高层建筑的结构设计特点及基础结构设计

高层建筑的结构设计特点及基础结构设计

潘凯健

单位：441827199505114714  邮编： 510000省份：广东省

摘要：在我国建筑行业不断发展的条件下，高层建筑建设设计也受到人们高度重视。但是由于高层建筑具备层数高的特点，其整体稳定性较低，经常会受到外力作用的干扰。为此，必须加强高层建筑结构设计力度，强化高层建筑结构承载力度和整体稳定性，避免高层建筑在外力干扰下出现坍塌事故。本文将分别概述高层建筑结构设计特点和基础结构设计，确保建筑结构设计在高层建筑后期建设中发挥自身最大的作用。

关键词：高层建筑；结构设计特点；基础结构设计；

引言

目前，在我国的建筑结构设计中，高层建筑的结构设计越发成为建筑设计人员重点关注的内容，同时在设计时也存在着较大的难度。在高层建筑的设计中，基础设计占据着非常重要的位置。科学的基础设计能够更好地保证建筑结构的稳定性。在高层建筑结构设计工作中要充分考虑多个影响因素，同时还要保证基础的质量，进而更好地确保高层建筑结构的稳定性和安全性。

1.高层建筑的结构设计特点分析

1.1抗震延性设计应予以重视 
　　 高层建筑因其自身的结构特性和重要性，除了要考虑正常使用时的荷载，还要确保其自身具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。高层建筑的抗震性能主要由其延性决定。延性就是指混凝土结构具有足够的塑性变形能力。良好的延性结构能有效地消耗地震力并降低结构刚度，使得结构受到的地震力作用变小，并能够有效防止脆性破坏的发生，使得结构具有足够的安全性和可靠性。 

1.2高度重视轴向变形

在高层建筑中，竖向荷载不容忽视。其可以在柱结构中引发较为明显的轴向变形，进而对连续梁的弯矩也产生较为显著的影响，并使得连续梁中间支座位置的负弯矩明显减弱，跨中正弯矩以及端支座的负弯矩显著提高，除此之外还会影响到结构设计中下料的长度。因此，必须要结合轴向变形的计算来对下料的长度予以科学的调整。构件剪力和侧移也会因此受到较大的影响。与构件的竖向变形相比，其安全性会有所下降。

1.3结构延性

高层建筑结构设计时，结构延性是重要设计指标。相比于非高层建筑，高层建筑更加“柔软”，在地震发生时，结构变形更大。建筑结构处于塑性变形阶段，为了增强抗变形能力，避免发生倒塌，就要在关键部位和构造上，采取有效措施提高结构延性，防止发生断裂现象。

1.4水平侧向位移是控制指标

高层建筑因其高度较高，水平侧向位移是结构设计中重要的控制指标。建筑高度越高，在水平荷载作用下产生的侧向位移就越大。侧向位移会使结构产生附加内力，对于竖向构件而言，侧向位移越大带来偏心加剧，由此产生的附加内力超过一定限值时会导致剪力墙、框架柱等竖向构件开裂破坏，严重的会引起房屋倒塌;侧向位移过大还会使填充墙、建筑装饰等非结构构件损坏，电梯轨道变形造成不能正常使用;另外较大的侧向位移还会引起住户的不适和恐慌，譬如风荷载作用下高层建筑的水平振动过大会使人感到不安。

2.高层建筑结构设计中存在的问题

2.1超高问题

高层建筑的高度通常是在24米至100米之间，众所周知，建筑物越高，在抗震、防风及火灾等方面的要求也就越高，越高的建筑物在受到地震横向作用力时越容易坍塌，因而，高层建筑在性能方面要求较高，也是结构设计过程中需要关注的重点问题之一。再者设计高层建筑结构时，对于抗震的要求也极为严格，然而在设计过程中，经常会出现业主单位要求，改变建筑物高度，这就使得设计单位的结构设计方案也需随之不断变化，耗费设计单位的人力与物力资源，甚至造成工期延误、经济损失等情况。

2.2扭转问题

扭转问题是高层建筑结构设计中的重要问题，也是世界各国研究高层建筑的核心问题，关系着建筑物的抗震、抗风性能。受地理特征及其他因素的影响，导致在设计高层建筑结构的过程中不能保证建筑物的完全对称，接着会产生扭转问题。设计者在设计时，需努力使建筑物对称，确保搞成建筑的高度与质量，最大程度地避免出现扭转问题。

3.高层建筑的基础结构设计措施

3.1优化重力荷载的传递路径

在高层建筑结构设计过程中，应重视重力荷载传递路径的优化，明确高层建筑重力荷载传递路径对楼板设置、结构体系、施工方案的具体影响，进而以此来优化基础结构设计。首先，高层建筑楼板设置方案设计应综合考虑建筑实际情况、建筑内部装饰情况、设备分布情况等，然后结合考察结果来优化布置，确保其合理性和科学性。其次，在高层建筑重力荷载传递上，考虑高层建筑施工周期和成本等因素，可选择楼板+钢架梁相结合方式。最后，高层建筑中转换层主要有梁式、斜柱转换式等多种形式，意味着设计人员在高层建筑基础结构设计时，若遇到多种类型的荷载转换路径，则要利用计算机软件来进行仿真模拟，真实掌握各类荷载转换路径的具体情况，进而以此为依据来进行优化设计，确保高层建筑物重力荷载的传递路径科学合理。

3.2沉降缝设计

在建筑运行中，因地基会出现不均匀的沉降现象而使得建筑稳定性和可靠性会大幅度下降，进而会影响建筑使用安全。尤其是高层建筑，地基沉降现象所产生的负面影响更是显著。因此，在高层建筑基础结构设计中，往往要设置沉降缝，以此来控制地基沉降对高层建筑的负面影响。高层建筑地基沉降现象的发生，原因在于建筑物相邻部分的荷载、高度、结构形式等不尽相同，使得地基结构会出现不均匀的沉降，进而引起高层建筑结构出现开裂或者错动现象。为了有效解决此类问题，在高层建筑基础结构设计中，会设置一个垂直的缝隙，将高层建筑物划分为多个独立的单元。但是在高层建筑中，沉降缝的设计无法出良好的效果。原因在于高层建筑结构压力让地基结构设计变得十分复杂，而沉降缝的设计往往会影响高层建筑地下室土层的嵌固作用，从而对高层建筑整体的稳定性产生负面影响。因此，对于高层建筑基础结构设计而言，应尽量规避沉降缝的布置，可选择强化地基处理来有效解决高层建筑沉降问题，以此保证高层建筑整体的稳定性和可靠性。

4.高层建筑的结构设计中问题对策

4.1超高问题的解决

《高层建筑混凝土技术结构技术规程》严格规定了高层建筑的结构高度，优化、改进了高层建筑结构的设计方法。设计单位在进行高层建筑结构设计时，应意识到建筑主体的高度与其水平载荷、自身重力之间的关系，特别是对高层建筑主体的超高问题，应保证建筑物的高度，协调各种环境因素，使高层建筑有质有量，尽力达到最优化。

4.2扭转问题的解决

高层建筑结构扭转问题是世界地震工程的热点问题。一般来说，在进行基础设计时，力求建筑结构简单、规则、对称，尽力使结构的刚度中心与质量中心重合。在设计施工方案阶段，结构专业应协同建筑专业，从概念设计方面满足抗震的需求。尤其是扭转不规则时，应顾及扭转影响，并且在规定水平地震力作用下，尽量保证高层建筑主体的对称性。

5.结束语

高层建筑逐渐已成为城市的主要建筑形式，人们对高层建筑的质量也越来越重视。因此在高层建筑结构设计过程中，需要确保其设计的合理性，这是确保高层建筑质量的关键所在。因此需要努力提高高层建筑结构设计人员的整体水平，使其在具体设计过程中能够高效地利用上部结构刚度和地基条件，并通过选取合理的基础形式，同时各方在项目实施过程中紧密配合，以此来全面提高高层建筑的质量，更好地推动建筑行业的健康、持续发展。

参考文献

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