| 标题 | 关于高层建筑工程结构设计的综合分析 |
| 范文 | 王维凯 摘 要：针对目前城市中越来越多的高层建筑，在简述其结构设计基本步骤的基础上，对高层建筑抗震设计及设计中需要注意的关键问题进行综合分析，旨在为实际的设计工作提供可靠依据，保证设计的合理性与可行性。 关键词：高层建筑;结构设计 如今，城市中的高层建筑数量越来越多，人们对高层建筑的安全重视度随之提升，这无疑对高层建筑结构设计提出了更高要求。设计是否合理在很大程度上决定了施工能否顺利完成，并影响工程的质量、安全和成本，因此需要对其进行综合分析与探讨。 1 高层建筑结构设计基本步骤分析 1.1 基础设计 对高层建筑基础做综合设计时，应充分考虑建筑所在地区地形和地质条件，此外还应结合荷载实际分布情况、上部结构主要类型、附近既有建筑造成的影响及现有的施工条件，以此确定技术可行且经济合理的方案。实际的设计工作中，应对地基潜力进行充分挖掘，在必要的情况下通过计算确定地基的变形。当进入基础设计阶段时，说明区域场地地质勘察资料已经形成，若没有相应的地质报告，需进入现场进行查看，当然周围既有建筑在基础设计过程中形成的资料可作为本工程的参考[1]。 1.2 结构设计 最终采用的结构方案应是最合理且最经济的。对结构体系进行设计时，除了要明确结构的受力，还要尽可能为传力提供方便，在同一结构单元当中尽量避免使用不同体系。基于此，在设计中要对设计基本要求、实际施工状况和原材料实际供应进行综合考虑，并做好和其它专业的联系与沟通，进而为结构类型的选择奠定良好基础，形成最佳设计方案。 1.3 计算简图 对结构进行的所有计算都需要将计算简图作为核心，如果设计过程中所用计算简图缺乏合理性，将产生安全问题。对此，计算简图必须具有良好合理性与适用性，这是从根本上保证安全，避免安全问题发生的关键。考虑到结构节点并非单纯刚结，故计算简图应得到构造措施的保证，但要注意将误差限制在允许的范围之内[2]。 1.4 分析计算 就目前而言，计算机技术已经广泛用于结构设计领域，但设计软件的类型有很多，不同类型的软件采用不同的算法，可能得出的结果完全不同。在这种情况下，对设计人员而言，若在计算中发现所用程序与结构具体情况不相符，或在参数输入过程中有人为错误，则需要立即查明原因并予以纠正，从而保证结果真实性与准确性，为后续设计与判断提供可靠参考依据。 1.5 构造方法 设计中应对构件延性引起高度重视，并关注所有薄弱环节。结构钢筋锚固端长度需要引起设计人员的重视，特别是直线段长度，同时温度应力也会对其造成一定程度的影响，同样需要得到重视。另外，对平面与立面进行布置时，应保持规范、对称及均匀，尽可能减少薄弱环节，在必要的情况下还应在极限状态下的结构进行验算[3]。 2 高层建筑结构的抗震设计 2.1 地震作用分析 从震源处传递出的地震波，如果地基比较软弱，将会得到明显的增强，同时当建筑的高度较高时，固有周期将明显变长，而且摇动力也会减小，但靠近顶层的楼层，其加速度具有明显变大的趋势。在这种情况下，可确定建筑所受地震作用，可采用不同楼层在水平方向上的力进行综合评估。 2.2 抗震因素配置 建筑所受地震作用具体方向并不是固定的，若将建筑看做一个二维框架，则能更好的掌握力的实际传递过程。和地震作用方向保持平行的建筑框架，主要承担水平方向上的力;而每个楼层上的墙柱则根据其刚度比例来承受竖直方向上的力。 2.3 地震变形抵抗 为结构体系施加一定水平方向上的力以后，如果这一作用力大于结构弹性极限，则将产生很大的变形。这就要求在设计过程中尽量确保地震作用处于弹性极限范围内，即便在大震条件也不超过它的最大强度，从而实现大震不倒的目标[4]。 2.4 建筑平面刚性平衡 如果建筑平面上的抗震因素分布不平衡，将在受到地震作用后产生一定扭力回转，使结构发生变形，此时对于刚度较差的部分将产生极大变形，甚至导致破坏。因地震作用是典型的惯性力，所以其作用中心需要和重心保持一致。在建筑平面上保持平衡就是指使抗震因素刚度中心和重心完全一致。对于平面刚性保持一致的高层建筑，若发生一定向后的退缩，将因为楼层重心不再重合而有发生失稳的危险[5]。 3 高层建筑结构设计注意事项 3.1 对结构受力特点予以正确认识 对高层建筑而言，它类似于竖向分布的悬臂结构，当受到垂直方向上的荷载后，会使结构产生一定轴向力，它和建筑的高度一般保持线性关系;而水平方向上的荷载会使结构产生一定弯矩。在结构受力特性方面，对于垂直方向上的荷载，其方向保持不变，在建筑的不同高度上荷载不同;而对于水平方向上的荷载，可能从不同的方向产生，如果均布荷载，则弯矩将和高度为线性关系。在结构的侧移特性方面，一般情况下竖向荷载不会产生太大的侧移，但水平荷载会使结构产生明显侧移，如果为均布荷载，则侧移将和建筑的高度为线性关系。可见，水平荷载造成的影响比垂直荷载大很多，在结构设计中需要将水平荷载作为主要控制因素，对结构而言，它为了抵抗这一荷载而产生的应力、弯矩及剪力，不仅要有足够强度，而且还应满足刚度要求，以此将因高度增加而引起的变形有效控制在允许的范围之内[6]。 3.2 选择正确合理的建筑结构体系 因高层建筑结构中抗水平方向上的力是结构设计主要矛盾所在，所以应采用合理的抗侧力措施来保证结构稳定与安全。目前常用的几种结构体系，如框架、框剪和纯剪等，它们的受力特征与抵抗水平方向上作用力的能力均有所不同，尤其是在抗震性能上往往有着明显的差异，所以要在设计中进行合理的選择。 3.3 保证结构体系抗震性能 考虑到高层建筑结构受力和其它建筑有很大不同，所以当在地震区对高层建筑实施结构设计的过程中，应在满足基本刚度与强度要求的基础上，保证抗震性能。经科学与系统的抗震设计，可以使高层建筑实现大震不倒、中震可修与小震不坏的目标。从结构的角度讲，应有足够塑性变形能力，以此吸收地震发生后产生的巨大能量，从而削弱地震造成的破坏。 3.4 扭转问题 针对高层建筑的扭转问题，首先需要提到建筑的三心，建筑三心是指几何的形心、刚度的中心与结构的重心，结构设计过程中应使三心重合。扭转问题实际上就是因为三心没有重合引起的，此时结构受到水平方向上的荷载将产生一定扭转效应。为了防止建筑由于扭转而被破坏，需要在实际的结构设计过程中确定适宜的结构形式，做好平面布局，保证三心重合。结构受到水平方向的荷载后，扭转大小将受到质量分布的影响及控制。为了确保水平方向上的作用尽可能均匀分布，避免或减小扭转，在选择建筑平面时，应尽量以简单平面形式为主。然而，实际情况中很难满足以上要求，采用一些较为复杂的平面，如T字形与十字形等，在这种情况下，结构设计中需要将凸出处厚度和宽度之比限制在允许范围以内，并在实际的平面布置过程中确保结构处在完全的对称状态下，实践表明，这样是可以有效减小扭矩的。 4 结束语 综上所述，高层建筑的结构设计和其它普通建筑有很大的不同，这不仅源于对高层建筑结构提出了更高的要求，还和结构实际受力等因素有关。因此在实际的结构设计过程中，必须充分考虑高层建筑结构实际受力特点，根据相关规范的规定及要求切实做好结构设计，保证设计的合理性与可行性。 参考文献： [1]王月红，关杰.高层建筑工程结构设计综合分析[J].山西建筑，2012，38（32）：52～53. [2]吴彩霞.高层建筑工程结构设计问题分析[J].中华民居，2012（6）：880. [3]张启华.高层建筑工程结构设计问题研究[J].科技致富向导，2010（11）：120，131. |
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