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摘要：建筑物除了承受建筑物本身的恒荷及正常使用時產生的活荷等豎向荷載外，它還需要承擔外界風力產生的水平風荷載、地震產生的水平及豎向地震作用。高層建筑一般的多層建筑不同，很多時候是水平荷載對建筑結構設計起決定性作用。如果對高層建筑結構設計的特點理解不足，會對高層建筑的安全造成不利影響。本文對高層建筑結構設計中存在的問題與設計方法進行初步研究，旨在更好的促進高層建筑結構設計的發展。在本文中我們首先對高層建筑結構設計的原則以及設計的特點進行了簡單的分析，其次對結構設計中存在的問題進行了總結，然后對高層建筑結構設計方案進行了簡單的介紹，最后詳細敘述了高層建筑結構設計的要點。

關鍵字：高層建筑；結構設計；要點分析

1高層建筑結構設計的基本原則

1.1結構方案合理化原則。高層建筑結構方案的合理化是指高層建筑結構設計方案必須與結構體系和結構形式的要求保持一致，同時應滿足經濟性的要求，其中結構體系的具體要求為傳力簡單化、受力明確化。針對某些結構單元相同的高層建筑物，其結構體系應相同。1.2計算簡圖合理化原則。高層建筑結構設計的基礎是計算簡圖，計算簡圖的合理性直接關乎高層建筑結構的安全，由此可見高層建筑結構設計必須堅持簡圖合理的原則。高層建筑結構構件及節點的簡化可以有多種選擇，但必須把計算結果的誤差控制在合理的范圍內，以免對建筑結構產生負面的影響，從而影響建筑結構的安全。1.3結果分析精準化原則。伴隨著計算機技術的迅速發展，當前很多領域都開始應用計算機技術，并且發揮著至關重要的作用，而在建筑結構方案設計中，通過應用計算機技術能夠對相關數據進行科學更加科學的分析，不僅能夠有效的降低人工計算存在的失誤，而且還能確保建筑結構方案的準確與合理。

2高層建筑結構設計特點

2.1水平荷載。建筑同時承受豎向荷載和地震及風產生的水平荷載，在多層建筑中，因水平荷載產生的內力和位移相對較小，對建筑建構設計的影響不大，主要是以重力為代表的豎向荷載著建筑結構的設計起控制作用。而在高層建筑中，很多時候是水平荷載對建筑結構設計起決定性作用，盡管豎向荷載對結構設計會產生重要的影響，但相對于水平荷載來說，影響相對較小。2.2軸向變形。對于多層建筑軸力項相對于彎矩項來說，對結構設計產生的影響不是很大，結構設計時可只考慮彎矩項而忽略軸力的影響。但是對高樓層建筑結構進行分析所要考慮的因素就不太一樣了，需充分考慮到高層建筑的層數、高度對豎向構件軸力值的影響。隨著高度的不斷增加，豎向構件的軸力變形也會變得特別明顯，當豎向構件軸向變形達到一定的程度，會使高層建筑的結構內力數值和分布產生變化。2.3建筑側向位移。隨著建筑樓層及高度的增加，在水平荷載的作用下產生的側向位移也會不斷的增大。高層建筑設計時，需要保證足夠的結構強度，在應對風荷載及地震作用產生的內力作用時，才能有足夠大的力量去抵御。為了能夠將風荷載及地震作用下產生的側移距離控制在一定的限度之內，就必須擁有足夠的抗側剛度能力，才能較好的保障結構安全及正常使用的舒適度。

3高層建筑結構設計存在的問題分析

3.1建筑短肢剪力墻設置存在問題。隨著人們對住宅平面與空間的要求越來越高，高層住宅建筑中短肢剪力墻的運用越來越多。在一般情況下，建筑結構的短肢剪力墻是指墻肢的高度、厚度比例為5-8的墻體。短肢剪力墻與普通剪力墻相比承擔較大軸力與剪力，抗震性能較差，從受力特性及構件的安全儲備有別普通剪力墻，為安全起見，在高層住宅結構中短肢剪力墻布置不宜過多，不應采用全部為短肢剪力墻的結構，在某些情況下還要限制建筑高度。3.2抗震結構設計問題。高層建筑結構設計中很重要的內容是結構抗震設計。受高層建筑高度過高、荷載過大的影響，一旦出現了地震，就會誘發出各種不可估計的問題?，F階段我國建筑工程建設要求高層建筑最低要保證五十年的設計基準期，并對高層建筑的抗震設計進行了明確的規定。但是在實際結構設計中，存在設計人員對規范理解不透、概念設計模糊等問題。如果高層建筑結構設計人員沒有充分認識到上述問題，就會給高層建筑留下安全隱患。3.3扭轉問題。質量中心、剛度中心和幾何中心是高層建筑結構設計中的“三心”，“三心合一”也是高層建筑結構設計過程中需要盡量達到的目標。但是在實際設計中存在“三心”偏離較大的問題。在三心偏離較大的情況下，受較大水平力的影響就會出現高層建筑扭轉震動的問題，影響高層建筑的安全。

4高層建筑設計相關假定

4.1彈性假定。當建筑處于一般風力的、正常使用豎向荷載及低于設防烈度的地震的作用時，建筑結構構件一般處于彈性的工作階段，這一假定與實際的工作情況存在的差異不大。但當遭遇強震作用或者強烈的臺風天氣時，建筑產生的位移會比較大，結構構件會轉入彈塑性的工作階段。在這個時候就應當按照彈塑性動力分析方法進行分析，而不能只按照彈性假定的方法計算，否則就不能將結構構件的真實工作狀態反映出來，留下安全隱患。4.2小變形假定。小變形假定方法是除了彈性假定之外另一種比較常用的方法，但也有學者對幾何非線性問題進行研究。除了彈性假定，小變形假定方法也常被采用。但有不少學者對幾何非線性問題（P-Δ效應）做了一些研究。一般情況下，當頂點水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時，P-Δ效應的影響就不能被忽視了。4.3剛性樓板假定。目前在我國對很多高層建筑結構進行分析時，都是將樓板的平面內剛度設定為無限大，而將樓板平面外的剛度予以忽略。在這種假定下，建筑結構體系的自由度在一定程度上減少，對計算方法進行了簡化。此外通過這種假定，使得在使用薄壁桿件的理論在對筒體體系的結構進行計算時非常方便，但是一般情況下，因為受到計算方式以及其他因素的影響，使得這種假定通常比較適合對建筑的框架以及剪力墻體系的計算。4.4計算圖形的假定。在高層建筑架構體系中，整體分析將采用的計算圖形分為一維、二維協同分析和三維空間分析三種。其中，三維空間分析的普通桿單元，每一節點含有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節點還應該考慮截面翹曲，截面翹曲有7個自由度。

5高層建筑結構設計要點

5.1建筑的載荷設計。在高層建筑的建筑結構設計中，建筑的安全性以及穩定性是設計的重中之重，而建筑的荷載直接影響著建筑的安全以及穩定，因此在進行建設設計時一定要做好荷載的計算。相對于一般的建筑，高層建筑的荷載及其組合要復雜的多，相關的設計人員在進行建筑的荷載計算時需要考慮的內容也多得多。在進行高層建筑的荷載計算時，最主要的內容是以下兩個方面：建筑的地震荷載以及風荷載。在實際的設計中，復雜的超限高層建筑還應當進行的風洞試驗及振動臺試驗，以確保建筑的安全。5.2建筑抗震性能的設計。因為高層建筑的高度要比普通建筑高出很多，多以其對應力的承受能力也不一樣，因此當地震時其產生的反應程度也不是一樣的，因此對于高層建筑，在進行設計的時候必須要充分考慮抗震設計。而且抗震設計時，必須要對建筑所處的地形地質條件都進行充分的考慮，通常土地比較堅硬的其抗震強度會比較大，所以要盡量選擇硬度比較大的土層，而避開那些土質疏松的地層，而對土層的變化進行有效的把握成為抗震設計中的一個困難點。5.3高層建筑結構的包絡設計。包絡設計是近年來比較常見的設計方式，可以有效解決工程項目結構設計中存在的各種問題。當前工程設計問題變化比較多，有許多因素都會影響到結構效應，各種問題盤根錯節，使用目前已經掌握的只是或者軟件很難對其進行準確的分析。學術科學和工程的不同點在于后者難以長時間等待。因此要通過優化結構設計的形式，利用最少的經濟投入來獲取最大的經濟效益，并解決工程項目存在的問題。不同的工程條件可以用不同的網絡設計原則來處理，在對待轉換結構轉換層或者連體結構時，也可以用網絡設計，對構件進行分析驗算，取不利值包絡設計。

總之，高層建筑的復雜性不僅要求其設計人員必須具有較高的綜合素質，而且還有掌握足夠的理論知識以及相關的法律知識，而且在對其進行結構設計時也要對對建筑周圍的環境進行綜合的考慮，由此來提高設計的質量，同時降低建造的成本，促進高層建筑的健康發展。

作者:崔惠林 單位:保定市城鄉建筑設計研究院

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