本站原创摘 要：高层建筑作为现代主要的建筑形式,研究其特点、设计原则、设计重点和相关问题都具有重要意义.本文对高层建筑结构设计的相关问题作出了详细分析.
关 键 词：高层建筑；结构设计；特点；原则
随着高层建筑进一步的发展,满足高层建筑的形式,材料,力学分析模型都将日趋复杂多元,为了革新高层建筑,体现其魅力,追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向
一、高层建筑结构设计的特点分析
随着建筑用地的不断紧张,高层建筑成为了一种主流的建筑形式.高层建筑不是简单加高建筑,而是有着更加复杂的结构体系.在进行相关的结构设计工程中,要考虑以下几个要素：
从承受能力的角度出发考虑,高层建筑对承受能力的要求比较高,所以其基体和承重墙要有足够的强度.在进行相关建筑材料的选择过程中,要考虑到抗震性能、抗老化性能,越高的建筑对防风性能的要求就越高.高层建筑建筑中的承重和支持系统比普通建筑占有更大的比重；从后勤保障的角度出发,建筑越高,对供水与逃生系统的要求就要越高.在发生灾害时,要保障人员能够在最短的时间撤离危险区域.高层建筑中的使用人员对电气系统的要求更严格,如果大楼的电气系统出现问题,会影响到更多的人；从建筑的附加结构的角度出发,高层建筑的结构设计缺乏灵活性,即一次设计就要满足以后几十年的使用要求.所以,在建筑的具体设计阶段工程师会大胆的加入新的因素.近几年出现的智能化建筑与高层建筑是紧密联系的,一些节能化建筑材料更多的应用在高层建筑中.
二、高层建筑结构设计的原则
计算简图的选择要慎重,是保证结构安全的关键,选用不当则会导致结构安全的事故常常发生.计算简图还应有相应的构造措施来保证实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点,但与计算简图的误差应在设计允许范围之内；基础方案的制定要充分考虑地质条件,上部结构类型与载荷分布,相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析,选择经济合理的基础方案,设计时宜最大限度地发挥地基的潜力,必要时应进行地基变形验算；
一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案结构体系应受力明确,传力简捷.同一结构单元不宜混用不同结构体系,地震区应力求平面和竖向规则；根据所选取的结构体系,选用准确的结构模型和选取正确的结构设计软件通用的计算软件有SATWE、TAT、TBSA等等,结构计算开始前设计人员先要根据规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述,以及根据工程的实际情况对结构参数和特殊构件进行正确设置.但由于计算机软件功能的不完善,得出的结果往往会有很大差异,所以就需要设计人员闑的工作是选择最适宜的软件来计算,这样不但节省了时间,也避免了不安全隐患的发生；
结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”,注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度,尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力.
三、结构设计的重点分析
任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载及风荷载这样的水平荷载,还要承受地震作用.在较低楼房中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计,水平荷载产生的内力和位移很小,对结构的影响也就较小；但在较高楼房中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响,水平荷载却起着决定性的作用.一方面,因为楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与楼房高度的一次方成正比,而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖向构件中引起的轴力,是与楼房高度的两次方成正比,另一方面,对某一定高度楼房来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化.
高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响造成连续梁中问支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大,还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值对下料长度进行调整,另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果.
与较低楼房不同,结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素.随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内.相对于较低楼房而言,高层建筑结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些.为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性.
四、高层建筑结构的相关问题分析
在抗震新规范中,与旧规范相比,有了很多改动,具体阐述如下：新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为高度以外,增加了B级高度,处理措施与设计方法都有较大改变.在实际工程设计中,出现过由于结构类型的变更而忽略该问题,导致施工图审查时未予通过,必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况,对工程工期造价等整体规划的影响相当巨大.在新规范中,对墙肢截面高厚比为5-8的墙定义为短肢剪力墙,且根据实验数据和实际经验,对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制,因此,在高层建筑设计中,结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙,以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦.由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此,在这个问题上,结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面,如：嵌固端楼板的设计嵌固端上下层刚度比的限制嵌固端上下层抗震等级的一致性在结构整体计算时嵌的设置结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患.新旧规范在结构的规则性问作出了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如：平面规则性信息嵌固端上下层刚度比信息等,而且,新规范采用强制性条文明确规定建筑不应采用严重不规则的设计方案.因此,结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,以避免后期施工图设计阶段工作的被动.
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.