浅谈我国高层建筑结构设计特点与原则

于永明

山东东鲁建筑设计研究院有限公司　山东省威海市　264200

摘　要：随着社会经济的迅速发展，人民物质生活水平的不断提高，居住条件的不断改善，高层住宅如雨后春笋一座座拔地而起。与此同时，高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。关键词：高层建筑；结构设计；设计特点；设计原则中图分类号：TB482.2 文献标识码：A

随着科技的进步与发展，高层建筑已逐步成为城市发展的标志，为了保证人民的生命财产安全，这就对工程师提出了更高的要求。由于高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在设计这过程中出现的遗漏或错误都有可能对设计的结果产生重大的事故。所以我们在设计的过程中要时刻把握设计的过程。在结构设计时实现安全、科学合理、经济的设计目标。

一、高层建筑结构自身的特点

1、框架结构

这里所说的框架结构体系主要是应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由建筑物的若干梁、柱连接节点组成承载结构，框架形成之后便可产生一定的建筑空间，主要是室内空间较大，为使用者提供便利。然而，框架梁柱截面却比较小，这也就造成其自身的抗震性能较差、刚度较低的后果，最终使得整体的建筑高度受限。所以，框架结构也就用于一些抗震性能要求较低，普通的高层建筑当中，如该地区建筑对抗震性能要求较高则不能使用该框架结构。

2、巨型结构

巨型结构主要包括两部分，第一部分受楼层限制比较少，通常是用于几层楼层之间的形状较大的梁、柱或衍架杆件，用这样的强大结构来承担各个方向的力；第二部分是指楼面，它只承担纵向水平力并且还能将之转化的内力转移到巨型框架结构中。一般情况下我们所说的巨型结构包括有巨型框架结构和巨型桁架结构两种形式，不同类型的结构拥有的强度和刚度也是不同的，换句话说，这些结构所适用的高层建筑物也是不同的。

3、抗震墙结构

抗震墙结构属于钢筋混凝土结构的一种，该结构的水平作用主要由墙体承受，因此该结构的具有较强的整体性，不仅刚度十分理想，而且在水平荷载作用的影响下也不会有较大的侧向变形，简单来说，该结构的可较好地满足承载力的高水平要求。由于抗震墙的间距受限制，因此在运用该结构进行平面布置的时候缺乏灵活性，这也是该结构不足的主要方面，这就使得抗震墙结构的应用范围极大的缩小，尤其在公共建筑方面难以发挥其优势，因而，该结构通常用于住宅建筑或旅馆建筑当中，或者说，该结构形式多用于高层居住建筑。

4、框架—筒体结构

抗震墙结构是以抗震墙这一种结构为主，而框架—筒体结构则是框架和筒状抗震墙相结合的一种结构形式，将两种结构结合实际建筑情况而进行合理的结合，最终组成有效负担水平荷载的建筑结构。相较于抗震墙结构，框架——筒体不仅在刚度上有所提高，而且在承载能力上也有了一定的改进。该结构在地震的作用之下，层与层之间的变形得到了一定的限制，不仅隔墙的损坏程度减小，而且外墙的损坏程度也有一定程度的降低，这也就使得该结构适用于地震地区与非地震地区两个地区的同时，还适用于高层建筑与低层建筑两种建筑类型，在应用范围上十分广泛，在我国十分受欢迎。

二、高层建筑结构设计特点

1、重视轴向变形

在楼层比较高的建筑物中，竖向荷载的数值通常都比较大，其结果就是引起柱、墙等竖向构件轴向变形，同时还会对连续梁弯矩有一定的影响，这时，连续梁内部的负弯矩数值变小，而跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；竖向荷载数值的增大对预制构件的下料长度也有比较大的影响。而且轴向变形还对构件剪力等有着不可忽视的影响，和竖向变形比较之后得出的结果也是不可靠的，会直接影响建筑物的安全建设。

2、侧移的重要作用

楼层较高的建筑物和其他高度较低的建筑物不同，其结构设计的关键因素是结构侧移，这已经成为当代建筑行业人士公认的真理。楼层高度越高，水平荷载下结构的侧移变形也会迅猛增大，所以，在高层建筑的设计过程中要把结构侧移控制在适度的范围之内。

3、结构延性是设计的重要因素

高层建筑物在地震作用的影响下与低层建筑不同，高层建筑的结构显得更加柔和，结构变形也会较大。要想使高层建筑在变形时拥有较强的适应能力，防止坍塌，这就需要针对延性较低的结构形式（如框架结构）采用科学合理的举措，从而使之拥有足够的延续性。

三、高层建筑设计过程中遵循的基本原则

1、平面设计的基本原则

高层建筑的平面设计一般都需遵循形状简单、规则，质心和刚心重合的基本原则。偏心较大的结构扭转效应大，这就会造成端部构件较大程度的位移，其结果是应力集中。平面设计过程中的突出部分要适度，不应过长（参《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010：3.4.3 条规定）。为了高层建筑施工及使用的安全，不宜采用不规则的结构平面布置，如果是建筑物使用功能或其他特殊要求采用结构平面布置严重不规则时，可以设置防震缝，使其成为几个相对简单、规则单独结构。尤其是在地震比较频繁的地区，简单、规则、对称的原则对于高层建筑物来讲极其重要。

2、结构竖向设计的基本原则

结构竖向的设计需要遵循的基本原则是规则、均匀。规则，也就是说设计的结构竖向比较规则，即使有一些变化也必须是有章可循的逐渐变化。如果高层建筑的体型沿竖向的猛烈变化会让高层建筑物在地震过程中的应力变形比较集中，这也就会造成高层建筑物在地震中产生严重破坏甚至倒塌。均匀是指高层建筑结构竖向设计过程中需要注意上下体型、刚度、承载力及质量的均匀，而且其变化也需要均匀。高层建筑物的设计者在结构设计的过程中必须注重其结构刚度成塔形。如果设计中下层刚度比较小，这就会使结构变形主要在下部，高层建筑往往会因此形成薄弱层，一旦问题严重便会引起高层建筑物的严重破坏。即使设计体型有一点变化，也必须遵循下大上小的规律性变化，切忌突兀的、快速的变化。伴随着我国近年来社会经济的迅速发展，经济的发展对建筑尤其是高层建筑的功能要求也越来越严格。我国城市化趋势的不断加强也使得城市人口迅猛增加，人多地少的矛盾在城市日益凸显，为了使城市的规划更加科学、合理，就促进了高层建筑的发展和完善。

四、建筑结构设计的未来发展趋势

（1）概念设计将发挥越来越大的作用。概念设计是指正确地解决总体方案、材料使用和细部构造的问题，以达到合理抗震设计的目的。概念设计是根据抗震设计的复杂性、难以精确计算而提出来的一种从宏观上实现合理抗震，避免不必要的繁琐计算，同时为抗震设计创造有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况的设计方法。

（2）采用先进的计算理论。空间受力分析，非弹性变形分析，塑性内力分析，由加载到破坏的全过程受力分析，时程分析，最优化设计，方案优化等先进科学的设计方法、设计理论将得到越来越多的应用。

五、结束语

综上所述，随着科技和经济的快速发展，高层建筑已经成为大中城市建设的主角。高层建筑的形式也越来越多样化。高层建筑做为城市发展的标志，是当代科学技术和社会文化经济的一种体现。当今高层建筑的结构设计影响因素很多，设计师在设计高层建筑时应该充分地把握各种尺度，结合人的尺度，满足人的使用、观赏的要求，必定能创造出优美的高层建筑外部造型。

参考文献：

[1] 刘瑛. 高层建筑结构设计特点与原则探讨[J]. 中国新技术新产品；2012（13）

[2] 包玉坤.浅谈现代高层建筑设计[J]，经营管理者，2011.

[3] 冯玉英.浅谈高层建筑的结构设计[J]，建筑知识.__