高层建筑结构的简要分析与设计

摘要：结构设计是一项集结构分析、数学优化方法以及计算机技术于一体的综合性技术工作，是一项对国家建设有重大意义的工作，同时，亦是一门实用性很强的工作。

关键词：高层建筑；结构；设计

1、高层建筑的结构体系

1.1剪力墙体系

当建筑物中的竖向承重构件主要由钢筋混凝土墙体承担时，此建筑物的结构体系便为剪力墙体系 剪力墙结构的优点是侧向刚度大在水平荷载作用下侧移小，但其缺点是剪力墙的平面外刚度小，使得其间距不宜过大，造成建筑平面布置不灵活，因而少见于大空间的公共建筑 因此，建造较高的住宅公寓和旅馆等建筑物首选剪力墙结构。

1.2框架 剪力墙体系

建筑物的竖向承重构件是由框架与剪力墙共同组合而成时，此建筑物的结构体系即为框架 剪力墙体系 在该体系中，框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙体系主要承受水平剪力和垂直荷载 总体来说，框架 剪力墙结构的特点是建筑布置比较灵活，可以形成较大的空间，且有较大的侧向刚度 因此框架 剪力墙结构体系一般适用于商业办公楼。

1.3筒体体系

建筑物的外围是由密柱深梁或剪力墙围成的筒体构成的受力体系，而中间是剪力墙围成的筒体时，此建筑物的结构体系便为筒体体系 筒体结构的空间结构体系刚度极大，抗 扭 性 能 也好，又因为剪力墙的集中，而不妨碍房屋的使用空间 筒体体系具有造型美观受力合理适用灵活以及整体性强等优点 目前国内百米以上的高层建筑有一半以上采用筒体结构 该结构体系适用于高层和超高层建筑。

2、高层建筑结构设计的相关问题分析

2.1地基及基础设计问题

在建筑设计中，地基及基础的设计是所有设计环节中至关重要的一环。地基和基础是建筑物的根基，地基处理方式选择的是否正确合理，基础设计及施工质量的好坏，均直接影响到整个建筑物的安全和经济。从安全上说，一旦发生地基或者基础的质量问题，其补救及处理都是极其困难的，有时甚至无法补救。从经济上说，地基及基础工程占整个建筑的建设费用的比例很大，约占建筑造价的20%因此，地基和基础设计时应依据国家和地方。规范进行处理和计算，选择合理的地基和基础，以达到既能保证地基的整体性要求，又能节省造价的目的。

2.2嵌固端的位置问题

高层建筑常带有地下室，且地下室往往不止一层。结构上部嵌固端的位置是在地下室顶板还是在基础顶面，对结构的造价会有较大的影响。上部结构的嵌固部位理论上说应具备两个基本条件： 即水平位移和该部位的转角为零。地下室顶面通常满足上述嵌固部位要求的基本条件，一般情况下，应尽量将上部结构的嵌固部位选择在地下室顶面。因为当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，结构的加强部位明确，且结构总的加强范围高度较小，使得结构设计经济性好。而当嵌固端部位越低，结构的总加强范围越大，建筑的费用越高。

2.3带转换层的复杂高层建筑要点

建筑设计中常会碰到底部为大空间结构，而上层为住宅或者办公的建筑物，这种建筑物即是复杂高层建筑结构中的带转换层的结构。该结构设计时应注意转换层属于受力复杂部位，应根据规范要求采用有限元等方法进行详细的应力分析，了解应力分布情况，然后按应力分析进行配筋校核，同时应按双向地震作用及偶然偏心的不利值对结构进行规则性判别，并采取合理的抗震构造措施。

2.4结构的超限问题

建筑设计中如果碰到平面严重不规则竖向严重不规则有转换层错层等结构不利情况时，应注意根据各省建设厅发放的《关于抗震设防超限高层建筑工程界定规定》进行判断，是否属于超限高层的情况。超限高层的抗震设计在规范中并无技术依据，设计人员面对此类情况时应根据实际需要和可能，选定针对整个结构，结构的局部部位或关键部位进行抗震的性能 化设计，选用合理的分析模型进行设计。此类设计必须进行抗震设防专项审查，应对整个工程提出有针对性的抗震措施和对策。

3、高层建筑的结构设计控制

在高层建筑结构的设计中，准确的对建筑物进行设计、分析及控制，是保证建筑结构的整体完善的必要条件。随着计算机软件的利用，设计工作可以进行的越来越快，也就促成了现今结构设计不断的调整和优化。这些调整和优化便是决定建筑结构设计好坏的关键因素。

3.1剪力墙连梁的超筋处理控制

高地震区的剪力墙连梁超筋现象明显，此现象需要进行必要的处理，以确保连梁的强剪弱弯，确保连梁塑性发展后其他结构构件有足够的刚度。连梁计算应通过以下几点进行控制：

1 ） 根据连梁的强弱采用不同的计算模型，当为较强连梁时，采用墙开洞模型计算； 当为弱连梁时，采用梁元模型计算。 2） 对连梁的弯矩和剪力进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。3 ） 当连梁的破坏对承受竖向荷载无明显影响时，对连梁进行铰接设置。

3.2剪力墙底部加强部位高度的确定

剪力墙底部及加强部位的高度，与房屋的高度有关，而房屋的高度指室外地面到主要屋面的高度，不会因为结构嵌固部位的变化而变化，因而，无论嵌固部位如何变化，地面以上加强部位的高度是不变的。嵌固部位的变化，只影响地面以下剪力墙的加强范围，嵌固部位下移一层，总加强范围也跟着下延一层。地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，剪力墙的底部加强部位应执行抗震规范中第6.2节抗震措施中的内力调整的规定，而其中地下一层的加强范围，则无需进行上述调整，直接将一层墙体的配筋往下延伸即可。

综上可知，高层结构设计时，要首先选取合适的结构体系，然后选取合理的结构设计参数进行设计。实际设计时应对基础到剪力墙、框架柱、连梁以及楼板等的计算结果进行详细分析，选用合理的构件配筋。各个环节层层把关，使结构设计真正做到结实耐久，经济合理。

参考文献：

[1]杨志.高层建筑结构分析方法综述[J].四川建材，2011.5

[2]于长江.高层建筑结构布置及设计探究[J].城市建设，2010.21

[3]莫荣建.高层建筑结构设计要点分析[J].建筑？建材？装饰，2009.1

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