高層建筑結構設計中存在的若干問題與措施分析

摘 要 隨著建筑事業的發展，高層建筑越來越多，隨著建筑層次和復雜程度的增加，給結構設計提出了要求也越來越高，設計任務顯得復雜且繁重，這就要求我們設計人員認真地學習規范，研究現行高層建筑結構設計中值得注意的問題，通過理論知識的提升，有效地把握住工程結構設計的要點，努力做到讓結構更安全、更合理。

關鍵詞 高層建筑；結構設計；

1.抗側力結構設計重點問題分析

隨著建筑事業的發展，高層建筑越來越多，從建筑的外部結構來看，高層建筑與多層建筑之間的差別主要表現在層數和高度的差距，從結構設計的原理及方法上看，兩者基本一致，沒有實質性的差別，設計的重點主要是抵抗豎向及水平荷載作用。但是在實際設計的過程中，我們也應該意識到，隨著建筑愈來愈高，愈來愈復雜，抵抗外荷載的難度和要求也愈來愈高，需要使用更多的結構材料，特別是用于抵抗水平荷載作用，因此抗側力結構成為大底盤、多塔樓、帶高位轉換層的高層建筑在設計上的主要問題，大量理論研究和實踐經驗告訴我們，在這個問題上，應注重以下幾個方面：

1.1 將水平荷載列為結構設計控制的主要因素

在設計上我們對結構內力、位移與高度之間的相互關系進行綜合考慮后發現，除了軸向力是與高度之間是正比例關系以外，隨著高度的上升，位移和彎矩都不是線性變化的，而是呈現出指數曲線上升形態，從這個角度出發，隨著高層建筑層數的增加，對水平荷載的控制顯得越來越重要，成為控制的主要因素。實踐證明，設計上必須思考水平力作用下結構是否優化，同時該問題對材料的用量也有很大的影響。

1.2 將側移作為重要的控制指標

將高層建筑與多層建筑結構設計相比，前者應比后者更多的關注與結構側移，應將結構側移作為高層建筑結構設計中的一個關鍵性的控制因素。相關調查資料顯示，側移的危害是相當大的，是填充墻或建筑裝飾開裂或損壞的主要原因，從業主心理來看，居住人員會因為建筑物發生明顯側移而感到不適或驚慌；從結構上看，側移將給建筑構件帶來較大的附加內力，特別是對豎向建筑構件而言，一旦側向位移有所增大將偏心加劇，使主體結構構件出現大裂縫，甚至損壞，當附加內力值達到一定的數值后將引起整個建筑物的側塌。

理論研究和大量實驗表明，隨著高層建筑層數的增加，在水平荷載作用下結構的側移變形呈現出迅速增大狀態，所以，在設計上必須將結構在水平荷載作用下的側移作為重要指標進行嚴格的控制，必須將其控制在某一限度之內。

1.3 抗震結構設計要重視

地震帶來的災難是毀滅性的，但是有些卻是可以通過提高建筑物抗震結構來避免的，為此，對高層建筑的抗震結構設計應引起足夠的重視，高層建筑都有著一定的抗震要求，隨著高層建筑高度的增加，地震的作用力帶來危害的可能性也會越來越大，因此，高層建筑結構的抗震設計倍加重視，特別是在地震區，需要進行嚴格的地震作用計算，對于非地震區的高層建筑在結構設計上，仍需要將抗震的構造措施作為重要的考慮因素。在抗震結構的設計上，我們應該注意到高層建筑隨著高度的增加顯得更柔一些，如此一來，受到地震作用勢必將引起更大的變形，為了有效地防止出現倒塌事故，在構造的設計上必須積極采取合理的措施，保證建筑結構具有足夠大的延性，也就是說確保當建筑結構在進入塑性變形階段后仍能表現出超強的變形能力。

2.軸向變形的問題亦不容忽視

雖然說，隨著高度的上升，位移和彎矩呈現出指數曲線上升形態，對水平荷載的控制顯得越來越重要，成為控制的主要因素。但是我們也應該意識到，軸向力是與高度之間是正比例關系，隨著高層建筑高度的增大，其豎向荷載數值也是相當大的，勢必導致柱受力產生較大程度的軸向變形，進一步影響到連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大。理論研究和實驗結構表明，軸向變形問題對預制構件的下料長度也會構成較大的負面影響，在設計上需要仔細分析軸向變形的計算值對下料長度實施調整。除此之外，實驗研究表明，軸向變形對建筑結構的影響并非是孤立的，軸向變形的同時也會對構件的剪力和側移構成一定的影響，設計中我們應該重視并將構件豎向變形作為一個重要的因素，否則設計計算中將會得出偏于不安全的計算結果。

3.安全性、功能性和經濟性的統一

雖然我國近些年經濟在快速發展，但是我們也應該清晰地看到我國還是一個發展中的國家，應該遵循建設節約型社會的原則，倡導節約，杜絕浪費，將建筑的安全性、功能性和經濟性幾個方面因素綜合考慮，對目前我國規范中的構造要求進行分析，有些已經超過國外的建筑。從外國大企業近些年在我國購置按我國規范設計的大樓這一現象來看就足以說明我國的規范完全可以進入國際市場。不過在目前的建筑市場上存在著一定的誤區，誤解提高建筑結構安全度建筑物就安全了，為此高標準提高建筑結構的安全性設計，因此造成了相當程度且不必要的浪費。

實踐已經證明，現行規范安全度是可以接受的，這是重要的經驗，不能輕易放棄。但考慮到客觀形勢變化。國家經濟實力增強和住宅制度改革現狀，可以將現行設計可靠度水平適當提高一點，這樣投入不大，卻對國家總體和長遠利益有利。

在具體的設計實踐過程中倡導概念設計。尤其在一些難以作出精確理性分析或在規范中難以規定的問題中，依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和下程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想，從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。

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