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简述高层建筑结构设计的要点

发表时间：2020/12/24 来源：《基层建设》2020年第24期作者：文华川曾辉

[导读] 摘要：随着经济的快速发展，我国高层建筑数量居世界第一，且超限高层建筑都分布在高烈度区。

        乌鲁木齐建筑设计研究院有限责任公司新疆乌鲁木齐 830092
        摘要：随着经济的快速发展，我国高层建筑数量居世界第一，且超限高层建筑都分布在高烈度区。同时，我国又是地震常发的国家，高层建筑的造型、高度、结构的复杂性超出国家规范、规程规定。地震对于高层建筑结构的影响越来越大，在进行高层建筑结构设计的时候，一定要注重它的抗震性能，避免发生地震时高层建筑结构的财产损失和人员伤亡。高层建筑结构对于施工质量的要求非常高，一定要注意结构设计的每一个环节，确保高层建筑结构建筑的安全性和稳定性。在进行抗震结构设计的时候，要结合多层及高层建筑以往的设计经验，保证抗震结构的设计，满足高层建筑结构的抗震性能。
        关键词：高层建筑；结构设计；要点
        1 引言
        高层建筑物的出现，极大地改善了城市人群的居住环境，也有效地丰富了城市建筑物的类型。在高层建筑结构设计的过程中，不仅要满足建筑物本身的各种特性，还要结合具体的使用目的、环境安全进行专业有效的设计，并对结构内部的各个要点进行可靠设计，以最大化地满足高层建筑的优势发挥。
        2 高层建筑结构设计的作用
        （1）满足高层建筑架构需要。随着建筑层数的不断增高，建筑结构设计需要考虑达到一定高度后建筑的应用需求问题，考虑如何进行上层建筑结构的架构。结构设计工作前期，对建筑的需求（如材料、结构以及应用效果等方面）、结构进行设计和研究。在确保满足建筑整体结构合理性和完整性的基础上，设计出符合高层建筑特点及功能性需求的结构。（2）满足高层建筑的安全性和稳定性需求。对于任何建筑来说，其稳定性和安全性是判定建筑是否合格的重要指标，随着建筑层高的不断提升，对安全性和稳定性的要求也随之提高。若建筑结构设计方案具备科学性、合理性，则建筑的安全性和稳定性就有了保障。（3）满足建筑的应用性能。建筑结构设计应从用户角度出发，丰富建筑的实用性和功能性，使得用户能高效运用室内空间。合理科学的结构设计能够影响其结构空间的应用性能，因此，在设计时应着重注意。
        3 高层建筑结构设计的要点
        3.1 优化高层建筑设计方案，避免超高问题出现
        在对高层建筑进行结构设计之前，需要对施工现场及周边环境进行勘察，明确地下水分布、地质结构情况、风雪荷载等，为建筑结构设计提供可靠的数据支持，确保建筑结构符合工程要求及现场实际情况。设计时需要严格按照我国现行设计标准及规范对高层建筑结构进行设计，合理选择设计方案，并验证其科学性、合理性，在掌握各方数据的情况下对设计方案进行优化，避免出现与实际情况不相符的现象，尤其避免超高。因此，在具体的结构设计过程中，设计人员需要在建筑高度允许的情况下，精确相关设计参数，为高层建筑施工提供依据，保证施工质量。
        3.2 科学合理的选择地理位置
        地震发生时，为了更好地保护人员安全和减少财产损失，高层建筑一定要科学合理的选择地理位置。高层建筑结构在遇到地震时，会遭受到不同程度的破坏。因此，对于高层建筑来说，要选择能够抗震的有利场所去修建高层建筑结构，避免高层建筑因自然灾害受到影响，减轻地震对高层建筑结构带来的损失。对于地基的选择，一定要对建筑地块进行地质勘查，通过科学合理的方法去找到适合高层建筑结构修建的场所，避免高层建筑结构在不利场地修建。高层建筑结构的建筑地基对其影响比较深。因此，选择合理的基础结构形式，避免不利地基对高层建筑结构带来不利影响。在选择地基时，一定要对地基周围的水文地质情况进行全方位了解，保证高层建筑结构建筑能够有一个科学的修建场地，避免水文地质的影响造成抗震性能不达标。

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设计人员在设计阶段应多推敲抗震设计方案，多研究多讨论，可以多听取专家的意见，选择最合适、最科学合理的施工方案进行建设。
        3.3 对计算简图合理使用
        在高层建筑结构设计过程中，要善于合理地应用计算简图。计算简图指用一个简化的图形代替实际结构，反映实际结构的主要性能。高层建筑结构体系比较复杂，很难凭空想象结构的受力、传力模式，而如果能熟练地使用计算简图，就能在设计之初，对整体结构有相对明确的把控，对下一步精细设计进行完善的准备，虽然是计算简图，但是各种设计的要素和重点应全部涵盖，要保证从实际出发，真正地适用于该结构，以便于后期更好地进行对比和计算。另外，在计算过程中，要对各种影响计算结果的因素进行分析，对这些影响因素可能产生的影响进行预测和计算，尽可能地准确，保证将影响因素的作用降到最低，发挥出计算简图的作用。
        3.4 抗震设防烈度
        在复杂高层和高层建筑设计过程中，抗震设防烈度的设计是能够更好保证建筑物安全使用的关键设计内容。在对复杂高层和超高层建筑结构设计过程中，设计人员需要根据不同的实际要求来开展对抗震设防烈度相关设计内容。但建筑物高度各不相同，所以在进行结构设计过程中，就必须要根据实际情况来具体分析。在正常情况下，复杂高层和高层建筑的高度都会超过100m，那么在结构设计过程中，就不能够在抗震能力在八度的地区来进行设计。如此也就能够看出，在对复杂高层和高层建筑结构设计过程中，必须要充分的考虑到抗震设防烈度的实际情况，这样才能够有效的减少建筑结构所存在的问题，进而有效的保证人们的人身安全。此外，通过提高复杂高层和超高层建筑结构抗震能力，能够很好的确保建筑物自身的合理性。
        3.5 筒体结构的计算与分析
        复杂高层和高层建筑筒体结构的计算与分析方法依据模型处理手法不同主要分为以下三种：第一种计算模型是等效连续化法：主要是等效连续化处理建筑结构中的离散杆件。具体分为两种情况：即几何分布上的连续化处理及几何和物理上的连续化处理，针对实际情况应用不同的计算方法进行分析。第二种计算模型是等效离散化法：把连续的墙体离散为等效的杆件，然后选择适合杆系结构的方法进行计算与分析。相比于等效连续化法，这种方法是完全按三维空间进行计算与分析的模型法，计算模型更为精确。第三种计算模型是三维空间分析法：它的优点是计算结果的精度特别高，但缺点是未知量太多，计算量庞大。常应用在复杂高层和高层建筑筒体结构的计算与分析。
        4 结语
        随着经济社会的高速发展，建筑行业得到空前的发展和提高，随之而来的高层建筑的数量越来越多，其高层建筑的安全问题已经受到了大部分人的重视。然而高层建筑结构设计的合理性与建筑本身的安全和质量有着千丝万缕的关系，为此，设计人员不但要明确高层建筑的结构特点，而且还要在熟悉可能使用的结构体系类型的基础上，对设计中的一些关键环节进行分析，比如选择比较适合的抗侧力结构体系，合适的高宽比和合适的筒体面积比等，与此同时，还要加强地震荷载的计算和重力载荷的计算，这样不仅保持了结构整体的稳定性，又提高了抗震性能，因而高层建筑的整体质量和经济性得到了有效地提高。同时，在面对高层建筑结构这一关键性问题时，相关研究人员要投入大量资金，加大对高层建筑结构设计的研究，还要加强对专业技术人才的培养，从而促进我国高层建筑行业向着又好又快的方向发展。
        参考文献：
        [1]曹萌.大悬挑超限高层建筑结构基于多参数的性能化抗震设计方法研究[D].西安建筑科技大学，2018.
        [2]赵凤娇.某带有斜向抗侧力构件的超限高层建筑结构基于性能的抗震设计与分析[D].青岛理工大学，2018.
        [3]王志龙.天水某大底盘双塔超限高层建筑结构基于性能的抗震研究[D].兰州交通大学，2019.