摘要：近年来，我国的城市兴起了很多高层建筑群，为了确保高层建筑的施工质量，必须预先做好建筑的结构设计工作。而高层建筑对结构设计要求较高，建筑设计师必须要综合分析施工环境、地质条件等因素，设计科学的结构施工方案。基于此，本文阐述了高层建筑结构设计的要素，分析了高层建筑的几种结构类型，探讨了高层建筑结构设计中影响因素及处理方法。
关键词：高层建筑；结构设计；影响因素
随着社会经济的不断发展，很多高层建筑物已经崛起，成为大型都市的新亮点。由于人们对建筑物需求的多样化，以致建筑类型、功能变得更加复杂，从某种意义上来说，增加了高层建筑结构设计的难度，加强高层建筑结构设计影响因素的研究已成为界内重要课题[1]。
一、高层建筑结构设计要素
（一）水平荷载
水平荷载起到决定性作用。其一，由于高层楼房的面积及自重使用荷载在竖向构件里引发的弯矩、轴力数值，只与楼高的一次方成正相关；而水平荷载对于高层结构形成的倾覆力矩，及在竖向构件中形成的轴力与楼高的平方成正相关；其二，对特定高度的建筑而言，竖向荷载一般为定值，而水平荷载中的风荷载与地震功能数值，则会伴随建筑结构的动力特点的变化而呈现较大变化[2]。
（二）轴向变形
对于高层建筑物的施工，竖向荷载量往往较大，可在柱中形成很大的轴向变形，对连续梁的弯矩带来一定的影响，降低了梁中间支座部位的负弯矩数值，增加了跨中正弯矩与端支座的负弯矩数值。同时，还可以给预制的构件长度造成影响，需要结合轴向变形的计算值，对下料长度作出相应的调节。[3]此外，对构件的侧移及剪力造成影响，相比构件的竖向变形产生更加不安全的结果。
（三）侧移
目前，结构侧移已成为影响我国高层建筑设计的重要因素。随着建筑物高度的增加，在水平荷载作用下，结构的侧移将大大扩张，因此在高层建筑结构的水平荷载作用下，必须要有效控制好侧移。
（四）结构延性
高层建筑结构比普通建筑显得更加柔和，表现在受到地震影响下的变形会更大。为了让高层结构步入塑性变形时期后，依然有着极强的变形性能，不容易发生坍塌，尤其要在结构设计上采取有效的防范措施，确保高层结构具有良好的延性[4]。
二、高层建筑的结构体系
第一，框架-剪力墙结构。如果框架系统的刚度和强度不符合相关的设计标准，通常需要在高层建筑平面中选择合适的位置。即形成了“框架-剪力墙”结构。当建筑物承受水平方向的作用力时，框架、剪力墙会借助较强刚度的楼板和连梁构成协同性的结构体系。其中，框架主要负责承受垂直载荷，剪力墙承受水平荷载。[5]通常，该结构的位移是弯曲的剪切曲线。安装剪力墙以增加高层结构的横向刚度并减小水平位移。因此，具有框架 - 剪力墙结构的高层建筑物往往比框架结构更高。第二，剪力墙结构。当主体结构的受力完全作用于平面剪力墙的一个构件时，形成剪力墙结构。在这种建筑体系中，单片的剪力墙可承载所有水平、垂直荷载。剪力墙结构是具有弯曲曲线的刚性建筑结构。剪力墙结构的强度和刚度较高，延展性和导电性好，整体性能良好。并不容易崩塌。第三，筒体结构。凡是将筒体用作抗侧力构件的结构称为筒体结构。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆它主要包括筒体框架，多筒体、单筒体等建筑形式。该筒体属于空间受力构件，其被分成空腹筒和实腹筒。[6]前者包括密排柱，窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙的受力构件；后者包括由曲面墙、平面墙围绕成的竖向三维结构。通常，筒体结构具有极强的刚性和强度，各个构件的受力较为科学，具有良好的抗震、抗力性能，被广泛应用于超高层建筑施工中。
三、高层建筑结构设计的影响因素
（一）结构造型
第一，结构的规则性。我国最新颂布的建筑规范中，对高层建筑的结构设计作出的大幅度的调整，附加了很多的限定条件。例如：嵌固端的上下层构件刚度比、平面的规则性等内容。同时，明文规定了建筑物不得应用非常不规则的设计方案。所以，结构设计工程师对此必须引起高度关注，从而制定科学的施工图。第二，结构超高。根据我国相关的建筑物抗地震以及高层民用建筑物的防火的设计规范内容可知，建筑结构的总体高度受到了较大的限制，特别“新规范”中对以往的超高层建筑施工中的问题，在把原本的限制高度设为A级高度的建筑基础上，又添加了B级高层。所以，一定要对建筑结构的总体高度予以充分地了解与重视。万一结构属于B级建筑，或者超越了B级高度，则结构设计的手段、相应的应对措施也会存在较大的差异。在实际的建筑项目结构设计期间，曾经存在过结构种类变更而忽略建筑高度的问题，最后便利得设计图纸难以通过相关部门的审批，一定要重新规划与设计，或者由相关专家共同讨论，这样，无疑给项目施工工期、工程造价以及整体规划等方面造成较大的影响。
第三，嵌固端设置。[7]因为高层建筑物通常均设置了两层及以上的地下室、人防设施。嵌固侧可观还会设于地下室的顶板处。对此，相关的设计人员通常会忽略了因嵌固侧的设置引发的刚度比、楼板设计、抗震组别等不协调问题。进而给后续设计埋下隐患。
（二）地基及基础设计
在对高层建筑进行结构设计期间，必须参照当地的规范性文件。我国不同地区的地质条件存在较大差异，且情况复杂，而地方性的“地基及基础的设计规范”可以把各地区的地基类型、设计方法等良好的经验作出精准地规定，因此，在设计地基基础时，必须深入研究地方规范，尽量规避后续设计工作的修改。
（三）结构计算、分析
第一，计算软件的选择。常见的计算软件为TAT、SATWE、TBSA等，可是，不同的软件应用的计算模型是不同的，必然导致计算结果的差异。因此，在工程结构设计过程中，应当根据建筑结构的类型、计算模型的特征，科学地选择计算软件。第二，是否需要放大地震力。高层建设结构设计中，涉及到考虑建筑物隔墙对自振周期造成的影响的问题。这在新规范里结合很多项目的实测周期，已给出了各类建筑体系下，高层建筑结构的自振周期的折减系数。第三，振型数目。新规范中，添加了振型参、系数的内容，并提出该参数的限定数值。相关工作者在计算、分析时，一定要准确地判断计算数据的参数结果，并对是否需调节振型数目的取值做出决定。第四，是否需要分开计算多塔间的各地震周期。对于多塔型、大底盘高层建筑，在结构设计期间，设计工程师应当综合分析建筑的特点，若多塔间具有很大的刚度差异，极易发生即使振型参及系数达到要求的情况下，也会在计算某座塔楼地震力时产生较大误差，给建筑物带来隐患。所以要采取有效的计算方式。第五，非结构构件的设计、计算。在设计高层建筑的屋顶部位的装饰构件的时候，应当对建筑物的风荷载、地震作用很大予以考虑，认真依据新规范添加的非结构构件的计算、处理方法展开设计。
结束语
总之，在现代高层建筑的施工结构设计过程中，相关设计及管理者应当坚持“安全、适用、经济”的设计理念，综合考虑技术性、经济性等影响因素，规避任何的错误及疏漏现象，采取有效措施，确保高层建筑顺利施工。
参考文献
[1]郭伟伟.探讨高层建筑结构设计的影响因素[J].中国科技博览，2015（10）：138-138.
[2]於翠.探讨高层建筑结构设计的影响因素[J].中国建筑金属结构，2013（8）：23-23.
[3]周丹阳，莫文清.探讨高层建筑结构设计影响因素[J].建材发展导向，2011，09（8）：108-109.
[4]董燕，胡执标.浅谈高层建筑结构关键设计问题[J].科技创新导报，2011（11）：36-36.
[5]林惇意.试论高层建筑结构专业边缘问题成因及处理方案[J].门窗，2018，第12期
[6]黄小明.高层建筑结构设计的不足及改进对策[J].智能城市，2018，第4卷，第11期
[7]沈玲华.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].安徽建筑，2019，第26卷，第2期
论文作者:刘志鸿
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：结构论文; 结构设计论文; 高层建筑论文; 荷载论文; 高层论文; 构件论文; 建筑物论文; 《建筑学研究前沿》2019年6期论文;