高层建筑结构设计的影响因素
【摘要】高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义，随着我国高层建筑的不断发展，高层建筑的结构设计的要求越来越高。本文具体分析了高层建筑结构设计的影响因素，研究探讨了结构体系的选择和高层建筑结构设计优化工作。
【关键词】高层建筑结构设计影响因素 中图分类号：tu97文献标识码： a 文章编号：
高层建筑结构不但承受着由于外界的风产生的水平方向的荷载，同时也承受着在垂直方向的荷载，并且对于地震的抵抗能力也有要求。一般情况下，建筑结构受到低层建筑结构水平方向上的影响比较弱，然而在高层建筑中，外界地震的影响和外界风产生的水平方向的荷载的影响是主要的影响因素。随着建筑物高度的增加，高层建筑的位移增加较快，但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度，同时使得建筑物的使用受到影响，并且容易损坏结构构件以及非结构构件。
一、高层建筑结构设计的影响因素 1、受力性能方面的分析
通常在高层建筑设计的最初阶段，设计人员考虑较多的就是建筑物的空间组成特点，而并非是确定高层建筑的具体结构。高层建筑的地面对其空间形式的水平方向及竖向的稳定有着十分重要的影响，由于高层建筑一般都是由重而大的结构构件所构成，所以，
建筑物的结构应当把其自身的重量传送到地面上，建筑物结构的荷载通常是向下对底面产生作用的，而高层建筑设计的基本要求之一就是弄清地基承载力和向下作用力二者之间的关系，因此，在设计建筑物的方案时，就应当对主要承重墙以及承重柱的分布与数量进行总体上的设想。 2、扭转方面的分析
高层建筑物的三心包括结构重心、刚度中心及几何形心，在设计建筑物结构时，必须保证三心合一，也就是将三心最大限度的汇合为一点。高层建筑结构扭转方面的问题指的是在设计结构时，并没有真正的确保三心合一，进而在水平荷载的不良作用之下发生结构扭转振动效应。为了能够有效的防止高层建筑由于水平荷载的作用所导致的扭转破坏，那么在设计结构时就应当合理的选择平面布局与结构形式，从根本上保证三心合一。 3、振动周期和侧移方面的分析
高层建筑结构的振动周期主要包括两个方面：将自振周期和场地特征周期尽可能的错开以及对结构自振周期进行合理的控制。 （1）高层建筑结构的自振周期方面
通常其自振周期应当保持的范围为：筒中筒、剪力墙结构的自振周期在0.04n至0.10n之间；框筒、框剪结构的自振周期在0.08n到0.12n之间；框架结构的自振周期为0.1n到0.15n之间，其中n是结构层数。高层建筑结构的第二及第三周期应当保持的范围为：第二周期在1/3到1/5的自振周期之间；第三周期在1/5到1/7自
振周期之间。 （2）共振问题
当高层建筑所在地发生地震的时候，若高层建筑的场地特征周期接近于高层建筑的自身周期，那么很容易导致场地与建筑物的共振。所以，在设计建筑方案结构时应当预先对特征周期进行估算，通过合理的选择结构体系及结构类别，合理的对结构层数进行调整，扩大特征周期和自振周期二者间的差别，防止产生共振问题。 除了以上诸多问题之外，在设计高层建筑结构时，还必须重视单位面积重度、剪重比以及位移等问题，应当保证这些数值和指标的合理性和正确性，从结构的竖向、结构体系的选择及平面布置等各个方面进行深入的思考，将层间位移和顶点位移并重对待，尤其要注意角点位移的大小与合理性，注意剪重比和单位面积厚度的实际值与高层建筑结构的实际情况相契合。 二、根据不同类型高层建筑，选择合理的结构体系 1、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。
2、结构的超高问题
在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的高度设定为a 级高度的建筑外，增加了b 级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为b 级高度建筑甚或超过了b 级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。 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、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，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、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，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。
三、加强高层建筑结构设计优化工作 1、合理的结构计算模型
合理的结构受力模式计算模型，在高层结构设计中的重要性不言而喻，如果计算模型与工程实际不相符，则可能对结构设计精准性产生影响，严重者甚至引发结构事故。因此，若想确保高层建筑结构设计的合理性、安全性、稳定性，必须加强对计算模型的重视程度。
2、基础的优化设计
以高层建筑的地质条件为出发点，有针对性地选择基础设计形式，对建筑的上部结构类型、荷载分布等进行综合分析，合理选择施工条件，减少对周边建筑物产生的影响；通过考虑各方面的实际因素，最终确定施工组织方案。合理方案的选择，必须充分发挥地基潜力并应考虑经济型及施工简便性，必要情况下需要对地基变形控制[3]-[4]。此外，在高层建筑结构设计中，需要制定详尽的地质勘查报告，必要时应进行现场施工勘查并应充分考虑周边建筑物的情况，还必须对降水、抗浮问题采用有效的措施。 3、确定高层建筑结构方案
只有提高结构设计方案的经济性、合理性，同时满足高层建筑的结构体系要求，才能确保整体设计的顺利实现。对于结构体系来说，要求明确受力过程，保障传力的简洁性。对于同等的结构单元来说，结构体系也应相同；如果高层建筑位于地震区域内，那么就
需要充分考虑平面规则与竖向规则。 4、分析计算结果的合理性
随着我国科技水平的不断进步升，结构设计中计算机的应用越来越广泛，可以选择的计算软件种类非常多，不同软件可能获得不同的计算结果，对设计人提出更高要求，既要了解工程实际情况，也要掌握软件适用的条件、范围等，提高软件的针对性、适用性；由于计算机的程序并不可能与建筑结构完全相符，应用计算机辅助手段，可能产生人工输入错误或者由于软件缺陷而造成计算结果不准确等问题，因此通过计算机软件获得计算结果之后，必须经过设计人员的反复校核，确保计算结果的精准性、合理性，切忌生搬硬套。
5、采取针对性的结构措施
结合以往高层建筑结构设计的经验来看，应遵循“强剪弱弯”、“强柱弱梁”等原则，尤其关注薄弱部位(薄弱层)，重视控制节点构造，同时考虑到温度应力、延性等因素，避免因构造不当对构件产生负面影响。 参考文献：
[1] 吕坚.浅议高层建筑结构设计中控制扭振效应的主要措施[j]. 科技风. 2010(05)
[2] 周云波,赵岩.浅谈高层建筑结构的设计原则[j]. 黑龙江科技信息. 2010(03)
