摘要：隨著建筑層次和復雜程度的增加，給結構設計提出了要求也越來越高，設計任務顯得復雜且繁重，研究現行高層建筑結構設計中值得注意的問題，通過理論知識的提升，可以有效地把握住工程結構設計的要點，努力做到讓結構更安全、更合理。

　　關鍵詞：高層建筑,結構設計,分析研究

　　1 引言

　　建筑結構設計對于建筑工程的質量和效率有較大的影響，需要對其進行深入的考慮和分析，以保證設計的合理性。本文探討了在建設結構設計中存在的常見問題，并針對這些問題提出一些切實可行的解決對策，以不斷提高建設結構設計的安全性和時效性，滿足人們對建筑設計形態的要求。

　　2建筑結構要點

　　2.1剛柔并重的結構體系。

　　正確合理的建筑結構體系應當是剛柔并重，工程實踐表明，結構太剛則變形能力差，強大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞;而太柔的結構雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。顯然對于結構設計人員來說，結構怎樣選取以達到剛柔并重這是設計核心之一。較柔的結構體系易于找到共同受力的構件以協同消化和抵抗外力，但結構過柔將產生變形以適應外力，太柔的結果必然是太大的變形，甚至會導致立足不穩而失去根本。必然結構體系最適宜就是做到剛柔并重。必要剛度可有效地控制建筑變形在允許范圍內，而必要的柔將有效地提高建筑消化轉換外力的能力。

　　2.2 多道防線設計。

　　安全的建筑結構體系必須做到層層設防的，當遇到突如其來的荷載時，建筑中所有抵抗外力的結構都在通力合作，而不應當把荷載全部寄托在某個單一的構件上。即使在設計中結構的計算是正確的，但要絕對安全的防備構件是不存在的，所以多道防線設計是應當考慮的。

　　2.3 相對靜定結構體系。

　　在建筑結構體系中，不同類型的構件相接處或者同一構件截面改變之處即為節點�？紤]結構的受力特點，應主要從結構的軸力和彎矩進行分析，在無彎矩的情況下，軸力在截面上時均勻分布，能夠充分利用材料的強度;而彎矩產生的應力在截面上為三角形分布，沒有充分利用材料的強度，因此，在結構的受力特點分析中主要考慮結構中的彎矩的分布及最大值。在相同跨度和相同荷載下，簡支粱的彎矩最大，伸臂粱、靜定多跨粱、三鉸剛架、組合結構的彎矩次之，而桁架結構的彎矩為零。在工程中簡支粱多用于小跨度結構;伸臂粱、靜定多跨粱、三鉸剛架、組合結構可用于較大跨度的結構;而大跨度結構通常采用桁架結構或者拱結構。在實際工程中，除考慮受力特點之外，還應考慮結構的施工、幾何特點、構造本身。

　　3 抗側力結構設計要點問題分析

　　從建筑的外部結構來看，高層建筑與多層建筑之間的差別主要表現在層數和高度的差距，從結構設計的原理及方法上看，兩者基本一致，沒有實質性的差別，設計的重點主要是抵抗豎向及水平荷載作用。但是在實際設計的過程中，我們也應該意識到，隨著建筑愈來愈高，愈來愈復雜，抵抗外荷載的難度和要求也愈來愈高，需要使用更多的結構材料，特別是用于抵抗水平荷載作用，因此抗側力結構成為大底盤、多塔樓、帶高位轉換層的高層建筑在設計上的主要問題，大量理論研究和實踐經驗告訴我們，在這個問題上，應注重以下幾個方面：

　　3.1　將水平荷載列為結構設計控制的主要因素

　　在設計上我們對結構內力、位移與高度之間的相互關系進行綜合考慮后發現，除了軸向力是與高度之間是正比例關系以外，隨著高度的上升，位移和彎矩都不是線性變化的，而是呈現出指數曲線上升形態，從這個角度出發，隨著高層建筑層數的增加，對水平荷載的控制顯得越來越重要，成為控制的主要因素。實踐證明，設計上必須思考水平力作用下結構是否優化，同時該問題對材料的用量也有很大的影響。

　　3.2　將側移作為重要的控制指標

　　將高層建筑與多層建筑結構設計相比，前者應比后者更多的關注與結構側移，應將結構側移作為高層建筑結構設計中的一個關鍵性的控制因素。相關調查資料顯示，側移的危害是相當大的，是填充墻或建筑裝飾開裂或損壞的主要原因，從業主心理來看，居住人員會因為建筑物發生明顯側移而感到不適或驚慌;從結構上看，側移將給建筑構件帶來較大的附加內力，特別是對豎向建筑構件而言，一旦側向位移有所增大將偏心加劇，使主體結構構件出現大裂縫，甚至損壞，當附加內力值達到一定的數值后將引起整個建筑物的側塌。理論研究和大量實驗表明，隨著高層建筑層數的增加，在水平荷載作用下結構的側移變形呈現出迅速增大狀態，所以，在設計上必須將結構在水平荷載作用下的側移作為重要指標進行嚴格的控制，必須將其控制在某一限度之內。

　　3.3　抗震結構設計要重視

　　地震帶來的災難是毀滅性的，但是有些卻是可以通過提高建筑物抗震結構來避免的，為此，對高層建筑的抗震結構設計應引起足夠的重視，高層建筑都有著一定的抗震要求，隨著高層建筑高度的增加，地震的作用力帶來危害的可能性也會越來越大，因此，高層建筑結構的抗震設計倍加重視，特別是在地震區，需要進行嚴格的地震作用計算，對于非地震區的高層建筑在結構設計上，仍需要將抗震的構造措施作為重要的考慮因素。在抗震結構的設計上，我們應該注意到高層建筑隨著高度的增加顯得更柔一些，如此一來，受到地震作用勢必將引起更大的變形，為了有效地防止出現倒塌事故，在構造的設計上必須積極采取合理的措施，保證建筑結構具有足夠大的延性，也就是說確保當建筑結構在進入塑性變形階段后仍能表現出超強的變形能力。

　　3.4軸向變形的問題亦不容忽視

　　雖然說，隨著高度的上升，位移和彎矩呈現出指數曲線上升形態，對水平荷載的控制顯得越來越重要，成為控制的主要因素。但是我們也應該意識到，軸向力是與高度之間是正比例關系，隨著高層建筑高度的增大，其豎向荷載數值也是相當大的，勢必導致柱受力產生較大程度的軸向變形，進一步影響到連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大。理論研究和實驗結構表明，軸向變形問題對預制構件的下料長度也會構成較大的負面影響，在設計上需要仔細分析軸向變形的計算值對下料長度實施調整。除此之外，實驗研究表明，軸向變形對建筑結構的影響并非是孤立的，軸向變形的同時也會對構件的剪力和側移構成一定的影響，設計中我們應該重視并將構件豎向變形作為一個重要的因素，否則設計計算中將會得出偏于不安全的計算結果。

　　3.5 從結構計算和構造上滿足規范要求

　　從結構計算角度,看結構計算應注意的問題避免荷載計算的錯誤。諸如漏算或少算荷載、活荷載折減不當、建筑物用料與實際計算不符, 基礎底板上多算或少算土重。底框砌體結構驗算時就應注意:底部剪力法僅適用于剛度比較均勻的多層結構,對具有薄弱層的底層框架混合結構,應考慮塑性變形集中的影響,通常對底層地震剪力乘以1.2~1.5 的增大系數;底層框架混合結構的剪力分配不能簡單地按框架抗震墻的方法。因為底框架結構中只有底層框架抗震墻,應采用雙保險的方法,抗震墻承擔全部剪力,框架按剛度比例承擔剪力。剛度計算時,框架不折減,抗震墻折減到彈性剛度的20%~30%;應考慮底層框架柱中地震作用產生傾覆力矩所引起的附加軸力。

　　綜上所述, 建筑設計人員為了有效地設計出經濟合理的建筑結構，還在掌握設計規范的基礎上，充分結構的受力狀態而進行設計;同時應當考慮到所設計的建筑所采用的材料造價問題，以使得結構更加結合實際情況而且受力合理。

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　　本文選自《建筑界》。  《建筑界》雜志(月刊)，是由江蘇商報社主管主辦的省級建筑科技類學術期刊，國內統一刊號cn：32-0118，國際標準刊號ISSN：1671-9955，郵發代號：27-128。

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