北方工程设计研究院有限公司 050011
[摘要]：随着科技的发展和社会的进步，高层建筑建造的速度明显加快。高层建筑的高度在一定程度上反映的是一个国家或者地区的综合实力以及经济实力。但是如果高层建筑结构设计不佳，结构布局不合理，就会造成大量的浪费，也会给高层建筑留下最重要的质量问题以及安全问题，因此，高层建筑结构的设计是十分重要的。
[关键词]：高层建筑；结构设计
[前言]：我国改革开放以来建筑业发生了天翻地覆的变化，近十几年已经成为高层建筑发展的黄金时期。高层建筑的结构设计与多层相比，需要更加专业的技术，不同结构体系的选择会直接关系到建筑的整体表现、平面立面布置以及设备管线走向等。
1.高层建筑结构设计的特点
高层建筑随着高度的增加，水平荷载作用下产生的结构位移加大最为显著，结构水平位移正比于建筑物高度的四次方，而结构自重仅与房屋高度呈线性比例增加。因此，房屋结构不仅要具有一定的强度，更要具备足够的的抗侧移刚度，使得建筑物在水平荷载下产生的位移控制在安全合理的范围之内。
高层建筑结构自重较大，不同结构体系自重所占比例也不同，一般占到建筑总重量的60%~80%左右，因此减轻结构自重相对多层建筑而言更有意义。减轻房屋自重不仅是基于地基承载能力的考虑，同样对于削弱结构整体地震作用、减小承重结构构件截面及配筋有着直接影响。
高层建筑的轴向变形应当重视。因竖向荷载数值很大，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，使得中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形，导致连续梁中间支座负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
在高层建筑结构设计中，不仅要考虑正常的使用荷载，还必须要让结构具有良好的抗震能力，从而实现小震不坏、中震可修、大震不倒的目标。对于高层建筑而言，抗震设计是至关重要的。既要提高结构的抗震安全性，又要尽量保证其经济性，同时应布置多道抗震防线，避免部分结构或构件失效而导致整个结构体系丧失抗震能力或承载能力。
2.高层建筑结构设计的原则
首先是保证建筑结构的平面均匀性。平面形状简单且规则对称，这是能够让质心和刚心重合的理想方式。如果偏向较大的结构扭转，就会加大结构的位移，导致应力集中。平面突出的部位不应过长，会导致扭转加剧。在高层建筑中，不应当采用严重不规则的结构布置。
其次是追求建筑结构的立面均匀布置。最基本的就是均匀和规则。均匀是指上下的刚度、承载力以及质量分布变化均匀，结构设计的刚度大小合适。若下层刚度小于上层刚度，则会形成相对薄弱层，严重时可能会引发坍塌。构件尺寸变化应当把握“下大上小”原则，尽量避免截面突变。
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3.高层建筑结构设计的要求
第一，高层建筑结构设计应当注重结构的延性设计。随着高度增加，建筑物水平荷载作用下侧移增大，要求建筑物具有足够的变形能力，使结构在塑形变形阶段仍然安全，因此在构造上需要采取恰当的措施，保证结构具有足够的塑形变形能力。例如尽量避免出现短柱、选择合适的截面确定合理配筋率、控制轴压比等等。
第二，高层建筑结构设计要具有直接简洁有效的地震力传递途径。对于高层建筑而言，应当让竖向荷载以最短的路径传递，避免压力的多次转移，在转移结构的布置上，要注意抗侧力结构的均匀变化。
第三，高层建筑结构设计要注重建立多道抗震防线。在框剪结构中，剪力墙是主要的抗侧力部分，也是抗震的第一道防线，因此必须要有一定数量的剪力墙，以此来承受结构的地震倾覆力矩，一般不小于总倾覆力矩的50%，而框架部分则是第二道防线。为避免剪力墙发生剪切破坏和底部墙体过早屈服，更有效的发挥第一道防线的作用，应控制墙肢高宽比，必要时可设结构洞使其变成双肢墙或多肢墙，可控制裂缝和屈服部位出现在洞口连梁处，形成耗能机构。
第四，高层建筑结构设计要具有合理的刚度。结构刚度应与承载力和延性相匹配，刚度过大会导致结构自振周期减小，总水平地震作用增大，刚度过小，又会使得结构在水平荷载下侧移过大，因此需要合理确定剪力墙的数量及厚度，做到安全经济适用。
4.高层建筑结构的基础设计
第一，箱形基础。当地基承载力不足或沉降较大时，经常需要采用箱形基础等整体刚度较大的基础型式。箱形基础是由底板、顶板和外围挡土墙及一定数量的内隔墙组成的单层或多层混凝土结构，箱形基础的刚度大、整体性好，能够适应上部荷载较大、地基局部不均匀的情况，能够有效的调整基底反力，同时具有良好的抗震效果，但是混凝土及钢材用量较大，造价较高，使用前应进行技术经济效益方案的可行性论证。
第二，桩筏基础。在较厚软弱土层地区，经常采用桩筏基础，其主要目的是为控制建筑物沉降及提高地基承载力，沉降差的控制应当是设计考虑的重点内容。可采取的措施通常有减轻上部结构自重、优化荷载分布避免过度集中差异过大、增大基础刚度、根据沉降等值线调整地基桩土刚度分布等。
[结束语]：对于高层建筑而言，无论是设计还是施工都需要未雨绸缪，既要保证建筑结构的质量安全，又要考虑到高层建筑的经济合理性。因此，进行高层建筑结构设计时，在保持传统设计精髓不变的前提下，不断的进行总结创新，做出更好的优秀的设计，方能适应当前社会高层建筑发展的新趋势。
参考文献：
[1]高层建筑转换层结构设计探讨[J]. 彭林. 低碳世界. 2017(04)
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[3]带转换层的高层建筑发展[J]. 范小佳. 山西建筑. 2017(35)
[4]高层建筑转换层结构的施工技术[J]. 徐雪林. 民营科技. 2018(06)
[5]高层建筑转换层结构设计的探讨[J]. 蒋华. 城市建筑. 2018(04)
论文作者:丁新宇,刘爱廉,许文蓓
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第08期
论文发表时间:2019/7/15
标签：高层建筑论文; 结构论文; 刚度论文; 结构设计论文; 荷载论文; 建筑结构论文; 自重论文; 《城镇建设》2019年第08期论文;