论文部分内容阅读
摘要：随着我国建筑事业的不断发展，城市建筑的楼层堆砌得越来越高，体积变得越来越庞大，高层建筑和超高层建筑在城市建设中所占据的地位也越来越重要。就目前来说，我国城市建设中的高层建筑工程无论是在建设数量上，还是在建设速度上，都令国人和世界惊叹。当高层建筑逐渐发展成为现代城市住宅的主流时，其结构体系和设计方式也与时俱进的作了不少的改变。本篇文章就高层建筑的结构形式和设计特点作相关论述，并浅要探讨了高层建筑结构设计中需要注意的几方面问题。
关键词：高层建筑；结构设计；设计原则；特点
随着我国城镇化建设进程的不断加快，将来还会有更多的农村人口向城市转移，住房的供应将越来越紧张。在人们想出更好的办法来缓解住房紧张的局面之前，笔者相信，城市建筑的楼层高度依然会无限制的向上增长。因此，在现阶段，很有必要对城市高层建筑的结构形式和设计方式作深入的研究与分析。
1、高层建筑结构在设计时应该遵循的原则
1.1 选用适当的计算简图
高层建筑工程的结构计算是在其工程的计算简图之上进行的，而在对其结构进行设计和计算时，其设计方法以及计算方案的合理选择是保证高层建筑结构设计安全、质量达标的重要前提。因此，高层建筑结构设计所需要遵循的首要原则便是：正确选择科学、合理的结构计算方案。我们来做这样一个假设，如果某栋高层建筑在设计之初，相关设计人员在设计和构思建筑工程的结构图时，没有选择合理适当的计算简图，或者其选用的计算简图不当，造成实际施工中某分项工程的节点与设计图纸的节点不符，那么必然会导致实际误差超过计算简图所允许的误差范围，对建筑工程的质量产生影响。一旦高层建筑的质量出现了问题，其居住和活动在建筑内部的居民的生命安全必然会受到巨大的威胁，甚至是危害。所以，相关人员在对高层建筑的结构进行设计时，务必要遵循其设计原则，选用适当的计算简图来进行建筑的结构计算。
1.2 选择合适的基础方案
对建筑工程来说，在施工建设时，控制好其地基基础的施工质量，是保证工程整体结构稳定性的重要基础。尤其是对高层建筑来说，只有拥有了一个结构稳定、质量达标的地基基础，其工程的整体质量才能够得到有力的保障。所以，无论是在建筑结构的设计中，还是在建筑结构的具体施工中，都要对建筑的地基基础结构引起相关的重视。在设计阶段，其基础设计要根据建筑工程的实际情况，对其施工现场的土壤性质、水文环境等外部条件进行了解和调查，再结合建筑工程上部结构的类型和载荷分布情况，设计一个合适的、经济合理的地基基础方案。此外，对地基基础结构进行设计时，若遇到某些地理环境相当恶劣的工程，还需要结构设计人员亲临现场，对其地质环境勘察和测量，并拟建一份详细的地质勘察报告作为基础设计的参考资料。
1.3合理选择结构方案
合理的结构设计需要选择一个经济可行的建筑结构方案以及合理结构形式，在选择和确定方案时，需要对工程设计要求、材料供应以及工程所在的地理环境、水文条件等进行实地考察，并对考察结果进行综合分析，与建筑、电、水、暖等专业协商完成后，再在此基础上进行建筑结构选型。
1.4 正确分析计算结果
在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。
2、高层建筑结构设计的特点
2.1 轴向变形不容忽视
高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测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。
2.2 结构延性是重要设计指标
相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑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。
2.3 水平荷载成为决定因素
一方面，因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑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变化。
3、高层建筑结构的相关问题分析
3.1 结构的超高问题
在抗震规范和高规中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是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A级高度以外，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。
3.2 嵌固端的设置问题
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。
3.3 结构的规则性问题
新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，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。
4、结语
目前，高层建筑已经成为了我国现代化城市建设的重要标志。而它之所以能够成为城市建筑中的主流，其主要原因还是由于其结构设计的独特性。的确，与普通的建筑结构相比，高层建筑结构在设计手段和施工工艺上来说，都拥有着更为先进的，且更能满足现代人居住需要的筹码。也正是因为这样，高层建筑才更需要在建设之前，结合建筑工程的实际情况，通过通过选择各种有效的設计手法来对其结构进行设计，从而实现高层建筑工程的长足发展。
参考文献
[1] 汪玉欣. 高层建筑结构体系浅谈[J]. 黑龙江科技信息. 2011（04）
[2] 张文光，程伟权. 如何加强高层建筑结构设计及分析之我见[J]. 黑龙江科技信息. 2009（03）
[3] 陈沁. 高层结构设计问题分析[J]. 今日科苑. 2007（06）
关键词：高层建筑；结构设计；设计原则；特点
随着我国城镇化建设进程的不断加快，将来还会有更多的农村人口向城市转移，住房的供应将越来越紧张。在人们想出更好的办法来缓解住房紧张的局面之前，笔者相信，城市建筑的楼层高度依然会无限制的向上增长。因此，在现阶段，很有必要对城市高层建筑的结构形式和设计方式作深入的研究与分析。
1、高层建筑结构在设计时应该遵循的原则
1.1 选用适当的计算简图
高层建筑工程的结构计算是在其工程的计算简图之上进行的，而在对其结构进行设计和计算时，其设计方法以及计算方案的合理选择是保证高层建筑结构设计安全、质量达标的重要前提。因此，高层建筑结构设计所需要遵循的首要原则便是：正确选择科学、合理的结构计算方案。我们来做这样一个假设，如果某栋高层建筑在设计之初，相关设计人员在设计和构思建筑工程的结构图时，没有选择合理适当的计算简图，或者其选用的计算简图不当，造成实际施工中某分项工程的节点与设计图纸的节点不符，那么必然会导致实际误差超过计算简图所允许的误差范围，对建筑工程的质量产生影响。一旦高层建筑的质量出现了问题，其居住和活动在建筑内部的居民的生命安全必然会受到巨大的威胁，甚至是危害。所以，相关人员在对高层建筑的结构进行设计时，务必要遵循其设计原则，选用适当的计算简图来进行建筑的结构计算。
1.2 选择合适的基础方案
对建筑工程来说，在施工建设时，控制好其地基基础的施工质量，是保证工程整体结构稳定性的重要基础。尤其是对高层建筑来说，只有拥有了一个结构稳定、质量达标的地基基础，其工程的整体质量才能够得到有力的保障。所以，无论是在建筑结构的设计中，还是在建筑结构的具体施工中，都要对建筑的地基基础结构引起相关的重视。在设计阶段，其基础设计要根据建筑工程的实际情况，对其施工现场的土壤性质、水文环境等外部条件进行了解和调查，再结合建筑工程上部结构的类型和载荷分布情况，设计一个合适的、经济合理的地基基础方案。此外，对地基基础结构进行设计时，若遇到某些地理环境相当恶劣的工程，还需要结构设计人员亲临现场，对其地质环境勘察和测量，并拟建一份详细的地质勘察报告作为基础设计的参考资料。
1.3合理选择结构方案
合理的结构设计需要选择一个经济可行的建筑结构方案以及合理结构形式，在选择和确定方案时，需要对工程设计要求、材料供应以及工程所在的地理环境、水文条件等进行实地考察，并对考察结果进行综合分析，与建筑、电、水、暖等专业协商完成后，再在此基础上进行建筑结构选型。
1.4 正确分析计算结果
在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。
2、高层建筑结构设计的特点
2.1 轴向变形不容忽视
高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测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。
2.2 结构延性是重要设计指标
相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑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。
2.3 水平荷载成为决定因素
一方面，因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑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变化。
3、高层建筑结构的相关问题分析
3.1 结构的超高问题
在抗震规范和高规中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是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A级高度以外，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。
3.2 嵌固端的设置问题
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。
3.3 结构的规则性问题
新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，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。
4、结语
目前，高层建筑已经成为了我国现代化城市建设的重要标志。而它之所以能够成为城市建筑中的主流，其主要原因还是由于其结构设计的独特性。的确，与普通的建筑结构相比，高层建筑结构在设计手段和施工工艺上来说，都拥有着更为先进的，且更能满足现代人居住需要的筹码。也正是因为这样，高层建筑才更需要在建设之前，结合建筑工程的实际情况，通过通过选择各种有效的設计手法来对其结构进行设计，从而实现高层建筑工程的长足发展。
参考文献
[1] 汪玉欣. 高层建筑结构体系浅谈[J]. 黑龙江科技信息. 2011（04）
[2] 张文光，程伟权. 如何加强高层建筑结构设计及分析之我见[J]. 黑龙江科技信息. 2009（03）
[3] 陈沁. 高层结构设计问题分析[J]. 今日科苑. 2007（06）