关于高层建筑设计的相关问题的探讨

【摘 要】本文着重对高层建筑设计过程中的相关问题进行探讨和分析。

【关键词】高层建筑；结构设计；问题

随着我国城市化进程不断加快，城市人口显著增多，高层建筑在城市建设中发挥着越来越重要的作用。即使在建筑设计理念和方法日益先进的今天，仍会因为高层建筑复杂的结构，较广的学术知识涉及和较大的工程量而出现设计失误的现象。高层建筑结构设计的意义有：首先，如果建筑所使用的面积一定，设计和建造高层建筑可以获得相对多一些的使用面积，可以解决城市用地紧张、房价高涨等问题。另一方面，精美的高层建筑设计还可以改善城市的外观，或者说成为城市的一道风景。而如果设计的建筑高层密度、结构不合理，就会给城市带来热岛效应，影响城市居民的生活环境，甚至由于高层的玻璃因反光而发生光污染的现象。其次，如果是在建筑面积与建设场地面积的比值一定，那么建造高层建筑就会有效地节约城市土地面积，得到更多的空闲地面，用这些空闲出来的地面来进行城市绿化或者供人们休息娱乐。与此同时，建筑高层的土地结构设计会为城市带来更充足的日照、更良好的采光和通风效果。

1.高层建筑设计中应遵循的原则

1.1计算简图选择要适当

在高层建筑设计过程中，首先就要选择适当的计算简图。计算简图是进行结构计算的基础，简图选择得当是保证高层建筑结构安全的重要依据。在选择计算简图时，要从高层建筑的具体实际出发，要保证结构内节点的误差控制在一定范围内，充分保证建筑计算简图的有效性。如果建筑计算简图选择不当，将直接影响建筑的安全性，带来严重的后果。

基础方案的选择直接关系到高层建筑的稳定性，因此在进行基础设计时要充分考虑高层建筑的周围环境，要对建筑地质条件和上部结构类型进行对比分析，从而确定主体结构与基础载荷的关系，保证高层建筑设计主体的平稳性。针对基础方案的选择，要尽可能选择地基潜能较大的设计方案，这是为了保证高层建筑地基的稳固，防止由于基础不稳导致高层建筑的安全风险。

1.3结构方案选择要合理

高层建筑结构方案选择要充分保证结构的安全性能，要保证整个结构体系可以承受外力的影响作用。针对结构方案的选择要保证同一结构单元采用相同的结构体系，除ITS，2_外，结构设计要与材料的应用相协调，从而最大限度保证结构设计方案的应用效果，保证高层建筑建设的安全性。

1.4计算结果分析要正确

在进行高层建筑设计过程中，大多应用现代化的计算软件和设计工具，然而，不同的计算机软件有不同的计算结果，这是由于现代化工具自身的局限性造成的。因此，在进行高层建筑设计时，要客观、正确的分析计算结果，从而保证计算结果的有效性，要结合工程建设的具体实际进行全方面的分析，并作出正确判断，以保证高层建筑设计的水平。

2.高层建筑设计的特点

2.1结构延性

高层建筑不同于普通建筑，高层建筑柔性更好，当它受到外界环境影响时，更容易产生变形的现象。因此，在高层建筑的设计中就要充分考虑高层建筑的延性问题，把建筑结构延性作为重要的设计指标进行结构设计，保证在高层建筑进入塑性变形阶段后变形能力仍然良好，以防止楼层的坍塌，保证建筑的安全性和稳定性。

2.2水平载荷

高层建筑不同于普通建筑，高层建筑结构设计要充分考虑水平载荷和竖向载荷的影响。水平载荷的考虑是为了使高层建筑在遭遇侧向力时能够保持建筑的平衡性和稳定性，因此，水平载荷的作用不容忽视。通常来说，竖向载荷是一个定值，而水平载荷会随着结构动力特性的不同而浮动变化。

2.3轴向变形

建筑结构在外力作用下会产生位移，包括轴向变形、剪切变形和弯曲现象 高层建筑与普通建筑不同， 其建筑轴力相对较大，因此轴向变形就会更加显著，而轴向变形会影响到建筑结构的内力，因此在建筑结构设计中轴向变形不容忽视。

3.高层建筑结构设计的注意事项

相较于其他建筑结构，高层建筑结构比较复杂，并且计算工作量也较大，同时结构体系的选择会直接影响到高层建筑工程的各个环节，其中包括：平面布置、楼层高度、施工技术以及工程造价等。所以在高层建筑结构设计中，要注意以下几个方面：

3.1严格控制侧移指标

高层建筑与其其他建筑的不同最直接的表现是楼层多，这也是决定高层建筑结构的根本因素。比如在建筑形式、结构体系以及建筑材料等方面的发展，这也就要求设计师们在进行高层建筑结构设计时，不仅要考虑结构的强度，还要注重结构的抗推刚度，以保证水平荷载所产生的侧移在一定范围内，不然会发生一些严峻情况，如会对住户的心理造成恐慌；造成建筑的主体结构构件损坏；侧移产生的较大的附加内力会造成建筑物倒塌；造成墙体损坏，影响电路运行等。

3.2减轻建筑自重

由于高层建筑有着更多的楼层，所以其建筑自重也较大。同样的桩基承载力或者地基承载力能够承受的建筑自重一样时，当两栋建筑物的层数一样，那么建筑自重较小的建筑就可以再添加几层楼层，这对高层建筑来说无疑是一个很好提高经济效益的人手点。当然，这只是针对地基较为结实和土层较硬的情况来说的。另外，减轻建筑自重还可以提高建筑的抗震性能，如当建筑自重很大时，其重心也较高，那么地震所产生的地震剪力大对建筑物的损坏力度就会变大。

3.3综合把握概念设计与计算设计

建筑的抗震设计包括概念设计和计算设计两个部分。计算设计的前提是要有一定的假设条件，由于地震的不确定因素较多，即使计算设计的分析手法和原则在不断改善，但假设终究还是不能完全代表现实，所以计算结果和实际情况存在较大的出入是极有可能的事。特别是在建筑结构经历过弹塑性阶段以后，常规的计算原理已经不适用了。因此，除了计算设计，还要把握好概念设计，将两者有效地结合在一起使用，尽可能地模拟出真实的地震影响。

3.4注重水平力在设计中的影响

与低层建筑不同，对高层建筑结构起到决定性影响的水平荷载，但这并不是说竖向荷载对于高层建筑就不重要，只是其重要性相较于水平荷载来说较弱一些。原因是建筑的竖向荷载对竖向构件所产生的弯矩和轴力的数值与建筑高度的一次方成正比例关系；水平荷载对建筑结构所产生的倾覆力矩和轴力的数值与建筑高度的二次方成正比例关系。另外，对于高层建筑来说，竖向荷载一般是建筑自重，而水平荷载涉及到地震作用和风作用，其数值变化幅度较大，不易控制。

3.5加强抗震设计

在高层建筑结构设计中，抗震设计一直是一个关注点，抗震设计的水平直接与建筑的安全性能和经济性能挂钩。在进行抗震设计中，有两大因素是应重点考虑的，分别是竖向荷载和风荷载，好的抗震性能的标准是“小震不坏，大震不倒”。

3.6紧抓轴向变形问题

框架剪力墙体系和框架体系的特点是：框架中柱的轴压应力通常比边柱的轴压应力大很多，同时在轴向压缩变形这一方面上也是如此。如果建筑的高度达到一定高度时，框架中柱与边柱在轴向变形上的差距就会达到一个很大的数值，导致连续梁中间支座沉陷，发生剧烈的变形，最终使建筑物发生倒塌。

4.结束语

高层建筑设计与施工是一个系统工程特别是设计阶段的工作尤其要引起重视。高层建筑的结构设计还有其他的重点问题，比如扭转的问题，要求几何中心、刚度中心、结构重心合为一；此外还要注意抗风结构的设计，保护建筑的支撑结构和装饰结构等；抗震结构也是建筑高层设计的难点，这需要设计人员有灵活性。最后，设计人员要注意消防设计，尽量减少高层失火对人们的伤害。 [科]

【参考文献】