高層建筑結構設計存在的問題分析

黎濤

摘 要：隨著我國經濟的發展，人口數量的增加，使城市高層建筑成為城市建筑結構的主流。隨著高層建筑結構體系的多樣化發展，高層建筑的結構設計中存在的一些問題，直接影響了高層建筑的質量。如何解決高層建筑結構設計中存在的一些問題，已成為當前建筑師重點研究的問題。本文通過對高層建筑結構的設計特點進行研究，分析了高層建筑結構設計存在哪些問題，并提出解決對策，僅供參考。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；設計特點；設計原則

隨著城市化進程的加快，為了使空間加大利用，我國房屋結構已經由單層向多層、高層發展，從傳統的磚混結構改變為高層的框架、剪力墻及筒體結構，以此獲得更大、更靈活、更自由空間，可以滿足更多用戶需求，所以高層建筑結構設計要制定科學合理的設計方案，解決結構設計中存在的一些問題，使我國高層建筑得到穩定的發展。

1 高層建筑結構設計的定義及特點

高層建筑結構設計，普遍應用的是鋼與鋼筋混凝土作為基本材料。鋼筋混凝土具有造價低、來源豐富、形狀多樣等特點，可以實現結構設計師的各種創意設計，還能有效的節省鋼材。鋼筋混凝土結構在耐久性與耐火性與承載能力方面有著明顯的優勢。并且通過建筑設計師的巧妙設計，還能實現非常理想的抗震性。鋼筋混凝土結構也有一些缺點，例如：斷面大、自重大，而且費模費工[1]。

使用鋼材作為基本材料，具有強度大、韌性大和易于加工等特點。高層建筑使用鋼結構與鋼筋混凝土結構相比，具有斷面小、自重輕和抗震性能良好等優勢。尤其鋼結構的構件可以在工廠加工完成后運到施工現場使用，將工期大大縮短。使用鋼材作為高層建筑的材料也有很大的缺點，用鋼量過大，使工程造價提高，并且鋼結構并不具備良好的耐火性，需要額外增加大量的防火涂料，這就使工程的施工周期與工程造價增加。

很多發達國家的高層建筑都使用鋼結構。而我國高層建筑物也越來越多，高度也逐年增加，有些高層建筑也使用了鋼結構。通過以上分析可以看出，鋼筋結構與鋼筋混凝土結構各有不同的優點和缺點，所以，比較理想的高層建筑結構形式就是將鋼結構與鋼筋混凝土結構進行有效的組合使用，通過優勢與劣勢的互補，使高層建筑取得最佳的經濟效益和質量。目前我國高層建筑結構設計的特點為以下幾點：

1.1 框架結構

早期的高層建筑普遍使用框架結構，梁和柱以鉸接或者鋼接連的方式進行結構的搭建，框架結構的建筑空間有很高的靈活性，但是，由于梁柱截面積小，不具有很高的抗震能力，所以，框架結構只能應用于抗震要求不高的小型建筑[2]。

1.2 剪力墻結構

剪力墻結構是通過鋼筋混凝土墻板實現水平和豎向力的承重。而剪力墻結構通用的形式是平面布置，一般情況下，使用雙向或者多向的布置，可以有效承受水平荷載與豎向荷載這兩方作用力。而鋼筋混凝土墻板需要保持豎向設置的穩定性與整體性，所以，適合于較高建筑結構使用。剪力墻結構受力體系一定要滿足間距要求，這就在很大程度上限制了建筑空間實現靈活性。

1.3 框剪結構

框剪結構是將框架結構與剪力墻結構進行組合使用的結構體系。以框架結構為主要結構，應用剪力墻結構為輔助結構，兩種結構形式配合使用，既能互相補充，又能彌補各自的不足。克服框架結構缺乏較強抗震性和剪力墻結構缺乏靈活性的缺點，我國高層建筑普遍應用的結構形式就是框剪結構[3]。

1.4 筒體結構

豎向筒體承受水平和豎向的荷載，這種結構就是筒體結構。筒體結構是從框架結構與剪力墻結構發展起來的，筒體結構具有封閉性，可以使受力能力大大提高，實現高層建筑高度的增加。

1.5 組合結構

我國高層建筑高度不斷在增加，要實現高層建筑各種功能，使建筑結構體系進一步完善，將各種建筑結構體系進行各種組合，形成了組合結構的體系，可以使我國高層建筑得到更大的發展[4]。

2 高層建筑結構設計存在的問題分析

2.1 箱、筏基礎底板出挑板的問題

桃板問題，在結構角度分析，可以調勻邊跨的底板鋼筋，可以節約由于邊跨鋼筋產生的底板通長筋的加大，出桃板還可以降低基底的附加應力。天然地基與人工地基坎上的基礎形式，可以在天然地基上增加挑板，實現整體的沉降得到有效的控制，如果荷載偏心，可以在某些特定的部位增加挑板，使沉降差與整體傾斜都得到有效的調整[5]。

一般不在窗井位置設置長挑板，而是挑板上砌墻，而且此次板不按挑板進行計算。如果數層地下室的窗井具有很密的橫隔墻，而橫隔墻又能夠和內部的墻體進行連通，就要重新考慮挑板的設置和計算問題。如果地下水位高出基礎挑板，是可以有效解決一些抗浮的問題，如果取消挑板，將更方便柔性的防水。

2.2 箱、筏基礎底板桃板陽角的問題

基礎底板的底面積中的陽角面積小，很多時候可以使用直角，而陽角則在懸挑的部分可以保持不變，也不使用輻射筋。

2.3 基坑開挖的問題

基坑開挖時，基坑旁土一般不會出現反彈，這是受摩擦角控制，坑中心基土容易發生反彈，可以使用人工做好基土的清理，約束力大時可以不計回彈。基底的附加應力如果對稱，就要做好計算，約束力如果小時，就要對基底壓力進行計算，箱基沉降時也要做好計算[6]。

2.4 梁、板計算跨度的問題

一般的計算跨度，只適用常規結構設計中，如果在寬扁梁的計算中就不適合。而梁板結構是通過梁中心線設置剛性支座，這就使梁失去真正的概念意義。一般情況下對梁板的認識是，變截的面板。扁梁結構的梁高并不大于板厚，計算時，要將長度計算到梁中心，確定梁中心彎矩與梁的厚度，確定梁邊彎矩與板厚配筋。很多時候對柱子的認識歸為超大截面梁，梁配筋要取柱邊彎矩。出現削峰情況是正常的，沒有削峰現象就是真正出現了問題。

2.5 回彈再壓縮的問題

進行基坑開挖，一般情況下，摩擦角范圍坑邊的基底土不會出現反彈，是受到了約束，而基坑中心地基土出現反彈，回彈的基底土可以通過人工的方式進行清除。基礎小就會使坑底受大的約束力，獨立的基礎可以忽略回彈的計算。

進行沉降計算時，可以通過基底的附加應力進行計算。基坑大不會受到太大的約束力，例如：箱基，在計算沉降時，就可以按照基底的壓力進行計算，而基坑邊土的約束部分，可以按照安全儲備，所以，計算沉降要遠遠高于實際的沉降[7]。

2.6 抗震縫的問題

在高層建筑的結構設計中，要注意加大抗震縫的設計。如果只按照標準進行抗震縫的設計，真正發生地震時，抗震縫就會發生碰撞，所以要加大抗震縫的設計，可以更好的穩定效果。

2.7 增加附加筋的問題

一般情況下，對附加筋的認識只限于次梁截面范圍內的主梁箍筋不能增加箍筋或者說箍筋發生短缺，可以在次梁的兩側進行修補，附加筋在一般情況下需要具備，不過并不是絕對需要具備。一般梁截面在一定范圍內的荷載是根據具體的情況進行確定的。主梁與次梁的截面如果沒有太大的差別，當次梁的荷載過大，就一定要增加附加筋。主梁過高，次梁截面過小，而且荷載過小的時候，可以不增加附加筋。如果主次梁的截面大，主次梁荷載不大，這時的主梁也可以不增加附加筋。

總之，主梁上次梁出現開梁，次梁受壓的區頂直到主梁底，這個截面高度混凝土要增加箍筋才能完全承受次梁的剪力，而主梁則可以考慮不增加附加筋。當梁上的集中力所產生剪力于梁范圍內表現相同時，滿足抗剪力的情況下，集中力的位置就可以獲得自然的滿足。

很多時候，懸挑梁適合制成等截面，特點適合出挑的長度過短的情況下。而挑梁自重則占到總荷載十分小的比例，如果作為變截面則不能實現有效的減重。當變截面挑梁附加筋也各不相同，這就使施工的實際難度加大，使變截面梁撓度大于了等截面梁。而外露大挑梁則可以在某些情況下改成變截面，實現更好的結構設計。

3 結束語

綜上所述，對我國高層建筑結構設計中存在的問題進行具體的分析，可以使高層建筑結構設計水平得到進一步的完善，使高層建筑結構設計的質量得到保證，進而影響整個高層建筑的施工質量及實際應用，對于我國建筑行業的穩定發展具有重大意義。

參考文獻

[1]湯龍輝.有關高層建筑結構設計中常見的問題分析[J].四川建材，2012，5（14）.

[2]劉霞.高層建筑結構設計的問題及對策分析[J].城市建設，2012，2（7）：41～42.

[3]李科紅.高層建筑結構設計相關問題的探討[J].建材與裝飾：下旬，2012（8）：17～18.

[4]王剛.高建筑結構設計的相關間題[J].中華民居，2013（12）.

[5]閏祥，王芝光，薛蓮等.高層建筑結構設計的問題及對策探討[J].城市建設理論研究（電子版），2013，11（31）.

[6]韓蘋食.談高層建筑結構設計的相關問題[J].城市建設理論研究，2012（18）.

[7]黃新富.淺談高層建筑結構設計的問題及對策研究[J].建筑遺產，2013，8（12）：170～171.