淺述高層建筑主體結構設計

張曉光

【摘 要】進行高層建筑結構設計工作時，要涉及到很多學科和領域，是具有較大難度的。高層建筑需要滿足的目標是較多的，如功能性、美觀性、實用性、綜合性、經濟性等，針對目標的差異應制定與其最適應的建設方案。本文根據筆者工作實踐，對高層建筑主體結構設計要點進行了分析和探討。

【關鍵詞】高層建筑主體結構設計

一、高層建筑結構設計概述

與一般建筑結構不同，高層建筑結構有其自身的特點，由于其高度過高，建筑物本身要同時承受水平和垂直兩個方向的荷載。其中，水平荷載主要是由外界的風力引起的，垂直荷載主要是由建筑物本身自重引起的。同時，不同地區對高層建筑物的結構抗震等級也有明確的要求。

一般情況下，低層建筑結構受到的水平荷載和垂直荷載都比較小。但是，在高層建筑中，地震和風力對建筑物的影響就比較大，并且是高層建筑荷載的主要決定性因素。隨著高層建筑物的高度的不斷增加，高層建筑位移增長較快。

但是，一旦高層建筑物產生的側移過大，就會嚴重影響人們居住的舒適度，并且會影響建筑物的使用功能。此外，過大的側移會直接損害建筑結構構件及非結構構件的穩定性。因此，在進行高層建筑結構設計時，必須要將側移控制在規范要求的范圍內，使建筑物能夠滿足人們的正常使用要求和舒適度要求。設計師在進行高層建筑結構設計時，要能夠把握其核心工作。

二、高層建筑主體結構設計問題

1.抗震設計問題

抗震設計規范明確規定了抗震設計目標，并針對不同地區、不同重要性的建筑對抗震設防進行了合理分類。因此，在進行高層建筑結構設計時，必須要使結構能夠滿足延性要求。同時，在抗震設防中應當遵循多道設防原則。

當第一道防線的抗側力構件在遭遇地震被破壞后，要能夠有第二道，甚至是第三道防線立即接替，使建筑物不至于倒塌。當高層建筑物在遭受地震后，重力荷載是導致建筑倒塌的直接原因。因此在進行高層建筑結構設計時，必須優先選擇輕質高強的原材料。在滿足強度和結構變形要求的前提下，綜合考慮經濟性因素，盡可能選用質量較輕的材料。

高層建筑結構設計師要能夠與時俱進，積極應用成熟、可靠的現代化技術和新產品，不斷提高自身設計水平，為建設優質工程貢獻自己的一份力量，為企業爭取良好的經濟利益。在高層建筑結構設計中，利用結構自身的抗震性能來抵抗地震作用，是一種較為被動消極的抗震政策，建筑結構一旦發生破壞，造成的人員傷亡和經濟損失將會不可估量。因此，在進行高層建筑結構設計時，必須通過為結構施加控制裝置，加強結構減震控制。

在地震來臨時，控制裝置和結構自身共同承受地震作用，通過二者的協調作用，能夠有效減輕地震反應?；A隔離是結構減震控制的一種很好的方法，通過安裝隔震裝置系統形成隔震層，能夠有效延長結構周期，使結構本身處于延性工作狀態，有效吸收地震能量，減小結構主體的地震反應，避免房屋破壞甚至倒塌。

2.抗風結構設計，在高層建筑的設計中，自然風是不可避免的影響，因此高層建筑的結構設計不得不重視抗風性能。設計人員在進行高層建筑的結構設計時，一定要了解建筑材料的抗壓性，尤其是風壓帶來的載荷。因為高層建筑的樓層較高，雖然可以起到擋風的作用，但當建筑周圍的氣流發生變化時，建筑間會產生風洞效應，嚴重時可能導致旁邊高層建筑的主體結構破壞、玻璃幕墻因強烈振動破裂、外部掛件掉落和建筑墻體毀壞的現象。這對于高層建筑結構的穩定性以及居住者人生安全是非常不利的。

三、高層建筑結構設計問題的解決對策

為確保建筑居民的人身財產安全，消防設計理念以防為主，也可以設置消防應急措施，確保最大程度的消防安全。消防設計中防火間距很重要，一定要根據相關規范要求進行合理設置。還要根據建筑所在地的地形條件進行設計，以提高該高層建筑與環境的協調性。為了避免火災發生時產生的人員疏散問題，一定要設置合理的疏散通道、防煙區和緊急避難場所。一要考慮防火墻、防火門和防排煙設備的設計，設計有效合理并且安全可靠的消防結構，以降低高層建筑的破壞程度，保證居住者的人身財產安全。

對于地震方面的設計，主要是要優化抗震結構?？拐饐栴}，在高層建筑結構設計中的地位是不可小覷的。高層建筑本身的高度，使得其建筑要求較高，要優化設計建筑結構的構件位置，使得結構壓力均勻分給每個構件，不會出現承壓不均而導致地震時的嚴重破壞。對于非結構構件也要考慮其材料的安全性能。

高層建筑的地震結構設計，最重要的是對地基的選擇與設計，地基是建筑的根本，一旦發生破壞，上部結構將無所依靠。因此在進行結構設計時，必須重視地基的設計，優化其抗震能力，設計出既節省材料又安全可靠的地基。以確保建筑物有足夠的強度和剛度抵抗地震的危害。在確保地基的強度后，還要考慮剪應力的問題，采取強柱弱梁、加強梁柱節點抗震構造措施、設置抗震墻等措施來抵抗水平剪力。建筑物在此基礎上還要考慮對稱性和穩定性，盡量減少地震災難的影響。

最后是抗風方面的問題，對策是優化抗風結構?？癸L結構設計要綜合考慮多種因素，確保建筑物的抗風能力?？癸L結構中對其結構進行基礎的設計時要保證在風荷載作用下的穩定性。確保地基穩固的重要性不僅在抗震中有所體現，對抗風載也起到重要作用。減振體系在高層建筑中的應用受到廣泛歡迎，減震系統可以減少風荷載對建筑物的影響，減振系統的選材將起到巨大作用，因為有些阻尼材料的應用將大大提高高層建筑的抗風能力。

要嚴格按照規范設計抗風結構，采取措施減小風力在建筑物上的疊加和增強，優化結構設計，以減小普遍且危害頗多的風壓破壞，為建筑物的安全性能提供安全保證。

四、高層建筑結構受力分析

建筑師設計師對于一個建筑物的最初方案而言，并不是對其具體的結構進行詳細的確定，而是要重點考慮其空間的組成特點。建筑物的空間形式，即水平方向和豎向的穩定對于一個建筑物的底面來說是非常重要的。因為建筑物的組成是由一些無論是外形還是重量都較為大的構件所組成，而建筑物的結構載荷又豎直向下作用于地面上，所以其結構本身要能將它本身的重量傳至地面，對于建筑物的設計而言，明確地基土的承載力與建筑物所選擇結構體系的作用力之間的關系是一個最為重要的，最基本的要求。所以在建筑方案設計階段，要分布作出承重柱和承重墻的總體設想。

水平向與豎向結構體系相對于高層、多層以及低層建筑物而言，其設計的基本原理一般具有相同性。但是隨著建筑物高度的不斷增加，對與設計的要求也越來越高，而豎向結構體系就成為了高層建筑結構設計的控制因素，因為，首先高層建筑物有較大的豎直載荷，而在這種情況下，就要求有較高的墻、柱或者井筒來支撐；其次，高層建筑物其側向力形成的剪切變形以及傾覆力矩比之于普通的建筑物要大很多。

側向載荷比之于豎向載荷，其對建筑物的效應與建筑物的高度呈正比，即建筑物的高度增加，那么對建筑物的效應也相應的增大，它并不是呈現線性增加的。比如，所有條件都基本相同，在風荷載作用下，建筑物高度的平方與建筑物基底的傾覆力矩成正向比例，而建筑物高度的四次方與其頂部的側向位移成正向比例，地震的作用效應會更加明顯。另外，在高層建筑中，除去抗剪的問題之外，最為關鍵的是建筑物整體的抵抗變形和抗彎性，由此可見，高層建筑與低層建筑在其建筑結構的受力性能上存在很大差異。

五、結語

高層建筑結構設計是一項技術含量較高、綜合性較強的工作，而我國高層建筑結構設計中還存在很多問題。本文分析了高層建筑結構設計特點，并針對結構設計中存在的問題，有針對性地提出了解決問題的辦法。目前，建筑行業仍在快速發展，高層建筑業也在發生著日新月異的變化，對結構設計的要求越來越高。研究高層建筑結構設計中的若干問題及對策有助于為提高我國高層建筑設計水平提供參考，不斷完善和發展高層建筑。

參考文獻：

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