高层建筑结构设计中的抗风性能研究

131 2017年2月下【规划设计】住宅与房地产

高层建筑结构设计中的问题与设计方式研究

庄聪颖

（广东工业大学华立学院，广东 广州 511325）

摘 要：随着社会经济的发展进步，高层建筑结构不断优化，高层建筑的数量也逐渐增多，深刻影响着人们的生活、生产。结构

设计是高层建筑结构设计的关键，高层建筑的建设、养护等工作具有重要的影响。文章根据现阶段高层建筑结构设计存在的问题，

针对优化高层建筑结构设计方式进行分析。

关键词：高层建筑；结构设计；设计方式

中图分类号：TU97 文献标志码：A 文章编号：1006-6012（2017）02-0131-01

高层建筑建设发展和一般的建筑结

构不同，它需要承担一定的水平荷载、

垂直荷载，具体包括外界风力带来的压

力、建筑物本身高度带来的承重压力等。

在高层建筑数量的增多下，高层建筑出

现了不同程度的位移，对人们使用建筑

的舒适度带来了影响，严重的位移甚至

还会引起建筑结构构建的损害。基于此，

文章对高层建筑结构设计的问题与设计

方式进行研究，旨在更好的促进高层建

筑发展。

1 高层建筑结构设计存在的问题分析

1.1 建筑短肢剪力墙设置存在问题

现阶段在高层建筑结构设计中存在

问题最多、危害性最强的是建筑短肢剪

力墙现象。在一般情况下，建筑结构的

短肢剪力墙是指墙肢的高度、厚度比例

为5:8的墙。但是高层建筑结构设计中

应用了过多钢筋混凝土结构的短肢剪力

墙。短肢结构剪力墙高度、厚度之间的

比例超过了限定比例要求，在应用的时

候需要承载过大的轴力和剪力，在其本

身抗震性能差、防风能力差的情况下，

会出现过早压塌的情况，不利于高层建

筑的稳定建设发展。

1.2 抗震结构设计问题

高层建筑结构设计中难度最大的是

抗震结构设计。受高层建筑高度过高的

影响，一旦出现了地震，就会诱发出各

种不可估计的问题。现阶段我国建筑工

程建设要求高层建筑要保证五十年的设

计基准期，并对高层建筑的抗震设计进

行了明确的规定。但是在实际应用中，

受我国自然灾害的影响，原有的抗震等

超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究

作者：梁洁

来源：《中国房地产业》 2018年第13期

【摘要】随着当前科学技术的不断发展，其实际应用范围也在逐渐扩大，在建筑行业借助新的科学技术开展超限高层建筑已经成为可能。为了避免受到自然灾害的影响，在超限高层建筑中加强抗震设计逐渐成为人们关注的焦点。基于此，文章从超限高层建筑抗震设计目标开始谈起，分别对其实际设计要点、方法以及未来的发展方向等进行了详细说明，希望可以进一步推进超限高层建筑抗震设计的发展。

【关键词】超限高层；建筑结构；抗震设计

随着科学技术的不断发展，城市中建筑也逐渐呈现多样的趋势，但是一旦城市突发相应的自然灾害，就很可能造成建筑的倒塌，进而产生大面积的人员伤亡。因此，加强实际建筑抗震设计就显得尤为重要，同时还要对建筑抗震设计进行深入研究，特别是针对超限高层建筑来说。

1、超限高层建筑抗震设计目标

1.1 三个水准

三个水准主要是指：一，小震不坏，即当发生多遇地震（小震）时，建筑房屋的各环节不会受到一定的裂缝，也没有出现相应的损害，不需要进行一定的修复处理，房屋可以继续进行使用；中震可修，即在发生设防烈度地震（中震）后，房屋会受到一定的损坏，但是在经过维修后，依然可以继续进行使用；大震不倒，即在预估的罕遇地震（大震）情况下，建筑结构会受到损坏，但不会倒塌并引发人员伤亡。

1.2 不同阶段设计方法

1. 将实际抗震等级划分为小震阶段的性能计算，对实际范围以及数据进行设计，与此同时还可以对房屋荷载与地震效应等进行考虑，并结合建筑物的实际特征和承载性能做出合适的调整，最终确定建筑物的尺寸与横截面积，此外，还要注意在小震阶段建筑物的弹性位移，从而确保小震阶段建筑物可以承受的强大冲力，最终保证建筑物的稳定安全。

2. 将以阶段获得计算结果作为实际参数，对相应的建筑结构进行选择，同时采取有效的抗震措施，算出建筑物在变形前所能承受 的最大限度力，然后在材料选择和结构设计中尽可能的提高建筑的承受能力，确保中震阶段，建筑物仍具备一定的抗性。

高层建筑中的风力与抗风设计原则

随着城市化进程的加快，越来越多的高层建筑耸立于城市之中，成为城市的地标。然而，高层建筑所面临的风力问题也变得愈发突出。在设计和建造高层建筑的过程中，考虑风力的作用和抗风设计原则至关重要。本文将探讨高层建筑中的风力与抗风设计原则。

一、风力对高层建筑的影响

风力是指风对建筑物所产生的运动力。由于高层建筑所处的位置和高度，会受到强风的影响。风力对高层建筑的影响主要包括以下几个方面：

1. 建筑物的稳定性：风力可以对高层建筑施加侧向力和扭转力，可能导致建筑物倾斜、倒塌或甚至破坏。

2. 建筑物的振动：高层建筑在受到风力作用时会出现振动现象，如果振幅过大，会影响到建筑物的使用安全。

3. 建筑物的舒适性：高层建筑中的风力会对居民和使用者的舒适性造成影响，如风压变化、风吹噪声等。

二、抗风设计原则

为了确保高层建筑在强风环境下的安全运行，需要采取一系列的抗风设计原则：

1. 高层建筑结构设计合理：设计时应考虑建筑物的受风面积、结构材料的强度和刚度等因素，以保证建筑物的整体稳定性。 2. 强化建筑物的支撑系统：高层建筑需要具备稳固的支撑系统，如混凝土核心筒、钢结构框架等。这些支撑系统可以有效抵抗侧向风力和扭转力的作用，确保建筑物的整体稳定。

3. 使用减风技术：减风技术包括风洞试验、风洞模型、开窗调节等，这些技术可以通过改变建筑物的形状、增加建筑物表面的粗糙度等手段来减少风力对建筑物的影响。

4. 加强建筑物的外墙设计：外墙是高层建筑与外部环境之间的界面，需要具备良好的抗风性能。合理的外墙设计可以降低风力对建筑物表面的压力，同时减少风噪声和风压变化对居民的影响。

5. 定期检测和维护：高层建筑在使用过程中，应定期进行抗风性能的检测和维护工作，及时发现和解决可能存在的问题，确保建筑物的长期稳定性和安全性。

三、国内外抗风设计案例

1. 上海中心大厦：作为上海的地标性建筑，上海中心大厦采用了多项抗风设计措施，如空气动力学效应分析、超高层风振控制技术等，确保了建筑物在强风环境下的稳定运行。

高层建筑结构的抗风性能

高层建筑结构的抗风性能一直是建筑工程领域中的一项重要考虑因素。随着城市化的快速发展和人们对建筑宜居性要求的不断提高，高层建筑的数量不断增加。同时，高层建筑也面临着日益复杂多变的气候条件和风力荷载带来的挑战。因此，提高高层建筑结构的抗风性能成为了一个紧迫的问题。

一、设计准则

高层建筑结构的抗风性能设计准则是确保其安全性与稳定性的基础。设计师需要根据当地的气候条件、地理特点和地震风等环境因素，确定建筑结构的抗风设计要求。通常采用的几个重要指标包括基本风压、抗倾覆力矩、抗风振频率等。

1. 基本风压：基本风压是指建筑物表面受到的风的压力，在设计中通常采用风压系数来表示。这个系数可根据当地的风压设计规范或相关标准来确定。

2. 抗倾覆力矩：抗倾覆力矩是指建筑物在受到风力作用时所产生的倾覆力矩。设计师需要通过结构设计的合理布局和加固措施来确保建筑物能够承受风力带来的倾覆力矩。

3. 抗风振频率：抗风振频率是指建筑物在风力作用下的振动频率。这个频率需要根据风荷载的特点和建筑物的结构参数来确定，以避免共振效应，从而保证建筑物的稳定性。

二、结构设计 高层建筑的结构设计是保证其抗风性能的关键环节。常见的结构设计方法包括混凝土框架结构、钢筋混凝土结构和钢结构等。它们在抗风性能方面具有各自的特点和优势。

1. 混凝土框架结构：混凝土框架结构是一种常用的高层建筑结构形式。通过合理设置结构的剪力墙和筒体墙，可以使建筑物在受到风力作用时更加稳定。

2. 钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构利用钢筋和混凝土的优势相结合，既具备了钢的高强度和刚度，又能够有效利用混凝土的抗压性能，提高了整个结构的抗风能力。

3. 钢结构：钢结构以其轻巧、灵活和可塑性强的特点，成为高层建筑中常见的结构形式。在设计中，可以通过钢管混凝土等方式进一步提升其抗风性能。

三、结构加固与措施

为了进一步提高高层建筑结构的抗风性能，我们可以采取一些加固与措施。例如：