【摘 要】随着我国经济的发展，人们对于居住建筑物的质量也有了更高的要求。在建筑建设中，结构设计是其中的要点之一，因为做好建筑结构设计的工作十分重要。本文主要是分析了建筑结构设计中的相关要素，以供参考。
【关键词】高层建筑；结构设计；相关要素
一、高层建筑结构体系及特点分析
当今高层建筑结构有五大基本体系：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构和混合结构。但各类结构体系各有其不同受力特点，它们分别适用于不同高度和复杂的建筑结构。
作为一个土木工程设计人员，有必要充分了解高层建筑结构设计的特点、要点及其相应结构体系，因为它们关系到建筑平面布局、立面体形构造、建筑高度的限制、机电设备管道的布置安装、施工技术的先进、总工期的长短和建设造价是否合理等，所以只有在真正了解它们后才能使其设计成果达到技术先进、经济合理、安全适用、美观大方、施工方便以及确保工程耐久性和一定质量的准则。结构师们都知道，高层建筑相对低、多层建筑在整体上会导致受力增加，相对于竖向荷载，水平荷载也将有所增加，它注定成为整体结构的主要影响因素，故高层建筑一个重要条件就是具有抗水平荷载的能力。高层建筑的侧移是结构设计的重要控制指标，结构要有一定的抗推刚度，它对重力二阶效性也有很大的影响，会产生较大的附加应力。高层建筑的柱中容易产生竖向变形，这会造成连续梁长度、预制构件的下料长度变化以及构件内力重分配，若忽略轴向变形将会是潜在的危险。高层建筑结构设计要有较大的结构延性和耗能能力，作为一种预防措施以保证整体结构在高荷载作用产生较大变形时不至于倒塌。高层建筑结构要特别做注重概念性设计。主要考虑结构平面、立面布置是否规则和影响建筑功能，是否要考虑地震的不确定性，是否要加强结构构造措施，基础与上部结构体系设计是否有一个初步设想模型，材料性能是否与结构受力性能完美融合，怎么采取优化手段来节省造价，技术是否先进合理等。
二、高层建筑结构设计相关要素
1.在结构设计概念的基础上进行优化设计
结构设计的首要任务是选用经济合理、保障安全的结构方案。计算中我们在满足技术条件的基础上要进行经济性分析并优化结构。对于钢筋配量以及大构件的截面不能随意增加或减少，以防造成肥柱、肥梁或者瘦柱、瘦梁的后果。有些设计人员因为计算不清，所以就随意增加钢筋，并层层“附加保险”造成了超筋梁柱的现象，对于这种情况要牢记“弱弯强剪、弱梁强柱、弱拉强压及更强节点和锚固”的原则。同时要加强薄弱部位构造，注意构件延性以及钢筋的锚固长度及温度应力的影响，重视钢筋的直锚固长度等。另外，对于平立面的布置应尽量按照均匀对称规整的原则来设计，考虑地震的多道防线，防止薄弱层面出现。总体来说，对于结构设计而言，从其结构的选型、布置以及分析计算上来看，每一步都要求进行详细的处理和优化，综合考虑各方面的因素，力求达到最优设计方案。建筑方案一旦确定，其结构设计应尽量采取最合理、最科学、最经济的设计方案。对于各种受力构件的布置要力求达到其能承受荷载范围。竖向承重构件在将荷载传到地面的同时，还要承受地震以及风的水平载荷。因此，在布置竖向承重构件时应将其放于有利于承受载荷的位置。地基土具有不确定性，目前并没有合理的模型对其精确性的具体描述，所以要根据实际经验以及现有的理论知识来设计地基基础，并能够预见和分析可能出现的各种问题，从而制定出较为完美的设计方案。
2.高层建筑整体计算控制指标分析
（1）周期比（平扭比）
周期比表征了整体结构的固有抗扭特性，是控制整体结构扭转效应的重要指标，是对整体扭转刚度的控制。扭转周期的相对大小，反映了结构抗扭刚度的大小，抗扭刚度小的结构，其扭转周期肯定较长，有时会长于平动周期，这样的结构布置是不利于结构抗震的。要想控制周期比，就得控制结构的抗侧刚度和抗扭刚度的比例关系处于一个适当的范围，从而使结构的抗扭平面布局趋于合理和有效。如果我们设计的结构周期比超过规范范围，说明该结构的抗扭能力较弱，需要调整和优化结构刚度。比如，增大结构周边构件刚度，同时也可缩小中间部位构件刚度。
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（2）轴压比
在高层建筑中墙柱的轴压力很大，为了不使墙柱在抗震时产生压溃型破坏，则必须保证墙柱结构构件有一定的塑性变形能力，即使构件需满足延性和耗能能力要求。对此，我国抗震规范、混凝土规范和高层技术规程等均对轴压比有了明确的限制。一般设计人对此设计的初衷是将墙柱最好控制到延性较好的弯曲受拉破坏，而不出现脆性的受压或剪切破坏。一般的做法是，剪力墙可设置一定量的约束边缘构件，框架柱子可对芯柱、配箍量、箍筋形式有一定设计要求，这样它们的延性性能会有不同程度的提高。
（3）层间位移比
即楼层两端竖向构件的最大水平位移与平均位移之比。它是控制结构扭转效应的参数，是对层扭转刚度的控制，主要是控制整体结构平面布置的规则性，以免扭转产生不利影响。软件控制参数应为，单向地震作用、刚性楼板假定和考虑偶然偏心的影响。当结构扭转位移比较大时，应通过调整结构的布置，使得抗侧力结构布置较均匀，这样使整体结构具有合理的侧向刚度和足够的抗扭能力。对于多层结构，拟应加大周边构件墙柱和框架梁截面，尽量减小中柱截面；而对于高层，剪力墙尽可能在周边布置。
（4）剪重比
“剪重比”乃指结构任一楼层的水平剪力与该层以上各层总重力荷载代表值的比值，主要是控制各楼层最小地震剪力，以确保结构的安全性。它在某种程度上反映了结构的刚柔程度，也反映了地震作用大小。对此，新《高规》JGJ3-2010具体作了“剪重比”最小强制性规定。
剪重比它是抗震设计中一个非常重要的结构控制参数，它应控制在一个合理范围内，以便保证整体结构刚度比较适中。如果我们在设计中计算得到的剪重比太小，说明上部刚度偏柔，这样会使水平作用力下将产生较大水平位移；若剪重比太大，说明产生了较大地震力，整体结构偏刚。
对于剪重比不满足要求的情况，如果小得不多，可通过调整结构布置使其满足规范规定，如果小得很多，可采取增大内力的方法。如果两者兼用对结构整体稳定性有利。
（5）刚度比
主要控制结构竖向不规则性，以免竖向刚度突变形成软弱层。进行楼层侧向刚度比的参数控制对于结构设计具有重要的作用。一般设计的高层建筑下部楼层的侧向刚度宜大于上部楼层的侧向刚度，否则构件变形将会集中于刚度小的下部楼层而形成结构软弱层。在设计过程中，一定要对刚度比进行合理的控制，防止结构在沿竖直方向进行扭曲变形的过程中出现薄弱层（即软弱层），从而影响结构的安全。如果建筑结构达不到规定的标准，可以增加本层墙、梁、柱的刚度来对其进行调整。
（6）受剪承载力比
受剪承载力是在考虑水平地震方向上，该层所有柱、剪力墙及斜撑的受剪承载力之和。这个指标主要控制结构竖向不规则性，避免竖向刚度突变形成薄弱层，如果楼层抗侧力结构的承载力突变将导致薄弱层的破坏。结构设计时，一般软件都不能自动判断薄弱层，需要设计人员自己判断后来填写薄弱层参数。
（7）刚重比
刚重比是指结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性因数，同时也影响重力二阶效应的因数。当结构的刚重比不满足规程时，设计者应对结构进行详细的稳定性分析，并要验算结构的抗倾覆稳定性。但凡结构工程师都知道，当刚重比满足要求时，重力二阶效应可控制在20%以内，以此说明结构的稳定性具有适当的安全储备。设计时我们如果试图逐步减小刚重比，可以看到重力二阶效应将会呈非性线关系急剧增大，直到结构整体稳定失稳而影响安全。
三、结语
高层建筑结构设计工作是一项涉及诸多因素和问题的综合性技术工作，高层建筑对结构设计的要求非常高，设计师一定要在准确分析计算的前提下，根据结构设计的原则性并结合工程的实际情况，拟采用合理的结构设计方案。
参考文献：
[1]JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]宗光国.高层建筑结构设计要点分析[J].科技创新与应用，2013（8）：211.
论文作者:周伟平
论文发表刊物:《低碳地产》2016年12期
论文发表时间:2016/11/2
标签：结构论文; 刚度论文; 结构设计论文; 构件论文; 高层建筑论文; 荷载论文; 延性论文; 《低碳地产》2016年12期论文;