简单论述高层建筑结构体系的技术经济分析

摘 要：本文是作者近几年的工作经验总结的简要论述了现代各种高层建筑结构设计的特点和原则，并简要的阐述了高层建筑结构分析与设计方法，最后对抗震分析与设计在高层建筑的应用进行了探讨。从而进一步加强相关结构设计分析。

关键词：高层建筑；结构；设计；探讨

1 引言

高层建筑结构设计是个系统，全面的工作，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。所以说，在高层建筑结构设计的每项活动中都要注重每一个细节，不断优化每一个设计环节。让城市中的高层建筑都能达到安全、合理、经济、耐久的设计要求。

2 提高建筑物安全性结构设计措施

建筑结构设计作为保障建筑安全的重要一部分，需要从根本上加以重视。对于建筑结构设计中存在的意识不足、设计不合理、质量难以保障、监督力度不足等问题，需要从设计者、施工方、监管部门等方面入手，找出切合实际的解决办法，才能提高建筑结构设计的质量，发挥建筑结构设计在提高建筑安全性方面的重要作用，切实保障建筑的安全性，保障国家财产不受损失、人民生命财产安全不受威胁。在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况。其中钢筋混凝土结构的位移限值要求严格，以及所处的地理位置进行设计，稳定性以及正常使用功能等。其在风力和地震作用下往往能够产生较大的层间位移，满足其具有足够的刚度又要避免结构，超过结构的位移限值风荷载作用下的限值比地震作用下的要求严格，在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力。控制地震扭转效应，当建筑结构的平面布置等不规则建筑结构刚度中心不重合，当周期比不满足要求时可采用加大抗侧力构件截面，并应将抗侧力构件尽可能的均匀布置在建筑四周，增加抗侧力构件数量的方法，在地震发生时建筑结构会导致结构整体倒塌，因此在结构设计中应充分重视扭转的影响。

3 简单论述高层建筑结构体系的技术经济分析

仅以框架结构房屋的结构体系为说明。多层与高层房屋之间没有明确的界限，我国通常将8层级8以下的房屋称为多层房屋，8层以上的房屋为高层房屋。钢筋混凝土框架结构，是指由钢筋混凝土横梁、纵梁和柱等构件所组成的结构。按施工方法不同，框架可分为整体式、装配式和装配式整体式三种。整体式框架也称全现浇框架，其优点是整体性好，建筑布置灵活，有利于抗震，但工程量大，模板耗费多，工期长。装配式框架的構建全部为预制，在施工现场进行吊装和连接。其优点是节约模板，缩短工期，有利于施工机械化。装配整体式框架是将预制梁、柱和板现场安装就位后，在构件连接处浇捣混凝土，使之形成整理。其优点是，省去了预埋件，减少了用钢量，整体性比装配提高，但节点施工复杂。

高层房屋的结构体系按照框架布置方向的不同，框架体系可分为横向布置，纵向布置及纵横双向布置等三种。框架体系在框架横向布置的房屋中，框架不但承受竖向荷载，还承受平行于房屋横向的水平风荷载。在房屋的纵向，一般可设置连系梁与框架相连.这样，这些连系梁与柱实际上也形成了几榀纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平（风）荷载，但由于房屋端部横墙的受风面积小、纵向的框架跨数又多，所以纵向水平（风）荷载所产生的框架内力不大而常被忽略不计。有时，也可利用柱网纵向轴线上的卡口板替代连系梁。如框架横向布置，楼板为预制时；若楼板为现浇，则一般应布置次梁。在纵向尺寸较横向尺寸大得多时，采用框架横向布置较为经济合理。

在框架纵向布置的房屋中，框架不但承受竖向荷载，而且还承受平行于房屋纵向的水平（风）荷载。为了承受平行于房屋横向的水平（风）荷载，在房屋的横向应设置连系梁，与立柱也形成横向的框架。这时楼板的布置方向与框架横向布置的方向相垂直。这种布置方式，从技术经济的角度看不太合理，应用较少。在框架纵横双向布置的房屋中，两个方向的框架都同时承受竖向荷载和水平荷载。这时，楼面常采用现浇双向板楼面或井字梁楼面。当柱网平面为正方形或接近于正方形、或当楼面上的活荷载较大时，框架采用这种布置方式较为经济合理。

4 高层建筑结构设计的特点

（1）轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

（2）结构延性是重要设计指标：相对于低楼房而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

（3）水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑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，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。

5 高层建筑结构的相关问题分析

（1）基层开挖的问题：基坑开挖时，基坑旁土一般不会出现反弹，这是受摩擦角控制，坑中心基土容易发生反弹，可以使用人工做好基土的清理，约束力大时可以不计回弹。基底的附加应力如果对称，就好做好计算，约束力如果小时，就要对基地压力金进行计算，箱基沉降时也要做好计算。

（2）短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8 的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

（3）嵌固端的设置问题：由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

（4）结构的规则性问题：新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

6 结语

高层建筑提高了对土地资源的利用率，提高了人们的生活水平。而高层建筑结构在设计的过程中会出现各种各样的问题，其会严重影响到高层建筑的实用性。因此，必须提高高层建筑结构设计水平、提高设计人员的工程水平、提高设计人员的职业素养，以提高高层建筑物的质量。

参考文献：

[1] 王浙浦.宁波园林美在月湖——记月湖景区规划设计[J].中国勘察设计，2006（8）.

[3] GB 50011-2010.建筑抗震设计规范[S].