高层建筑中的建筑设计

摘 要：随着高层建筑技术的迅速发展,高层建筑已经成为城市空间中不可缺少的元素,高层建筑的表现形式也多种多样,高层建筑的结构设计不仅要有足够的安全性,还要考虑到经济性、合理性等方方面面,本文结合自己的工作经验就高层建筑结构设计中的几个问题进行分析,希望为本领域的研究提供一些参考.

关 键 词：高层；建筑；经济

中图分类号：TU972文献标识码：A文章编号：1001-828X（2013）07-0-01

高层建筑的迅速发展,结构理论和建筑技术也不断得到提高,高层建筑结构形式也开始趋于多样化发展,其表现形式也是多种多样,但是也随之出现了很多在高层建筑设计方面的问题.在作为城市风景线的同时,高层建筑还面临着如何搞好高层建筑设计的问题,如何多方面实现高层建筑设计的完善是目前高层建筑设计所追求的主要理念.

一、高层建筑的发展趋势分析

随着高层建筑的发展,决定了其结构的合理性和科学性.高层建筑呈现出以下发展趋势：一是层数增多,高度增加.我国设计有80层以上的高层建筑,有的处于领先地位.二是新材料的开发应用,新结构形式的应用.高性能混凝土材料在不断发展,对高层建筑的发展产生重大影响.三是平面布置与竖向体形更加复杂.现代高层出现了不规则、不对称和曲线形的平面,主要是结构分析技术和计算手段的提高为它创造了条件,需要结构设计更加提高.四是耗能减震技术的应用与发展.第五,确立绿色建筑发展观念,绿色建筑即环保化、无污染、可循环、能源节省,强调因地制宜,不能照搬盲从,气候、地理条件、文化传统不同,所做出的设计也应该不同.

二、高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较,结构专业在各专业中占有更重要的位置,不同结构体系的选择,直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等.其主要特点有以下几方面.

1.水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计.而在高层建筑中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响,但水平荷载却起着决定性作用.因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比.另一方面,对一定高度建筑来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化.

2.侧移成为控制指标

与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素.随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内.

3.抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外,还必须使结构具有良好的抗震性能,做到小震不坏、大震不倒.相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些.为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性.

三、高层建筑结构的相关问题分析

1.结构的超高问题

在抗震规范和超高规范中,对结构的总高度有着严格的限制,尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为高度以为,增加了B级高度,处理措施与设计方法都有较大改变.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.

2.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限制,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.

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限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题,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.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限制条件,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限制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.

高层建筑的建造和发展已有百余年的历史,是人们生活中一种重要的建筑类型.高层建筑体量巨大,视觉冲击力强,充分体现了现代建筑技术、美学、文化等魅力,对城市形态也有重要的影响.我国高层建筑近年来有了飞快的发展,取得了一定的成绩,但是在某些方面还是存在着不足,需要建筑设计人员不断的研究、探讨高层建筑设计理念的更新与高层建筑设计风格的变化,一定会促进现代高层建筑的发展.