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摘要：随着社会的不断进步和科学技术的不断发展，高层建筑的应用越来越广泛。高层建筑的结构设计已经成为高层建筑设计在重要内容，研究高层建筑结构设计具有十分重要的意义。高层建筑设计时必须基于高层建筑结构的设计理论，本文对高层建筑结构设计的特点进行了分析，做到精心设计，以确保质量和安全。
关键词：高层建筑；结构；设计
前言
随着社会的不断进步和科技的不断发展，高层建筑越来越广泛的出现在城市建设中。高层建筑的结构设计已经成为了高层建筑设计的重点内容，因此，研究高层建筑结构设计的问题是非常重要和有意义的。在对高层建筑进行结构设计时，必须以高层建筑结构设计理论为基础，对影响高层建筑结构的主要因素进行深入的分析研究，做到精心设计，确保质量、安全。
1高层建筑结构设计的特点
相对多层建筑而言，高层建筑结构设计所占的地位要重要得多，这是由于高层结构形式的选择将直接关系到建筑物的平面、立面、层高、设备安装、施工技术以及工程造价等多方面因素。不当的结构形式不仅会影响使用功能和造价，严重的还会影响其抗震性能，危害建筑物安全。其特点主要有：
1.1水平荷载成为决定因素
在多层房屋的结构设计中，由结构自重产生的重力决定着结构设计，而在高层建筑中，水平荷载却起着决定性作用。其原因一方面，因为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，仅与楼房高度的一次方成正比；而另一方面根据力学原理，由水平荷载对结构产生的倾覆力矩在构件中引起的轴力，则与楼房高度的两次方成正比。水平荷载主要包括风荷载和地震作用，其大小与结构的动力特性有关，是高层结构设计的重点。
1.2结构侧移是高层结构设计中的关键指标
随着楼房高度的增加，水平荷载作用下结构的侧向位移随着建筑物高度的增加而迅速增大，与建筑高度的4次方成正比，并且由于新材料及新的建筑形式的应用，其侧向位移也迅速增大。如果侧向位移控制不好，轻则使居住人员有着不安全的感或使填充墙等建筑装饰开裂，重则导致房屋侧塌，影响结构安全，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。
1.3抗震性能是重要因素
小震不坏、大震不倒是高层建筑抗震设计的基本要求。高层建筑结构的抗震设计，除了要考虑常规设计中的竖向荷载、风荷载外，还必须考虑地震载荷，使结构具有良好的抗震性能。
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2高层建筑结构设计的主要内容
2.1高层建筑结构设计的特征
在结构设计过程中，应严格遵守相关建筑行业标准与规范，对高层建筑的结构展开总体设计、构造、绘图及测算、技术经济研究等工作。高层建筑结构设计，一般以钢筋混凝土与钢材为主要材料，钢筋混凝土不仅形状多样、成本较低且来源充裕，更重要的是其材料具有良好的耐久性与承载力。高层建筑的主体构造主要由楼层及传递竖载、竖向交通结构与抗侧力、基础等构造组成。在高层建筑受力后，每部分能够经过调整实现受力平衡，同时可以构成建筑的传力途径，最后使外力传递至地基。高层建筑结构设计主要分为水平力设计、抗震设计及剪力墙设计等。高层建筑的竖向结构里的轴力与弯矩的数值和建筑高度成正比，倾覆力矩及轴力和建筑高度的平方成正比，其中竖向荷载可看作定值，风荷载与地震数值随结构动力性不同而变化。
2.2高层建筑结构设计基本原则
就高层建筑的结构设计而言，应按照高层建筑所在的地质条件确定科学合理的基础方案。设计基础方案时，设计者除研究高层建筑的结构之类与荷载分布等问题，还应当对建筑的施工条件、干扰因素展开综合考虑，最后明确设计方案。高层建筑结构设计任务的完成，一定要有科学的计算简图为保证，如果建筑计算简图的设计不合理，很有可能导致整个设计工作出错。所以开展高层建筑结构设计工作时，必须以质量与安全为原则，制定科学的计算简图。确定构造手段是高层建筑的结构设计工作的重要组成部分。高层建筑结构设计除了要符合强剪弱弯与强压弱拉的设计要求，还要符合强柱弱梁的设计原理，最后使得建筑物的强度与耐力条件符合标准，增强高层建筑的使用价值。根据上述原则完成设计后，要制定出结构设计的最终方案，同时要确保该方案的经济性、可行性与持久性。
3高层建筑结构设计要点
3.1高层建筑结构的包络设计
包络设计是近年来比较常见的设计方式，可以有效解决工程项目结构设计中存在的各种问题。当前工程设计问题变化比较多，有许多因素都会影响到结构效应，各种问题盘根错节，使用目前已经掌握的只是或者软件很难对其进行准确的分析。学术科学和工程的不同点在于后者难以长时间等待。因此要通过优化结构设计的形式，利用最少的经济投入来获取最大的经济效益，并解决工程项目存在的问题。不同的工程条件可以用不同的网络设计原则来处理，在对待转换结构转换层或者连体结构时，也可以用网络设计，对构件进行分析验算，取不利值包络设计。
3.2建筑的载荷设计
在高层建筑的建筑结构设计中，建筑的安全性以及稳定性是设计的重中之重，而建筑的荷载直接影响着建筑的安全以及稳定，因此在进行建设设计时一定要做好荷载的计算。相对于一般的建筑，高层建筑的荷载及其组合要复杂的多，相关的设计人员在进行建筑的荷载计算时需要考虑的内容也多得多。在进行高层建筑的荷载计算时，最主要的内容是以下两个方面：建筑的地震荷载以及风荷载。在实际的设计中，复杂的超限高层建筑还应当进行的风洞试验及振动台试验，以确保建筑的安全。
3.3建筑抗震性能的设计
因为高层建筑的高度要比普通建筑高出很多，多以其对应力的承受能力也不一样，因此当地震时其产生的反应程度也不是一样的，因此对于高层建筑，在进行设计的时候必须要充分考虑抗震设计。而且抗震设计时，必须要对建筑所处的地形地质条件都进行充分的考虑，通常土地比较坚硬的其抗震强度会比较大，所以要尽量选择硬度比较大的土层，而避开那些土质疏松的地层，而对土层的变化进行有效的把握成为抗震设计中的一个困难点。
3.4重视轴向变形问题
在高层建筑施工的过程中，因为竖向负荷比较大，会导致柱中出现程度比较大的变形。一般情况下，此影响主要有下面两个方面：降低连续梁中间支座的负弯矩值；对跨中正弯矩的数值、端支座负弯矩数值进行增加。通过使用构件的竖向变形和构件进行对比，得出不安全的结果，可以参考计算轴向变形的数值对构件下料长度的影响进行预测，然后根据预测结果合理的分配下料长度。
结束语
高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展，高层建筑的结构设计的要求越来越高，从高层建筑的结构特征来看，在高层建筑结构设计中，结构工程师应从结构的安全、使用功能、建筑美观等方面进行全盘考虑，运用掌握的知识和经验处理实际遇到的各种问题，才能设计出安全合理的高层建筑结构。
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论文作者:向阳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/14
标签：高层建筑论文; 结构设计论文; 荷载论文; 建筑论文; 结构论文; 弯矩论文; 高层论文; 《建筑学研究前沿》2018年第11期论文;