU208文献标识码： A
前言
高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。当前我国不少高层建筑在结构设计上存在诸多不合理之处，而如何在设计过程中使结构方案经济合理已成当务之急。
一、高层建筑结构设计的特点
1、需要承受较大的水平荷载作用
每一个建筑都需要承受着很大的垂直荷载与水平荷载，以及地震对建筑物造成的影响。在低层和多层建筑结构中，一般重力荷载就是其主要的控制因素，相对于影响来说，水平的荷载较小，侧向位移小。在高层建筑结构中，虽然垂直的荷载对于结构来说有着很大一部分影响，但是主要起着决定作用的还是水平的荷载。并且会随建筑层数及高度的不断增加，水平的荷载作用产生的内力和位移迅速增大。
2、轴向变形的特点
一般对于多层的建筑来说，会对弯矩充分考虑，因为轴力对于底层建筑的影响非常小，一般不去考虑剪切项的内容。但是对于高层的建筑来说，就是极为重要的一个控制点。从上面的公式可知，由于高层建筑的层数非常多，高度有很大，轴的力度数值也很高，而且沿高度所积累的一些轴向变形非常明显，轴向的变形会使得高层建筑结构内力的数值以及分布出现很大变化。对于一些连续性弯矩来说，在利用框--墙结构和框架墙结构的高层建筑中，一般中柱所承受的轴压普遍都会比边柱的大。一旦房屋属于高层建筑的时候，这种轴向变形的差别的数值就会很高，并使得连续梁之间的支座弯矩的数值变小，而跨中的正弯矩的数值逐渐增大。
3、结构的延性特点
相对一般楼房来说，高层建筑物的结构显得更柔，因而一旦出现地震，其变形也会更加大，为确保结构在塑性变形之后仍然能有较强的变形能力，从而避免出现倒塌，因而十分需要在结构上运用合理之措施以保证结构能够有一定的延性。
4、侧移的特点
与较低建筑物有所不同的是，结构侧移成了高层建筑物结构设计当中的重要因素。因为楼房高度在不断增加，由于水平荷载下的结构侧移变形快速变大，所以水平荷载作用之下的结构侧移应当被控制于限度以内。
二、高层建筑结构设计原则
1、合理的结构计算简图
因为如果所选择的计算简图不合理的话，那就有可能因为安全问题而出现事故。所以，选择合理的计算简图是高层建筑结构设计的前提。除此之外，因为在建筑的结构节点除了饺节点和钢节点外还有其他的节点，所以应选择与计算简图相适应的构造方法，将两者间的误差控制在一定的范围内，这样才能保证高层建筑在安全上不会出问题。
2、复杂结构简单化
首先，结构设计中应尽量使结构传力途经简单、明了，尽可能避免关键性构件在各种荷载工况下产生过大的扭矩。复杂的传力途径很难满足内力与变形的协调性，易形成薄弱环节；其次，运用简单、直接和概念清楚的计算方法进行结构的分析计算。
3、整体工作性能
实际的建筑物是一个三维的空间结构，所有的结构构件都以相当复杂的方式在共同协调工作，而不是脱离结构总体系的孤立构件。因此应保证上部结构与其支承结构整体共同工作，传力者和受力者应共同抗力。
4、减少生产成本
在提高高层建筑抵抗侧向力和侧移能力的同时，尽可能地减少成本。在设计高层建筑时，设法减少抵抗侧向力所需增加的材料用量是十分必要的。这也是衡量一个设计人员水平高低的主要标准之一，同时也是对业主、对社会资源的一种贡献。通过优化结构设计方案和结构体系可以达到该目标。
5、结构平面布置的规则性和刚度的连续均匀性
尽可能使结构平面布置的正交抗侧力中心与建筑物质量中心、水平荷载作用中心接近，避免地震和风荷载作用下产生过大的扭转效应。为避免结构出现薄弱层，内力、传力途径和层间位移角的突变，结构竖向抗侧力刚度构件宜连续、均匀。在无法避免的情况下，必须协调结构突变部位的剪切刚度、弯曲刚度和轴压刚度的平稳过渡。
三、高层建筑合理性的指标控制
1、注意高层建筑周边环境对其建设结构的影响
对一座城市街区产生重要的影响就是高层建筑。可以从高层建筑看出一个城市规模和人口数量，同时对于城市街区的集中化、街上的行人、街景本身都具有明显的重要性。这就是所谓的高层建筑与环境关系，它必须成为在一定位置上的有效的城市结构设计方面的主题。建筑的底部必须与街区的城市结构联系，并与城市的水平尺度比例相当。其设计应该对周围建筑的场地范围予以密切注意。临近街道的高层建筑部分的尺度确定，主要考虑到街道行人的舒适度，高层建筑主体因为尺度过大，易向后退，使底层的裙房置于沿街部分，减少了高层建筑对街道的压迫感，但如果退后尺度不当，高层建筑就变得与街道分离了，并可能变得与其环境失去联系，为了保持街道空间及视觉的连续性，高层建筑临街面应与沿街的其他建筑相一致，宜有所呼应，但每个建筑都必须拥有各自的特点，这样除了丰富空间外，还可以缓解人的视觉疲劳。
2、加强高层建筑结构整体协调性
高层建筑的发展可以由规划者通过地方规划来加以控制。一座高层建筑必须首先与整体尺度协调。整体尺度指高层建筑各构成部分，如：裙房、主体和顶部等主要体块之间的相互关系以及给人的感觉。一个十分均衡匀称的建筑体，就是要通过理解和运用有数学关系的比例系统并征对实际被感受到的各种条件要求加以调节，营造出一种自然而然的愉悦、和谐的比例感受的效果。如果一座建筑的各部分比例合理且相协调，同时能够满足正常人的心里要求，那么它就很容易被人们接受，也可称之为成功的建筑。
3、合理控制剪力墙配筋
剪力墙体系在剪力墙体系当中，开洞情况则直接决定剪力墙的受力特性与变形状态。剪力墙的种类较多，不同种类的剪力墙其截面应力分布也会有所不同，这样就对内力及位移进行计算时其方法则会有所不同，但对于剪力墙结构的计算机理主要以平面有限单元法来进行计算，此法较为精确，具有普通适用性。但在其计算时具有较高的自由度和耗费较大，所以通常只用于特殊开洞墙和框支墙的过渡层，只针对这些较为复杂的情况来应用。
4、合理选择建筑结构的材料和形式
根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系，钢结构体系，钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构系。根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系。利用柱，梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构，并且承受水平荷载，这种结构侧向位移大，框架结构内力大，适于50m高度以下的建筑；通过高层建筑的墙體当做抵抗侧力和竖向承重的结构体系，就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大，整体性能好，不易受水平力作用发生变形，适应于高层建筑，但是由于剪力墙的间距小，使得平面的布置不灵活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是架-剪力墙结构体系，这种结构形式不但具有实用性强，布局灵活的优点，同时承水平负载的能力更高，在高层建筑中被广泛使用。
结束语
高层建筑作为城市主要的建筑群，加强其结构的合理性设计，并加以控制，对于提高建筑工程质量，促进城市规划和发展质量具有重要意义。
参考文献
[1]田龙.浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程，2011.1
[2]杨利，席艳.浅谈高层建筑结构设计的注意事项[J].城市建设理论研究（电子版）.2011.（16）