高层建筑结构概念设计与高层建筑结构体系分析

高层建筑结构概念设计与高层建筑结构体系分析

胡月芬 1 刘金朋 2

身份证号码： 35052119811214**** 身份证号码： 21072419900222****

摘要：在城市规划过程中，有必要充分了解高层建筑结构设计的特点，选择符合城市总体规划的高层建筑项目。避免在施工过程中容易出现高层建筑的问题，并严格遵循设计的基本原则。本文主要分析了高层建筑设计的特点，基本原理和结构体系。

关键字：高层建筑；结构系统概念设计

1、高层建筑结构设计的特征

（1）水平荷载。水平作用是高层建筑结构设计的决定性因素，因为高层建筑比普通建筑物需要更多的技术和专业性。因为高层建筑需要比普通建筑考虑更多的因素，例如需要考虑由建筑物自身重量和地面荷载在垂直方向上引起的轴向力和弯矩的值，所以它仅与第一个成正比。建筑高度的平方；结构上的水平载荷以及垂直构件上产生的轴向力所引起的倾覆力矩与建筑物高度的两个幂成正比。

（2）结构扩展。在高层建筑物的结构选择和设计过程中，在保证高层建筑物有足够承载力的基础上，应注意增强刚度以抵抗侧向力。因为随着建筑物水平的增加，每座建筑物在水平力的作用下都会产生一定的横向力，从而引起横向位移。另外，我们还必须注意通过各种措施减轻建筑物的重量。因为减少自重不仅可以更好地防止建筑物遭受地震，而且可以减轻基础和桩基的压力。通常，使用高强度材料可以有效降低高层建筑的自重。

（3）横向位移伴随着越来越高的底板设计，在水平荷载下结构横向位移将继续增加。在固定点的最终结构位移与建筑物高度的四次方成正比。因此，为了确保建筑物的安全，必须控制结构的侧移。

（4）轴向变形。随着建筑物的高度增加，垂直载荷将继续增加，这可能会导致圆柱中较大的轴向变形，从而对连续梁的弯矩产生不利影响。结果，连续梁的中间支撑处的负弯矩将变小，并且中跨部分处的正弯矩和端部支撑处的负弯矩将受到影响并变得更大。因此，落料的实际长度应考虑轴向变形的特定值。

2、高层建筑概念设计的基本原理

（1）在高层建筑设计过程中，必须考虑其承载力，可扩展性，柔性，刚度等指标，并设计和维护各种细节。以提高高层建筑的承载力和刚度，并提高其延展性。

（2）在设计高层建筑物的结构时，有必要对其结构进行计算和分析，以减少施工过程中的误差，并选择一种简单直接的计算方法来清楚地显示数据。

（3）在设计过程中，应注意上部结构与基础之间的相互作用。确保基础的承载力，刚度以及足够的防滑和抗扭能力，从而使整个高层建筑成为稳定的系统，并防止过度的差异沉降和倾覆。

3、高层建筑物的结构体系

高层建筑物的结构体系是指高层建筑物的所有组件的布置，以便更好地抵抗外力。一般而言，高层建筑结构体系的检验指标为抗力水平，具体结构体系一般包括框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系，管结构体系等。 （1）框架结构系统

框架结构系统是指高层建筑中的梁和柱构件，通过节点连接后可以有效地承受荷载。除钢结构和钢筋混凝土结构外，它还主要用于高度较低的高层建筑中。框架系统结构的优点是建筑物的布局灵活，可获得较大的空间，建筑物的外墙易于处理，结构轻巧，计算理论相对成熟，且成本较低一定的高度范围。但是，它也有缺点，例如，抗侧向力差，在风荷载下水平位移大，在地震荷载下严重破坏非结构构件。如果设计合理的框架结构系统，则可以具有良好的抗震性能。此外，框架结构组件的类型很少，易于标准化和确定。可以使用预制组件，并且易于使用定型模板制作原位结构。有时，现场柱和预制梁和楼板也可以是半铸件和半预制件。

（2）剪力墙结构体系

在高层建筑中，为了提高房屋结构的侧向刚度，设置在其中的钢筋混凝土墙称为“剪力墙”。剪力墙的主要功能是提高整个房屋的抗剪强度和刚度，该剪力墙还用作维护和房间划分的组成部分。

在剪力墙结构中，钢筋混凝土墙承受所有水平和垂直载荷。剪力墙沿横向和纵向正交布置或沿多轴倾斜布置。它具有很高的刚性和良好的空间完整性。它使用钢材，因此，剪力墙在地震结构中也称为地震墙。发生地震时，剪力墙结构可以减少损坏，程度相对较小。同时，当剪力墙结构采用大型模板或滑动模板等先进方法时，施工速度非常快，可以节省大量的砌体填充墙等工作。

由于剪力墙结构中有很多墙，因此墙之间的距离不应太大，否则布局将变得不灵活且难以满足公共建筑的要求。因此，为了满足诸如大厅，饭店，会议室之类的大型公共房间的需求，以及满足在底层，一部分底层或部分住宅楼中布置商店和公共设施的需求。可以将部分地板从剪力墙上取下，并用框架代替。形成框架支撑的剪力墙结构。当底层由框架柱制成时，它成为由框架支撑的剪力墙结构。在该结构系统中，由于底柱的低刚度和上剪力墙的高刚度，上，下刚度突然变化。在地震作用下，底部柱会产生很大的内力和塑性变形，从而导致严重的结构破坏。

（3）框架-剪力墙结构系统

框架-剪力墙结构系统是指框架结构中一定数量的剪力墙的布置，可以形成框架-剪力墙结构。具有框架结构布局灵活，使用方便，刚性强，抗震性强的特点。因此，广泛用于高层建筑的办公楼和旅馆由框架和剪力墙组成。另外，在框架-剪力墙结构中，由于剪力墙的高刚度，剪力墙承受大部分水平力，并且是抵抗横向力的主体。整个结构的横向刚度大大提高。框架承受垂直载荷，提供更大的使用空间，并且承受水平力的一小部分。中间部分的剪力墙也可以形成为圆柱形结构，布置在内部，外柱的布置可以非常灵活。内管采用滑模结构，外框架柱横截面小，开口大，跨度大，非常适合目前的建筑设计要求。

（4）管结构系统

管结构系统是指由空间中的剪力墙形成的薄壁管，它成为垂直的悬臂箱形梁。柱子很密集，可以提高梁的刚度。也可以形成为。在空间中承受总力的框架管主要由一个或多个抵抗水平力的管体组成。它通常具有以下几种类型：框架结构，筒管结构，实心腹板管等。尽管圆柱结构系统类型很多，但通常，最重要的特征是相同的，这就是空间力性能。

总而言之，随着我国城市化进程的不断加快，高层建筑的应用越来越广泛。但是，高层建筑的设计仍然存在一些缺陷，因此我们需要熟悉高层建筑的功能和结构特点，才能灵活设计并不断提高结构解决方案的设计水平。

参考文献：

[1]高立人，王越，《结构设计的新思想-概念设计》，工业建筑，2017年第1期。

[2]林同彦，结构概念与体系，中国建筑工业出版社。