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摘要：于城市人口密度大，用地紧张，高层建筑依然是未来的趋势，建筑的体型将更加复杂多样。本文结合工作实践，介绍了高层建筑结构设计的原则，重点针对高层建筑结构设计要求和结构体系两个方面的问题进行探讨。
关键词：高层建筑；结构设计；问题
Abstract: in the urban population density, land nervous, high-rise buildings still is the trend of the future, building size will be more complicated. Based on practice, this paper introduces the structure of the high-rise building design principle, key in high-rise building structure design requirements and structure of the two aspects of the problem are discussed.
Keywords: high building; Structure design; question
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以快速发展。另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展，抗风和抗震理论的不断完善，加之新的施工技术和设备的不断涌现，特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。
一、高层建筑结构设计的原则
1、选择合理的高层建筑结构计算简图在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算简图，那么就比较容易造成由于结构安发生的事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，其结构节点不单是钢节点或者饺节点，保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。
2、选择合理的高层建筑结构基础设计按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。综合分析高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况，考虑施工条件，相邻的建筑物的影响等各个因素，在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥，必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告，如果缺失，那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下，相同结构单元应该采用相同的类型。
3、选择合理的高层建筑结构方案合理的结构设计方案必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，如果高层建筑处于地震区，那么应力需要平面和竖向的规则。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水，暖，电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。
4、对计算结果进行准确的分析随着科技的不断进步，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形色色的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。
5、高层建筑的结构设计要采用相应构造措施高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变，强压力弱拉力，强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的执行段锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。
二、高层建筑的结构设计分析
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。針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。
2、高层建筑结构体系特点分析
（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。
（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。
（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。
（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。
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。比如技术性和空间组织、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。
参考文献：
[1] 任华. 某高层建筑结构设计的分析与探讨[J]. 建材与装饰(中旬刊), 2007,(12)
[2] 黄宁峰. 结合实践对高层建筑结构设计若干问题的分析[J]. 四川建材, 2009,(06)
[3] 金来建, 聂威东, 张连奎. 北京地坛体育大厦结构设计及改造加固[J]. 建筑结构, 2007,(S1)
[4] 张志豪. 论高层建筑工程中转换层结构设计的运用[J]. 建材与装饰(下旬刊), 2008,(02)
[5] 葛勇. 对高层建筑框架剪力墙设计的探讨[J]. 建材与装饰(中旬刊), 2008,(05)
[6] 马勇军. 地下室及基础结构设计要点探讨[J]. 科技与企业, 2011,(08)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：高层建筑；结构设计；问题
Abstract: in the urban population density, land nervous, high-rise buildings still is the trend of the future, building size will be more complicated. Based on practice, this paper introduces the structure of the high-rise building design principle, key in high-rise building structure design requirements and structure of the two aspects of the problem are discussed.
Keywords: high building; Structure design; question
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以快速发展。另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展，抗风和抗震理论的不断完善，加之新的施工技术和设备的不断涌现，特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。
一、高层建筑结构设计的原则
1、选择合理的高层建筑结构计算简图在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算简图，那么就比较容易造成由于结构安发生的事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，其结构节点不单是钢节点或者饺节点，保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。
2、选择合理的高层建筑结构基础设计按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。综合分析高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况，考虑施工条件，相邻的建筑物的影响等各个因素，在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥，必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告，如果缺失，那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下，相同结构单元应该采用相同的类型。
3、选择合理的高层建筑结构方案合理的结构设计方案必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，如果高层建筑处于地震区，那么应力需要平面和竖向的规则。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水，暖，电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。
4、对计算结果进行准确的分析随着科技的不断进步，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形色色的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。
5、高层建筑的结构设计要采用相应构造措施高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变，强压力弱拉力，强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的执行段锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。
二、高层建筑的结构设计分析
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。針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。
2、高层建筑结构体系特点分析
（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。
（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。
（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。
（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。
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。比如技术性和空间组织、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。
参考文献：
[1] 任华. 某高层建筑结构设计的分析与探讨[J]. 建材与装饰(中旬刊), 2007,(12)
[2] 黄宁峰. 结合实践对高层建筑结构设计若干问题的分析[J]. 四川建材, 2009,(06)
[3] 金来建, 聂威东, 张连奎. 北京地坛体育大厦结构设计及改造加固[J]. 建筑结构, 2007,(S1)
[4] 张志豪. 论高层建筑工程中转换层结构设计的运用[J]. 建材与装饰(下旬刊), 2008,(02)
[5] 葛勇. 对高层建筑框架剪力墙设计的探讨[J]. 建材与装饰(中旬刊), 2008,(05)
[6] 马勇军. 地下室及基础结构设计要点探讨[J]. 科技与企业, 2011,(08)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。